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2021 Fiscal Year Annual Research Report

疾患メタゲノム解析による腸内微生物叢の臓器機能評価のための情報基盤技術の開発

Research Project

Project/Area Number 21H03538
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

井元 清哉  東京大学, 医科学研究所, 教授 (10345027)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 植松 智  大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (50379088)
湯上 伸弘  富士通株式会社(富士通研究所), その他部局等, 研究員 (30417183)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords腸内細菌叢 / 腸内ウイルス叢 / 宿主寄生体感染関係 / ショットガンメタゲノム解析 / メタゲノム診断AI
Outline of Annual Research Achievements

腸内細菌叢は非自己の成分の集合体でありながら、ヒト遺伝子と分業的協業的にあたかも「臓器」の様に振る舞うことが明らかとなってきた。更に、腸内に細菌以上に生息する共生ウイルスは、細菌に感染するバクテリオファージであり、腸内で細菌叢とエコシステムを形成するがその全貌は明らかではなかった。様々な疾患においてショットガンメタゲノム解析によって腸内細菌叢・ウイルス叢のデータを取得し、臓器機能を評価できるメタゲノム診断AIを構築する。このメタゲノム診断AIによって疾患特異的に欠損、及び活性化しているパスウェイの同定と、個々のパスウェイに関わる腸内細菌及びその細菌に特異的に感染する腸内ファージの同定を行うための情報基盤技術を構築する事を目的として研究を推進した。令和3年度においては、以下の研究成果を得た。
【疾患メタゲノム解析】クローン病、治療抵抗性偽膜性腸炎における糞便移植、パーキンソン病について腸内細菌叢と腸内ウイルス叢のショットガンメタゲノムデータを取得した。それらを我々の有する日本人健常者101名腸内細菌叢・ウイルス叢データベースと詳細な比較解析を実施した。パーキンソン病については、その病態と関連する新規のパスウェイ候補を見い出すことができ、現在国際誌に論文として投稿の最終段階に来ている。また、糞便移植のメカニズムについては、腸内細菌叢、ウイルス叢の統合的な解析によって世界で初めてその謎を解明する論文を米国消化器学会の機関誌である Gastroenterology に出版し、表紙にも選ばれた。
【メタゲノム診断AIの構築】取得済み日本人健常者101名のショットガンメタゲノムデータをもとに、健常者における腸内微生物叢の臓器機能を評価するメタゲノム診断AIを富士通研究所の有する人工知能Zinraiを基盤として構築を進めており、パーキンソン病において検証を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

予定していたメタゲノムデータの取得を行い、新たなデータ解析技術の開発、およびデータ解析によって疾患に関連するパスウェイの同定にまで至った。また、これまで分かっていなかった糞便移植のメカニズムを世界に先駆け解明できた。メタゲノム診断AIの構築もパーキンソン病のメタゲノムデータを用いて計画通りに進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通りに進んでおり、特に問題点はない。今後も疾患群のメタゲノムデータのサンプル数を増やし、正常検体のメタゲノムデータを活用することでメタゲノムの臓器機能の評価から診断を可能とするAIの構築、およびそのAIを用いた腸内微生物叢の基礎研究を推進していく。

  • Research Products

    (8 results)

All 2022 2021

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 6 results) Presentation (1 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Bronchoalveolar lavage fluid reveals factors contributing to the efficacy of PD-1 blockade in lung cancer2022

    • Author(s)
      Masuhiro Kentaro et al.
    • Journal Title

      JCI Insight

      Volume: 7 Pages: e157915

    • DOI

      10.1172/jci.insight.157915

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Two Blautia Species Associated with Visceral Fat Accumulation: A One-Year Longitudinal Study2022

    • Author(s)
      Ozato Naoki、Yamaguchi Tohru、Mori Kenta、Katashima Mitsuhiro、Kumagai Mika、Murashita Koichi、Katsuragi Yoshihisa、Tamada Yoshinori、Kakuta Masanori、Imoto Seiya、Ihara Kazushige、Nakaji Shigeyuki
    • Journal Title

      Biology

      Volume: 11 Pages: 318~318

    • DOI

      10.3390/biology11020318

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ovariectomy-Induced Dysbiosis May Have a Minor Effect on Bone in Mice2021

    • Author(s)
      Kosaka Satoshi、Nadatani Yuji、Higashimori Akira、Otani Koji、Fujimoto Kosuke、Nagata Yuki、Ominami Masaki、Fukunaga Shusei、Hosomi Shuhei、Kamata Noriko、Tanaka Fumio、Nagami Yasuaki、Taira Koichi、Imoto Seiya、Uematsu Satoshi、Watanabe Toshio、Fujiwara Yasuhiro
    • Journal Title

      Microorganisms

      Volume: 9 Pages: 2563~2563

    • DOI

      10.3390/microorganisms9122563

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Discovering microbe functionality in human disease with a gene-ontology-aware model2021

    • Author(s)
      Liu Y, Zhang Y-Z, Imoto S.
    • Journal Title

      Proc. Biological Ontologies and Knowledge Bases

      Volume: - Pages: 1873-1880

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oral MucoRice-CTB vaccine for safety and microbiota-dependent immunogenicity in humans: a phase 1 randomised trial2021

    • Author(s)
      Yuki Yoshikazu、Nojima Masanori、Hosono Osamu、Tanaka Hirotoshi、Kimura Yasumasa、Satoh Takeshi、Imoto Seiya、Uematsu Satoshi、Kurokawa Shiho、Kashima Koji、Mejima Mio、Nakahashi-Ouchida Rika、Uchida Yohei、Marui Takanori、Yoshikawa Noritada、Nagamura Fumitaka、Fujihashi Kohtaro、Kiyono Hiroshi
    • Journal Title

      The Lancet Microbe

      Volume: 2 Pages: e429~e440

    • DOI

      10.1016/S2666-5247(20)30196-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dysbiotic Fecal Microbiome in HIV-1 Infected Individuals in Ghana2021

    • Author(s)
      Parbie Prince Kofi、Mizutani Taketoshi、Ishizaka Aya、Kawana-Tachikawa Ai、Runtuwene Lucky Ronald、Seki Sayuri、Abana Christopher Zaab-Yen、Kushitor Dennis、Bonney Evelyn Yayra、Ofori Sampson Badu、Uematsu Satoshi、Imoto Seiya、Kimura Yasumasa、Kiyono Hiroshi、Ishikawa Koichi、Ampofo William Kwabena、Matano Tetsuro
    • Journal Title

      Frontiers in Cellular and Infection Microbiology

      Volume: 11 Pages: 646467

    • DOI

      10.3389/fcimb.2021.646467

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Functional Restoration of Bacteriomes and Viromes by Fecal Microbiota Transplantation2021

    • Author(s)
      Fujimoto Kosuke et al.
    • Journal Title

      Gastroenterology

      Volume: 160 Pages: 2089~2102.e12

    • DOI

      10.1053/j.gastro.2021.02.013

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Metagenome Analysis Leads a Paradigm Shift in Health/Medical Care2021

    • Author(s)
      井元清哉
    • Organizer
      日本免疫学会
    • Invited

URL: 

Published: 2022-12-28  

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