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マイクロドロップレットを用いた単一微生物からの生合成遺伝子クラスターの超並列解析

研究課題

研究課題/領域番号 16J10443
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生物機能・バイオプロセス
研究機関早稲田大学

研究代表者

西川 洋平  早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2017年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2016年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードシングルセルゲノミクス / 全ゲノム増幅 / マイクロ流体デバイス
研究実績の概要

環境中の微生物は99%以上が難培養性であり、生物界におけるダークマターと例えられる。難培養微生物が有する遺伝子の詳細な解析には、単一細胞レベルでのゲノム解析が有効であるが、従来までの手法では多様な細胞集団に適用可能なスクリーニング量が得られていなかった。そこで本研究では、環境中の微生物がもつ全ゲノムの情報を単一細胞レベルで網羅的に解析し、標的となる細胞の高精度な単一細胞ゲノム情報を取得可能な技術の開発を目指した。
本年度は、これまでに開発した微小液滴を用いた全ゲノム増幅技術と標的遺伝子の検出機構を組み合わせることにより、網羅的に増幅した単一細胞由来のゲノム情報の中から標的となる遺伝子配列を含んだサンプルのみを効率的に検出する技術を開発した。本技術の応用例としてサンゴ組織内に共在する微生物のゲノム解析を実施し、環境中の存在比が非常に少ない微生物に対しても高精度なゲノム解析が可能であることを実証した。また細胞溶菌手法の改良によって、これまで解析が困難であった難溶解性の微生物に対しても効果的なゲノム解析を可能とした。これにより、海水、海泥、土壌、腸内細菌などを含む多種多様な環境サンプルを対象とした単一細胞ゲノム解析が可能となり、合計1000個以上のSingle amplified genomes (SAGs)の獲得に成功した。
本研究を通して、環境微生物の単一細胞解析に向けた高精度かつハイスループットなゲノム増幅法が確立された。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 図書 (4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Obtaining high-quality draft genomes from uncultured microbes by cleaning and co-assembly of single-cell amplified genomes2018

    • 著者名/発表者名
      Kogawa Masato、Hosokawa Masahito、Nishikawa Yohei、Mori Kazuki、Takeyama Haruko
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-018-20384-3

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Altmetric: 2Citations: 1More detail Article | OPEN Massively parallel whole genome amplification for single-cell sequencing using droplet microfluidics2017

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa M., Nishikawa Y., Kogawa M., Takeyama H.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7:5199 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-017-05436-4

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Droplet microfluidics for high throughput and accurate single-cell genome sequencing of coral commensal bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      Yohei Nishikawa, Masahito Hosokawa, Masato Kogawa, Haruko Takeyama
    • 学会等名
      12th International workshop on approaches to single cell analysis
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of droplet microfluidics for single-cell genomics of coral associated bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      Yohei Nishikawa, Masahito Hosokawa, Masato Kogawa, Haruko Takeyama
    • 学会等名
      5th Core-to-Core International Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] サンゴ共在微生物の単一細胞ゲノム解析に向けた微小液滴作成技術の応用2018

    • 著者名/発表者名
      西川洋平
    • 学会等名
      第20回マリンバイオテクノロジー学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Microfluidic droplet-based whole genome amplification toward bacteria single-cell genomics2018

    • 著者名/発表者名
      Yohei Nishikawa, Masahito Hosokawa, Masato Kogawa, Haruko Takeyama
    • 学会等名
      ADVANCED TECHNIQUES TO STUDY AND EXPLOIT THE SPONGE AND CORAL MICROBIOMES WORKSHOP
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Droplet microfluidics toward accurate genome sequencing of environmental bacteria at the single-cell level2018

    • 著者名/発表者名
      NISHIKAWA Yohei, HOSOKAWA Masahito, KOGAWA Masato, TAKAHASHI Kai, TAKEYAMA Haruko
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 微小液滴を用いた単一細胞からの超並列ゲノム解析技術の開発2017

    • 著者名/発表者名
      西川 洋平, 細川 正人, 小川 雅人, 竹山 春子
    • 学会等名
      第69回日本生物工学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] マイクロドロップレットを用いた高精度な超並列1細胞ゲノム解析技術の開発2017

    • 著者名/発表者名
      西川 洋平, 細川 正人, 小川 雅人, 竹山 春子
    • 学会等名
      第11回バイオ関連化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] マイクロ流体デバイスによる高精度な超並列1細胞ゲノム増幅技術の開発2017

    • 著者名/発表者名
      西川 洋平, 細川 正人, 小川 雅人, 竹山 春子
    • 学会等名
      NGS現場の会第5回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ピコリットル容量の微小液滴を用いた単一微生物からの網羅的な全ゲノム増幅2016

    • 著者名/発表者名
      西川洋平、細川正人、小川雅人、竹山春子
    • 学会等名
      第68回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      富山国際会議場(富山県富山市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 単一微生物からの高精度な全ゲノム解析に向けたマイクロ流体デバイスの活用2016

    • 著者名/発表者名
      西川洋平
    • 学会等名
      日本生物工学会東日本支部第11回学生発表討論会
    • 発表場所
      大学セミナーハウス(東京都八王子市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Picoliter-sized droplets for low-bias and contamination-free reactions in whole genome amplification of single bacterial cells2016

    • 著者名/発表者名
      Yohei Nishikawa, Masahito Hosokawa, Masato Kogawa, Haruko Takeyama
    • 学会等名
      Biosensors 2016
    • 発表場所
      Gothia towers hotel(ヨーテボリ, スウェーデン)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] droplet microfluidics for massively parallel and accurate genome amplification of single cells2016

    • 著者名/発表者名
      Yohei Nishikawa, Masahito Hosokawa, Masato Kogawa, Haruko Takeyama
    • 学会等名
      International conference on single cell research 2016
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] 生体の科学68巻2号: 難培養微生物を対象としたシングルセルゲノミクスの課題と展望2018

    • 著者名/発表者名
      細川 正人, 西川 洋平, 竹山 春子
    • 総ページ数
      186
    • 出版者
      医学書院
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] 月刊バイオインダストリー 2017年6月号: 微生物のシングルセルゲノム解析に向けた技術基盤2017

    • 著者名/発表者名
      細川 正人, 丸山 徹, 西川 洋平, 竹山 春子
    • 総ページ数
      64
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] シングルセル解析プロトコール: 微生物のシングルセルゲノム解析2017

    • 著者名/発表者名
      細川正人, 丸山徹, 西川洋平, 竹山春子
    • 総ページ数
      345
    • 出版者
      羊土社
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] ドロップレット・マイクロフルイディクスによる超並列シングルセル解析2016

    • 著者名/発表者名
      細川正人、西川洋平、竹山春子
    • 総ページ数
      182
    • 出版者
      化学センサ研究会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] ゲノムライブラリーの作製方法及びゲノムライブラリーの作製装置2018

    • 発明者名
      細川正人、竹山春子、西川洋平、小川雅人
    • 権利者名
      細川正人、竹山春子、西川洋平、小川雅人
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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