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拡張viromeデータと長鎖シーケンサーを用いたファージと宿主のビッグデータ解析

公募研究

研究領域ネオウイルス学:生命源流から超個体、そしてエコ・スフィアーへ
研究課題/領域番号 19H04846
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関国立感染症研究所

研究代表者

矢原 耕史  国立感染症研究所, 薬剤耐性研究センター, 室長 (70542356)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードファージ / ヴァイローム / ロングリード / メタゲノム / 細菌 / ゲノム / 口腔 / ナノポア / 組換え
研究開始時の研究の概要

本研究ではまず、適応進化の原動力であるゲノムの組換えに注目し、地球上のウイルス叢の総体(virome)の最新データセットの解析によって、組換えの痕跡はどのような系統でどれだけ広く見られるのか、そして特に、自然選択を受け、組換えが頻発して見える系統や遺伝子は存在するのか、を探る。次に、ウイルスと宿主細菌の関係を探るモデル系として、両者が最も高密度に存在する環境の1つである口腔に注目し、最新の大型長鎖シーケンサーPromethIONとIllumina HiSeqで唾液をdeepにメタゲノム解読し、両者のハイブリッドアセンブリの効果でウイルスと細菌の世界の様相がどう変化するのかを明らかにする

研究実績の概要

大型長鎖シーケンサー(PromethION)とIllumina Hiseqの両方で初めてヒト唾液由来DNAをショットガンメタゲノム解読したデータ(1サンプル30Gb以上で、ヒト由来DNAの混入率は1%未満)を解析することで、数百のファージを検出した。特にプロファージについて、長鎖リードのデータによってその全長が明らかになり、ホストゲノム上での位置とその周辺構造およびその系統分類が明らかになることを示した。存在量が特に多いファージ・プロファージの中には、口腔連鎖球菌に感染するファージのクラスターや、200kbを超えるジャンボファージが含まれることも明らかになった。それらの多くは薬剤耐性遺伝子の遠縁ホモログをコードしていることや、口腔ファージの遺伝子総数の中でコア遺伝子は僅か0.3%である一方、個人特有のシングルトン遺伝子が86.4%を占めることも明らかになった。さらに、ヒト唾液中のファージが宿主細菌のCRISPRの免疫系を回避していることの示唆や、ヒト由来DNAの混入率が1%未満となる理由まで明らかにすることが出来た(Yahara et al, Nature Communications, 2021)。これと並行して、機序不明だった口腔疾患に注目し、唾液由来DNAのショットガンメタゲノムデータを患者群と健常者群で比較する研究も行い、患者群に有意に高頻度に存在する微生物(Actinomyces)とその遺伝子を同定することも出来た(Yahara et al, PLOS One, 2020)。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] リスボン大学(ポルトガル)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] ボルドー大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Long-read metagenomics using PromethION uncovers oral bacteriophages and their interaction with host bacteria2021

    • 著者名/発表者名
      Yahara Koji、Suzuki Masato、Hirabayashi Aki、Suda Wataru、Hattori Masahira、Suzuki Yutaka、Okazaki Yusuke
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41467-020-20199-9

    • 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
  • [雑誌論文] Shotgun metagenome sequencing identification of a set of genes encoded by Actinomyces associated with medication-related osteonecrosis of the jaw2020

    • 著者名/発表者名
      Yahara Hiroko、Hiraki Akimitsu、Maruoka Yutaka、Hirabayashi Aki、Suzuki Masato、Yahara Koji
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 号: 11 ページ: e0241676-e0241676

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0241676

    • 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
  • [雑誌論文] Analysis of genetic recombination and the pan-genome of a highly recombinogenic bacteriophage species2019

    • 著者名/発表者名
      Yahara Koji、Lehours Philippe、Vale Filipa F.
    • 雑誌名

      Microbial Genomics

      巻: 5 号: 8 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1099/mgen.0.000282

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Long-read metagenomics using PromethION uncovers oral bacteriophages and their interaction with host bacteria2021

    • 著者名/発表者名
      Koji Yahara, Masato Suzuki, Aki Hirabayashi, Wataru Suda, Masahira Hattori, Yutaka Suzuki, Yusuke Okazaki
    • 学会等名
      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] 唾液のメタゲノム解読と 薬剤耐性菌ゲノムサーベイランスに関する最近の話題2021

    • 著者名/発表者名
      矢原耕史
    • 学会等名
      東海大学シンポジウム「感染症診断と治療におけるゲノム解析」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Shotgun metagenome sequencing identification of a set of genes encoded by Actinomyces associated with medication-related osteonecrosis of the jaw2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroko Yahara, Akimitsu Hiraki, Yutaka Maruoka, Aki Hirabayashi, Masato Suzuki, Koji Yahara
    • 学会等名
      細菌学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ファージと宿主菌のビッグデータ解析 - Earth's viromeデータの拡張とPromethIONの活用2020

    • 著者名/発表者名
      Koji Yahara, Philippe Lehours, Filipa F Vale, 平林亜希, 鈴木仁人, 鈴木穣
    • 学会等名
      ゲノム微生物学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Population and meta genomic studies of bacteriophages and host bacteria utilizing Earth's virome and PromethION2019

    • 著者名/発表者名
      Koji Yahara
    • 学会等名
      ウイルス情報解析国際ワークショップ(with Dr. Mart Krupovic and Dr. Kira Makarova)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Population and meta genomic studies of bacteriophages and host bacteria utilizing Earth's virome and PromethION2019

    • 著者名/発表者名
      Koji Yahara
    • 学会等名
      ネオウイルス学国際ワークショップ(with Dr. Matthew Sullivan)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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