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プラスミドの宿主域を高確度に予測するための宿主域決定因子の同定

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1504
補助金の研究課題番号 22J12723 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分38020:応用微生物学関連
研究機関静岡大学

研究代表者

徳田 真穂  静岡大学, 自然科学系教育部, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードプラスミド / 宿主域 / 塩基配列 / 接合伝達 / 塩基組成
研究開始時の研究の概要

プラスミドは接合伝達によって細菌間を移動可能なDNAであり,その移動に伴い様々な遺伝子群を伝搬し,宿主の形質を劇的に変化させる.本研究では,プラスミドと細菌染色体の塩基配列から,プラスミドが伝播可能な細菌を予測する手法の開発を目指し,モデル細菌群集との接合実験で同定した宿主の情報と,プラスミドと細菌の染色体の塩基配列の類似性の比較を行う.同時に,これまでによく研究されてきたIncP-1群プラスミドの複製機構に着目し,宿主域の違いを生み出す因子を同定することで,宿主域予測の指標となる因子を探索する.

研究実績の概要

接合伝達によって,どのプラスミドがどの細菌へ伝播するのか(宿主域)を,実験を行わずに予測する手法を確立するため,接合実験によって,プラスミドが接合伝達する細菌を同定し,塩基配列情報からの予測法を構築,照合と予測精度の向上を試みた.
まず,網羅的にプラスミドの宿主域を同定するため,異なるグループ(IncP/P-1群, PromA群,未分類)に属する14種類のプラスミドと,全塩基配列が解読済みの124株の培養株を受容菌として1株ずつ用いて,総当たりの計1,736通りの接合実験を行った.プラスミドを受け取った受容菌のみが緑色蛍光を示すシステムを利用し,フローサイトメトリーを用いてその蛍光細胞の有無から,接合伝達の可否を評価した.その結果,1,736のプラスミドと細菌の組み合わせのうち,828で接合伝達が認められ,908で認められなかった.同時に,プラスミドおよび受容菌染色体の塩基配列から,GC含量およびk-mer組成の非類似度を算出後,それらを特徴量とし,接合実験の結果を学習データとした機械学習による予測モデルを構築した.学習データに含まれない,未分類かつ宿主域未知のプラスミドpYKAS102を対象とし,124株の受容菌との接合実験と,機械学習による接合伝達の可否の検証・予測を同時に行ったところ,79%(98 / 124株)で,予測結果と接合実験結果が一致した.
以上の結果より,本研究では,プラスミドと細菌染色体の塩基配列から,プラスミドを受け取ることができるかどうかを予測する手法を確立することに成功した.今後は,さらなるデータ量の追加や,予測法を検討することで,予測精度の向上が期待される.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Microbial evolution through horizontal gene transfer by mobile genetic elements2024

    • 著者名/発表者名
      Tokuda Maho、Shintani Masaki
    • 雑誌名

      Microbial Biotechnology

      巻: 17 号: 1

    • DOI

      10.1111/1751-7915.14408

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Transconjugant range of PromA plasmids in microbial communities is predicted by sequence similarity with the bacterial host chromosome2023

    • 著者名/発表者名
      Tokuda Maho、Yuki Masahiro、Ohkuma Moriya、Kimbara Kazuhide、Suzuki Haruo、Shintani Masaki
    • 雑誌名

      Microbial Genomics

      巻: 9 号: 6 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1099/mgen.0.001043

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hitherto-Unnoticed Self-Transmissible Plasmids Widely Distributed among Different Environments in Japan2022

    • 著者名/発表者名
      Hayakawa Masaya、Tokuda Maho、Kaneko Kensei、Nakamichi Koichiro、Yamamoto Yukie、Kamijo Tatsuya、Umeki Honoka、Chiba Reimi、Yamada Ryo、Mori Mitsuya、Yanagiya Kosuke、Moriuchi Ryota、Yuki Masahiro、Dohra Hideo、Futamata Hiroyuki、Ohkuma Moriya、Kimbara Kazuhide、Shintani Masaki
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 88 号: 18

    • DOI

      10.1128/aem.01114-22

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Prediction of the transconjugants of plasmids from nucleotide sequences2024

    • 著者名/発表者名
      Maho Tokuda, Shunta Tsuruga, So Maeda, Rin Yamazaki, Chiho Suzuki-Minakuchi, Hideaki Nojiri, Kazuhide Kimbara, Masaki Shintani
    • 学会等名
      10th International Symposium toward the Future of Advanced Researches in Shizuoka University (ISFAR-SU2024)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] プラスミドが接合伝達する細菌を塩基配列の特徴から予測する2024

    • 著者名/発表者名
      德田真穂, 敦賀俊太, 前田壮, 山﨑凜, 金原和秀, 新谷政己
    • 学会等名
      日本農芸化学会 2024年度大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] The features of IncP/P-1 plasmid would be predicted by k-mer compositions2023

    • 著者名/発表者名
      Maho Tokuda, Honoka Umeki, Haruhi Kamijo, Shunta Tsuruga, Haruo Suzuki, Masahiro Yuki, Moriya Ohkuma, Kazuhide Kimbara, Masaki Shintani
    • 学会等名
      Bageco2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] プラスミド接合伝達の予測向上のためのゲノム解析と接合実験データの統合的アプローチ2023

    • 著者名/発表者名
      德田真穂, 敦賀俊太, 前田壮, 山崎凜, 金原和秀, 新谷政己
    • 学会等名
      微生物生態学会2023年度大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Host ranges of plasmid could be predicted using genomic signature2022

    • 著者名/発表者名
      Maho Tokuda, Haruo Suzuki, Masahiro Yuki, Moriya Ohkuma, Kazuhide Kimbara, Masaki Shintani
    • 学会等名
      International Symposium on Plasmid Biology 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pseudomonas属細菌を宿主にしない狭宿主域型IncP/P-1群プラスミドの発見2022

    • 著者名/発表者名
      德田真穂, 上條達哉, 梅木穂乃花, 森内良太, 道羅英夫, 金原和秀, 新谷政己
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] 接合実験と計算によるプラスミドの宿主域の同定と比較2022

    • 著者名/発表者名
      德田真穂, 上條達哉, 梅木穂乃花, 金原和秀, 新谷政己
    • 学会等名
      環境バイオテクノロジー学会2022年度大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 環境中でのプラスミド伝播の理解を目指した接合実験と塩基組成の比較2022

    • 著者名/発表者名
      德田真穂,鈴木治夫,金原和秀,新谷政己
    • 学会等名
      第17回日本ゲノム微生物学会年会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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