2023 Fiscal Year Annual Research Report
Statistical Machine Learning in Population Genetics and Its Application to Infectious Disease Epidemiology
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21H03490
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
伊藤 公人 北海道大学, 人獣共通感染症国際共同研究所, 教授 (60396314)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 集団遺伝学 / 統計的機械学習 / 感染症数理疫学 / SARS-CoV-2 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，遺伝子の多様性を表す集団遺伝学モデルに感染者数を表す疫学モデルを組み込み，ウイルスの多様性から感染者数や変異ウイルスの割合の時間変動を推定する手法を開発し，実際に観測される遺伝子データと疫学データを統計的機械学習により解析し，データ同化の手法を用いて感染者数や変異株の割合がどのように変化するかをリアルタイムに予測するとともに，予測の精度を検証することを目的としている。
2022年度までに変異株の従来株に対する相対実効再生産数を計算し，従来株から変異株への置き換わりを予測する手法を開発した。2023年度は，本手法をブラジルでのSARS-CoV-2変異株の置き換わりのデータに適用した。ブラジルでのガンマ株からデルタ株，デルタ株からオミクロンBA.1株への置き換わりを解析した結果，本手法により推定された相対実効再生産数は，Birth-Death-Skyline モデルで推定した実効再生産数の比とほぼ一致していることを明らかにした (Nat Comm, 2023)。また，同手法を用いて，ブラジルで流行するXBBの変異株を解析した結果， XBB＋F486P株，XBB＋F486P＋F456L株，XBB＋F486P＋F456L＋L455F株の他の流行株（主にBQ.1/BE株）に対する相対実効再生産数は，それぞれ1.24，1.33，1.48であることを明らかにした (Microbiol Spectr, 2024)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
SARS-CoV-2の変異株の割合がどのように変化するかをリアルタイムに予測する手法を確立し，各国のデータを用いて検証している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在のモデルでは，変異株間の相対実効再生算数がすべて異なると仮定していた。この仮定を緩め，複数の株が同じ相対実効再生産数を持つことを許す数理モデルを構築し，効率的な最適モデルの探索アルゴリズムを開発する。
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Extraction of the CDRH3 sequence of the mouse antibody repertoire selected upon influenza virus infection by subtraction of the background antibody repertoire2024
Author(s)
Shingai M, Iida S, Kawai N, Kawahara M, Sekiya T, Ohno M, Nomura N, Handabile C, Kawakita T, Omori R, Yamagishi J, Sano K, Ainai A, Suzuki T, Ohnishi K, Ito K, Kida H
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Journal Title
Journal of Virology
Volume: 98
Pages: e0199523
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Spatiotemporal dynamics and epidemiological impact of SARS-CoV-2 XBB lineage dissemination in Brazil in 20232024
Author(s)
Arantes I, Gomes M, Ito K, Sarafim S, Graf T, Miyajima F, Khouri R, de Carvalho FC, de Almeida WAF, Siqueira MM, Resende PC, Naveca FG, Bello G; COVID-19 Fiocruz Genomic Surveillance Network
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Journal Title
Microbiology Spectrum
Volume: 12
Pages: e0383123
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Comparative epidemic expansion of SARS-CoV-2 variants Delta and Omicron in the Brazilian State of Amazonas2023
Author(s)
Arantes I, Bello G, Nascimento V, Souza V, da Silva A, Silva D, Nascimento F, Mejia M, Brandao MJ, Goncalves L, Silva G, da Costa CF, Abdalla L, Santos JH, Ramos TCA, Piantham C, Ito K, Siqueira MM, Resende PC, Wallau GL, Delatorre E, Graf T, Naveca FG
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 14
Pages: s41467-023
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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