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未培養ウイルスの宿主は誰か?:環境中のウイルスと細菌のゲノムをつなぐ

研究課題

研究課題/領域番号 22K15182
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分45040:生態学および環境学関連
研究機関京都大学

研究代表者

岡崎 友輔  京都大学, 化学研究所, 助教 (40823745)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード微生物生態学 / シングルセルゲノム解析 / 琵琶湖 / ウイルス / 細菌 / メタゲノム
研究開始時の研究の概要

メタゲノム解析の普及で、環境中のウイルスのゲノムを分離培養を介さず直接得られるようになった。しかし新たな課題となっているのが「ゲノム情報だけでは、ウイルスの生態の理解に必須の『宿主』が分からない」ことである。本研究では、湖沼の細菌とそれに感染するウイルス群集を対象に、その両者を繋ぐ情報に多様な先端技術を駆使して迫る。これにより、湖沼微生物生態系において「どのウイルスがどの細菌に感染するのか?」を網羅的に解明し、その生態と進化をとりまく理解を飛躍させる。

研究実績の概要

今年度は、昨年度までに実施したシングルセルゲノム解析のデータ処理を主に行い、当初目標としていた琵琶湖微生物生態系におけるウイルス-宿主関係の網羅的な特定を達成した。さらに先行研究のメタゲノムデータを用いることで、各ウイルスの季節・水深間での動態を明らかにし、メタゲノム解析の解像度では見落とされていた、宿主細胞間のウイルス感染状況の異質性を明らかにした。さらに宿主の生存戦略に応じて、ウイルス感染率が異なることを明らかにし、ウイルスと宿主のペアを明らかにするのみならず、その生態学的関係性にまで踏み込む成果が得られた。これらの成果は、国内外の学会で発表したとともに、まもなく査読付き国際誌に論文として投稿する予定である。本課題では、当初の計画よりも前倒しで低予算で解析が進められたことから、今後は発展的な研究として、琵琶湖の他の季節のサンプルや、琵琶湖以外の湖のサンプルを用いて、同様の解析を行うことを計画している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

昨年度実施したシングルセルゲノム解析のデータ処理を主に行った。その結果、最大目標としていた琵琶湖深水層で優占する細菌CL500-11に感染するウイルスのゲノムを特定することができた。特定したウイルスゲノムに対し、先行研究で得られたメタゲノムデータをマッピングすることで、当該ウイルスの細胞内外・季節間・水深間の現存量の変動を明らかにした。その結果、当該ウイルスはメタゲノムでは極めて高い現存量を示す一方で、シングルセル解析でみると、ごく一部の宿主細胞に偏って高密度で存在していることが明らかとなった。さらに琵琶湖に生息する主要な8系統の細菌に解析対象を拡大し、その感染率を評価した結果、常に高い現存量を示す優占的な細菌ではウイルス感染率が低く、現存量の変動が大きい細菌ではウイルス感染率が比較的高いことを示した。優占系統で感染率が低い理由は、集団サイズが大きなことによるゲノムの微小多様性がウイルス感染に対する免疫多様性を生み出していることが理由と推察された。これらの成果は、国内外の学会で発表したとともに、まもなく査読付き国際誌に論文として投稿する予定である。本研究ではメタゲノム解析の解像度では明らかにできなかった宿主細胞間のウイルス感染の異質性を明らかにすることができ、ウイルスと宿主のペアを明らかにするという当初の計画を超えてその生態学的関係性にまで踏み込む成果が得られるに至っている。

今後の研究の推進方策

成果を論文にとりまとめ、査読付き国際誌にて報告する。これまでの研究の課題として、サンプルが夏と冬の2時点のみであり、ウイルス感染動態の季節的変遷が明らかにできていない点があげられる。また、琵琶湖で得られた仮説を一般化して検証するためには、他の湖における実態を明らかにすることが不可欠である。本課題では、当初の計画よりも前倒しで低予算で解析が進められたことから、今後は発展的な研究として、琵琶湖の他の季節のサンプルや、琵琶湖以外の湖のサンプルを用いて、同様の解析を行うことを計画している。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] チェコ科学アカデミー(チェコ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] チューリッヒ大学(スイス)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] チェコ科学アカデミー(チェコ)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 技術が拓く湖沼微生物生態学の最前線2024

    • 著者名/発表者名
      岡崎友輔
    • 雑誌名

      陸水学雑誌

      巻: 85 号: 1 ページ: 1-24

    • DOI

      10.3739/rikusui.85.1

    • ISSN
      0021-5104, 1882-4897
    • 年月日
      2024-02-25
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] DiGAlign: Versatile and Interactive Visualization of Sequence Alignment for Comparative Genomics2024

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Yosuke、Yamada Kohei、Okazaki Yusuke、Ogata Hiroyuki
    • 雑誌名

      Microbes and environments

      巻: 39 号: 1 ページ: n/a

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME23061

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Fast and Easy Method to Co-extract DNA and RNA from an Environmental Microbial Sample2023

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Yusuke、Nguyen Tuyen Thi、Nishihara Arisa、Endo Hisashi、Ogata Hiroyuki、Nakano Shin-ichi、Tamaki Hideyuki
    • 雑誌名

      Microbes and environments

      巻: 38 号: 1 ページ: n/a

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME22102

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Long-Read-Resolved, Ecosystem-Wide Exploration of Nucleotide and Structural Microdiversity of Lake Bacterioplankton Genomes2022

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Yusuke、Nakano Shin-ichi、Toyoda Atsushi、Tamaki Hideyuki
    • 雑誌名

      mSystems

      巻: 7 号: 4 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1128/msystems.00433-22

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] High-resolution microbial eco-genomics in deep freshwater lakes2023

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Okazaki
    • 学会等名
      13th Asian Symposium on Microbial Ecology
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single-cell genomics uncovers microbial genomic microdiversity and virus-host interactions that had eluded high-resolution metagenomics2023

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Okazaki, Yohei Nishikawa, Ryota Wagatsuma, Haruko Takeyama, Shin-ichi Nakano
    • 学会等名
      The Local Pangenome workshop
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 大水深淡水湖を対象とした微生物網羅的環境ゲノムデータベースの構築2023

    • 著者名/発表者名
      岡崎友輔, 大八木英夫, 程木義邦, 知北和久, 齋藤圭, 中野伸一
    • 学会等名
      日本陸水学会 第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Single cell genomics uncovered uncultured virus-host links in a deep freshwater lake2023

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Okazaki, Yohei Nishikawa, Ryota Wagatsuma, Haruko Takeyama, Shin-ichi Nakano
    • 学会等名
      Symposium of Aquatic Microbial Ecology (SAME17)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] "湖の微生物生態系”を対象としたゲノム・多型・遺伝子発現の網羅的比較解析2022

    • 著者名/発表者名
      岡崎友輔, 中野伸一, 豊田敦, 玉木秀幸
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第35回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 湖沼深水層の細菌の生態学2022

    • 著者名/発表者名
      岡崎友輔, 中野伸一
    • 学会等名
      日本陸水学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Long-read-resolved, ecosystem-wide exploration of nucleotide and structural microdiversity of lake bacterioplankton genomes2022

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Y, Nakano S, Toyoda A, Tamaki H
    • 学会等名
      International 18th International Symposium on Microbial Ecology
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 大量ゲノム時代の比較ゲノム解析ツール「DiGAlign」の公開

    • URL

      https://www.kuicr.kyoto-u.ac.jp/sites/topics/240321/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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