| 研究課題/領域番号 |
20J21477
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
上原 美夏 慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2021年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
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| キーワード | 腸内細菌叢 / バイオインフォマティクス / メタトランスクリプトーム / トランスクリプトーム / メタゲノム / ネットワーク解析 / グラフ理論 / 共変動解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
腸内細菌叢は宿主の健康・疾患に関連し、宿主細胞と協調的に働くことで一つの生体系を形成しているといわれている。宿主の遺伝子発現とその機能を修飾する細菌叢の相互依存的な関係を明らかにするには双方を合わせた機能解析が必要である。しかし、既存の解析手法では解析過程で機能未知の遺伝子が除外され、宿主-細菌叢間で共起する遺伝子と代謝パスウェイを推定する手法が確立されていない。そこで、本研究では、細菌叢の機能未知遺伝子を考慮した遺伝子発現解析手法および細菌叢と宿主消化管細胞の統合代謝パスウェイ解析手法を確立し、前臨床実験動物霊長類コモンマーモセットの消化管部位における遺伝子発現解析に応用する。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、消化管に沿った宿主と細菌叢の相互作用を明らかにするために、双方の遺伝子発現プロファイルを統合し空間的な機能変化を捉えることを目的とした。
前年度に提案した消化管に沿った細菌叢ゲノムの再構築手法について、研究成果を論文にまとめ、国際学術誌に投稿し、受理された。メタゲノムとメタトランスクリプトームを統合し、細菌叢未知遺伝子の機能を予測する一連の解析手法のパイプラインは、論文の査読を通じて、より実用的に改善された。このパイプラインのコードはGitHubで公開している。
次に、本課題の目標である消化管に沿った宿主と細菌叢の相互作用の予測を行うため、宿主消化管と細菌叢の遺伝子発現プロファイルを用いたネットワーク解析に取り組んだ。コモンマーモセット5個体の盲腸・横行結腸・直腸を対象に、宿主と細菌叢の転写産物をシークエンスして得られた遺伝子発現プロファイルを統合した。宿主と細菌叢の相互作用を解釈するために、宿主と細菌叢の遺伝子をノードとして、共変動する遺伝子同士をエッジで繋いだ巨大なネットワークを作成した後、このネットワークから、密に共変動する遺伝子セット（部分グラフ）の抽出に取り組んだ。ネットワークから部分グラフを抽出する従来の方法は、本研究で取り扱う生物間の相互作用の解釈には適していなかったため、グラフ理論に基づいた新たなコミュニティ抽出のアルゴリズムを提案した。この方法は、完全部分グラフ（クリーク）を抽出した後、宿主と細菌叢間のエッジを考慮した部分グラフ間の相互作用の強度を示す指標を計算して、部分グラフをマージしていく戦略を取る。抽出されたコミュニティのエンリッチメント解析を実施した結果、本手法は、既存のアルゴリズムに比べて、機能的に関連する宿主と細菌叢双方の遺伝子を含むコミュニティをより多く抽出することに成功した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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