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2023 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) 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)
植松 智  大阪公立大学, 大学院医学研究科, 教授 (50379088)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsメタゲノム解析 / AI / 腸内細菌叢
Outline of Annual Research Achievements

本年度は以下の研究を進めた。
(1)ファージと宿主細菌の関係を種や属レベルで同定するために、全ゲノム配列埋め込みを学習する対照学習に基づくアプローチを提案した。2つのベンチマークデータセットを用いて、本手法を最新の学習ベースの手法と比較した。その結果、対照学習を用いた提案手法は宿主細菌予測の精度を向上させた。
(2)ヒト疾患における細菌および細菌由来酵素の機能性を特定するために、ジーンオントロジーの関連ネットワークを組み込んだニューラルネットワークベースのモデルを提案した。糖尿病、肝硬変、炎症性腸疾患、大腸がんを含む4つのベンチマークデータセットを用いて、ヒト疾患における細菌の機能性を解析した。また、提案手法は、疾患予測において優れた性能を示した。
(3)KEGGに蓄積された情報を用いてマルチオミクスデータの可視化・解析を行う基盤的なRパッケージ ggkegg を開発した。更に、クローン病患者の腸内細菌叢メタゲノムデータから、患者と健常者で差異のある代謝経路をKEGGの包括的な代謝経路情報に反映し、研究結果の効果的な可視化が可能なことを示した。
(4)健康な成人男性20名の腋窩から抽出された体液のサンプルを収集し、臭気判定士の判定に基づいてC型11名とM型の9名に分類した。代謝物として、C群で悪臭の原因となる代謝物の前駆物質が増加していることが確認された。そこで、腋窩皮膚細菌叢のショットガンメタゲノム解析を実施し、C型で臭気前駆物質の産生に関わっている常在性ブドウ球菌が有意に増加しており、臭い物質の生成に重要な働きをしていることを突き止めた。さらに、この常在性ブドウ球菌に対する特異的な溶菌酵素を、メタゲノムデータを用いて探索し、精製可能な新規溶菌酵素配列を取得した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 6 results)

  • [Journal Article] Targeted lysis of Staphylococcus hominis linked to axillary osmidrosis using bacteriophage-derived endolysin2024

    • Author(s)
      Watanabe Miki、Uematsu Miho、Fujimoto Kosuke、Hara Takeshi、Yamamoto Mako、Miyaoka Daichi、Yokota Chieko、Kamei Yukari、Sugimoto Akira、Kawasaki Natsuko、Yabuno Takato、Sato Noriaki、Sato Shintaro、Yamaguchi Kiyoshi、Furukawa Yoichi、Tsuruta Daisuke、Okada Fumihiro、Imoto Seiya、Uematsu Satoshi
    • Journal Title

      Journal of Investigative Dermatology

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.jid.2024.03.039

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Definition of a Dietary Pattern Expressing the Intake of Vegetables and Fruits and Its Association with Intestinal Microbiota2023

    • Author(s)
      Yamauchi Toshitaka、Koyama Naoko、Hirai Ayumi、Suganuma Hiroyuki、Suzuki Shigenori、Murashita Koichi、Mikami Tatsuya、Tamada Yoshinori、Sato Noriaki、Imoto Seiya、Itoh Ken、Nakaji Shigeyuki
    • Journal Title

      Nutrients

      Volume: 15 Pages: 2104~2104

    • DOI

      10.3390/nu15092104

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Zero-shot-capable identification of phage?host relationships with whole-genome sequence representation by contrastive learning2023

    • Author(s)
      Zhang Yao-zhong、Liu Yunjie、Bai Zeheng、Fujimoto Kosuke、Uematsu Satoshi、Imoto Seiya
    • Journal Title

      Briefings in Bioinformatics

      Volume: 24 Pages: -

    • DOI

      10.1093/bib/bbad239

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Microbial Gene Ontology informed deep neural network for microbe functionality discovery in human diseases2023

    • Author(s)
      Liu Yunjie、Zhang Yao-zhong、Imoto Seiya
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 18 Pages: e0290307

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0290307

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Investigation of the BERT model on nucleotide sequences with non-standard pre-training and evaluation of different k-mer embeddings2023

    • Author(s)
      Zhang Yao-zhong、Bai Zeheng、Imoto Seiya
    • Journal Title

      Bioinformatics

      Volume: 39 Pages: -

    • DOI

      10.1093/bioinformatics/btad617

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] <i>ggkegg</i>: analysis and visualization of KEGG data utilizing the grammar of graphics2023

    • Author(s)
      Sato Noriaki、Uematsu Miho、Fujimoto Kosuke、Uematsu Satoshi、Imoto Seiya
    • Journal Title

      Bioinformatics

      Volume: 39 Pages: -

    • DOI

      10.1093/bioinformatics/btad622

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Preemptive Intravenous Human Immunoglobulin G Suppresses BK Polyomavirus Replication and Spread of Infection In Vitro2023

    • Author(s)
      Sato Noriaki、Shiraki Atsuko、Mori Keita P.、Sakai Kaoru、Takemura Yoshinori、Yanagita Motoko、Imoto Seiya、Tanabe Kazunari、Shiraki Kimiyasu
    • Journal Title

      American Journal of Transplantation

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.ajt.2023.11.007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Imputing time-series microbiome abundance profiles with diffusion model2023

    • Author(s)
      Seki Misato、Zhang Yao-Zhong、Imoto Seiya
    • Journal Title

      BIBM

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1109/BIBM58861.2023.10385703

    • Peer Reviewed

URL: 

Published: 2024-12-25  

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