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2013 Fiscal Year Research-status Report

自然環境の時空間変動を評価するバイオマーカー探索技術の創製

Research Project

Project/Area Number 25513012
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

菊地 淳  独立行政法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (00321753)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords複合微生物叢 / バイオマス / 栄養代謝 / 微生物発酵 / データ駆動型アプローチ / NMR / 元素分析 / パイロシーケンス
Research Abstract

地球科学や生態学などの分野では自然環境を評価することが前提となっているものの、生命科学は分子生物学的手法の飛躍的な進歩により、実験室内で要素還元主義的にアプローチしていくことが常套手段のように捉えられがちである。他方、微生物学の分野ではコッホ以来の単離培養を前提としたアプローチから、自然界で99%以上を占めるとされる難培養微生物群集の一斉計測へと、分析技術のイノベーションによりコペルニクス的転換が起こっている。こうした難培養微生物群集の一斉計測が可能となったことで、世界中の公海から有用微生物や遺伝子資源を探索したり、食習慣や遺伝的背景の多様なヒト集団から健康維持に関わる有用微生物やバイオマーカーを探索するといった、自然環境やヒト常在菌等の開放系試料を評価・活用していく新たなイノベーションが急速に進展している。医科学やシンセティックバイオロジーがこうした環境・開放系試料へと展開していく中、その主たる分析技術はDNAシーケンスに依存しているため、遺伝子のカタログ揃えが世界動向の主流となっている。しかし、難培養性微生物群を含めた生態系は栄養の化学変化を通して複雑なネットワークが組まれているため、DNAシーケンスのみならず、化合物組成の変化と相関付ける手法の開発が必要である。前世紀ではブラックボックスであった腸内環境は、急速なオミックス技術開発により分子生態が解明され始めており、またプロバイオティクス・プレバイオティクスの入力でそのエコロジーを“和ませる”ことも可能となっている。初年度においては、「腸内の微生物生態系を和ませる」研究・技術の最新の知見から活かし、有効な入力源の投入で腸内環境や健康維持を出力評価するという“シンセティック・エコロジー”が野生動物や水陸環境に関しても同様の技術が援用可能ように分析技術高度化を推進した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

上述のように解析技術高度化自体は順調に進んでおり、微生物発酵産物の酪酸がバイオマーカーとなるようなNature誌掲載の発見にも貢献できた。一方で本課題は自然環境試料の評価を前提としており、野外試料の採取はボトルネックとなりがちである。

Strategy for Future Research Activity

定期的・継続的な野外試料採集を遂行しつつ、上述の解析技術高度化と組み合わせてアウトプットに結び付けていきたい。既に海藻類や底泥では成果が出始めており、今後は魚類や共生微生物群集についても展開していく予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

人件費(アルバイト)に予定額との若干の差額が生じた。
次年度の消耗品費として活用する予定。

  • Research Products

    (14 results)

All 2014 2013

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (1 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] 安定同位体標識による生体分子混合物ならびに代謝経路解析2014

    • Author(s)
      菊地淳
    • Journal Title

      生物工学会誌

      Volume: 92 Pages: 100-109

  • [Journal Article] Toward better annotation in plant metabolomics: Isolation and structure elucidation of 36 specialized metabolites from Oryza sativa by using MS/MS and NMR analyses2014

    • Author(s)
      Yang, Z., Nakabayashi, R., Okazaki, Y., Mori, T., Takamatsu, S., Torizuka, K., Kitanaka, S., Kikuchi, J., Saito, K.
    • Journal Title

      Metabolomics

      Volume: - Pages: in press

    • DOI

      10.1007/s11306-013-0619-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Visualizing microbial dechlorination processes in underground ecosystem by statistical correlation and network analysis approach2014

    • Author(s)
      Yamazawa, A., Date, Y., Ito, K. and Kikuchi, J.
    • Journal Title

      J. Biosci. Bioeng.

      Volume: 117 Pages: 305-309

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2013.08.010

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] n vitro evaluation method for screening of candidate prebiotic foods2014

    • Author(s)
      Date, Y., Nakanishi, Y., Fukuda, S. Nuijima, Y., Kato, T., Umehara, M., Ohno, H., and Kikuchi, J.
    • Journal Title

      Food Chem.

      Volume: 152 Pages: 251-260

    • DOI

      10.1016/j.foodchem.2013.11.126

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cellulose digestion and metabolisms induced biocatalytic transitions in anaerobic microbial ecosystems2014

    • Author(s)
      Yamazawa, A., Iikura, T., Morioka, Y., Shino, A., Ogata, Y., Date, Y. and Kikuchi, J.
    • Journal Title

      Metabolites

      Volume: 4 Pages: 36-52

    • DOI

      10.3390/metabo4010036

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Integrated analysis of seaweed components in seasonal fluctuation by data mining across heterogeneous chemical measurements with network visualization2014

    • Author(s)
      Ito, K., Sakata, K., Date, Y. and Kikuchi, J.
    • Journal Title

      Anal. Chem.

      Volume: 86 Pages: 1098-1105

    • DOI

      10.1021/ac402869b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solid, solution and gas-state NMR monitoring of 13C-cellulose degradation in an anaerobic microbial ecosystem2013

    • Author(s)
      Yamazawa, A., Iikura, T., Shino, A., Date, Y., and Kikuchi, J.
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 18 Pages: 9021-9033

    • DOI

      10.3390/molecules18089021

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Differences in cellulosic supramolecular structure of compositionally similar rice straw affect biomass metabolism by paddy soil microbiota2013

    • Author(s)
      Ogura, T., Date, Y. and Kikuchi, J.
    • Journal Title

      PLoS ONE

      Volume: 8 Pages: e66919

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0066919

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective signal detection in solid-state NMR using rotor synchronized dipolar dephasing for the analysis of hemicellulose in lignocellulosic biomass2013

    • Author(s)
      Komatsu, T and Kikuchi, J.
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Lett.

      Volume: 4 Pages: 2279-2283

    • DOI

      10.1021/jz400978g

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comprehensive signal assignment of 13C-labeled lignocellulose using multidimensional solution NMR and 13C chemical shift comparison with solid-state NMR2013

    • Author(s)
      Komatsu, T and Kikuchi, J.
    • Journal Title

      Anal. Chem.

      Volume: 85 Pages: 8857-8865

    • DOI

      10.1021/ac402197h

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Commensal microbe-derived butyrate induces colonic regulatory T cells2013

    • Author(s)
      Furusawa, Y et al. (30名中27番目)
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 504 Pages: 446-450

    • DOI

      10.1038/nature12721

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Visualizing metabolic system catalyzed by microbial ecosystem using statistical correlation analysis2013

    • Author(s)
      Kikuchi, J
    • Organizer
      ISMAR2013
    • Place of Presentation
      Rio de Janeiro, Brazil
    • Year and Date
      20130519-20130524
  • [Book] 常在菌が操るヒトの健康と疾患2014

    • Author(s)
      菊地 淳 (分筆)
    • Total Pages
      834
    • Publisher
      羊土社
  • [Book] 植物細胞壁2013

    • Author(s)
      菊地 淳 (分筆)
    • Total Pages
      349
    • Publisher
      講談社

URL: 

Published: 2015-05-28  

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