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1細胞ゲノムの非増幅シーケンスによる未培養微生物の完全長ゲノム取得

研究課題

研究課題/領域番号 19K22089
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分27:化学工学およびその関連分野
研究機関早稲田大学

研究代表者

細川 正人  早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, その他(招聘研究員) (60722981)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワードシングルセル解析 / NGS / ゲノム / 1細胞ゲノミクス / マイクロ流体デバイス
研究開始時の研究の概要

環境に存在する微生物の99%は実験室で培養できない。この未培養微生物の全貌を明らかにする理想的な方法は、シングルセルから完全なゲノム配列を解読する「シングルセルゲノミクス」を実現することである。本研究では、1細胞ゲノムを断片化させることなく抽出し、ゲノムを増幅することなくダイレクトシーケンスを行う「究極のシングルセルゲノミクス手法」の開発に挑戦する。この実現により、不明瞭であった微生物ダークマターの群集構造と機能の関係の全てを明らかにする革新的技術を提示し、微生物ゲノム分野の新時代を拓く。

研究成果の概要

環境に存在する微生物の99%は実験室で培養できない。これら未培養微生物の理解には、ゲノムの直接解析が有用である。特に、細胞1つからゲノム配列を解読する「シングルセルゲノミクス」は、多様な微生物集団から個別のゲノム情報を得られる点で有効だが、従来法ではゲノム解読精度に課題があった。本研究では、従来法では困難であった、細胞1つからゲノムを解読し、その配列情報を1本のコンプリートゲノムへと再構成する技術を開発し、ヒト腸内細菌でその有効性を実証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発した技術を用いることで、これまで分析が困難であった難培養性の微生物のゲノム情報を精緻に得られる様になり、長い遺伝子クラスターの存在や遺伝子の欠失・挿入などの情報から、より詳細な微生物機能を知ることができる。具体的には、新種微生物の発見や有用遺伝子の探索などをより詳細に実施可能になる。ゲノム情報から培養化につながる手がかりを掴むことも可能であると考えられ、将来的に微生物を資源とした応用を広げる上で有用な技術である。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 5件) 図書 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Recovery of high-quality assembled genomes via metagenome binning guided with single-cell amplified genomes2021

    • 著者名/発表者名
      Arikawa Koji, Ide Keigo, Kogawa Masato, Saeki Tatusya, Yoda Takuya, Endoh Taruho, Matsuhashi Ayumi, Takeyama Haruko, Hosokawa Masahito
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 425816

    • DOI

      10.1101/2021.01.11.425816

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Draft Genome Sequence of Okeania sp. Strain KiyG1, Assembled from Single-Amplified Genomes Collected from Cape Kiyan, Okinawa, Japan2020

    • 著者名/発表者名
      Lewaru Muhammad Wahyudin, Nishikawa Yohei, Ide Keigo, Kogawa Masato, Hosokawa Masahito, Samuel Ashok Zachariah, Sumimoto Shinpei, Nuryadi Handung, Suda Shoichiro, Takeyama Haruko
    • 雑誌名

      Microbiology Resource Announcements

      巻: 9 号: 46

    • DOI

      10.1128/mra.00837-20

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] シングルセルゲノミクスで未培養細菌ゲノムを網羅解析2021

    • 著者名/発表者名
      細川正人
    • 学会等名
      蛋白研セミナー:オミクス解析における実験と数理の協働
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シングルセルゲノム情報を用いた未培養環境細菌のコンプリートゲノムの獲得2021

    • 著者名/発表者名
      小川 雅人、細川 正人、西川 洋平、柳澤 有祐、佐伯 達也、依田 卓也、竹山 春子
    • 学会等名
      日本農芸化学会2021年度大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] シングルセルゲノム解析が変革する海洋微生物研究2020

    • 著者名/発表者名
      細川正人
    • 学会等名
      生物工学Webシンポジウム2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 1細胞ゲノミクスによるデータ駆動型の生物工学研究2020

    • 著者名/発表者名
      細川正人
    • 学会等名
      生物工学フォーラム「情報解析が切り拓く創薬・生物工学研究の新展開」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シングルセル解析技術を用いた二次代謝産物産生カイメン共在微生物のゲノム解析2020

    • 著者名/発表者名
      小川 雅人、西川 洋平、細川 正人、松永 茂樹、Piel Joern、竹山 春子
    • 学会等名
      第14回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 微生物のシングルセルゲノムを用いたcompletegenome構築技術の開発2020

    • 著者名/発表者名
      柳澤有祐、小川雅人、細川正人、西川洋平、佐伯達也、依田卓也、有川浩司、竹山春子
    • 学会等名
      第14回バイオ関連シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] メタゲノムのその先へ-シングルセルゲノム網羅解析-2020

    • 著者名/発表者名
      細川正人
    • 学会等名
      第93回日本細菌学会総会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 大規模シングルセルゲノム解析技術を駆使した環境微生物の多様性の理解2019

    • 著者名/発表者名
      細川 正人、西川 洋平、小川 雅人、千々岩 樹佳、井手 圭吾、有川 浩司、竹山 春子
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] マイクロバイオーム研究への大規模1細胞ゲノムシーケンスの活用2019

    • 著者名/発表者名
      細川正人
    • 学会等名
      京都バイオ計測センター・京都大学ナノハブ拠点連携シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シングルセルゲノムレベルでのマイクロバイオーム解析2019

    • 著者名/発表者名
      細川 正人、西川 洋平、小川 雅人、千々岩 樹佳、井手 圭吾、有川 浩司、竹山 春子
    • 学会等名
      シングルセルゲノミクス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] 医学のあゆみ 1細胞解析-技術と応用 「1細胞ゲノム解析で多様な細菌叢を捉える」2021

    • 著者名/発表者名
      菅野 純夫 (編集) 細川正人、小川雅人
    • 総ページ数
      128
    • 出版者
      医歯薬出版
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] シングルセル解析でなにがわかるか2020

    • 著者名/発表者名
      竹山 春子、細川 正人
    • 総ページ数
      200
    • 出版者
      化学同人
    • ISBN
      9784759817348
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 実験医学増刊 Vol.37 No.20 シングルセルゲノミクス2019

    • 著者名/発表者名
      細川正人、小川雅人、竹山春子 (分担執筆) (渡辺 亮、鈴木 穣 編)
    • 総ページ数
      219
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      9784758103831
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [産業財産権] 単一生物単位の配列情報の新規処理法2020

    • 発明者名
      有川浩司 、細川正人 、竹山春子 、小川雅人 、井手圭吾
    • 権利者名
      bitBiome株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 取得年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2022-01-27  

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