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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、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とを目的とした。研究者の有するドロップレットによる１細胞解析技術を基礎とし、シーケンスには、ロングリードシーケンス技術を用い、微生物が持つゲノムをまるごと1本読み取ることを目指した。
初年度に、大腸菌/疑似微生物コミュニティを用いた実証実験を行った。この結果、ドロップレット内で溶菌した細菌ゲノムを直接読み取り、長鎖配列の取得が可能であることを確認した。本手順で、最大200kbを超える長鎖配列が得られる傾向があったものの、ロングリードシーケンス実施に高濃度DNAを要求することから、実効性に難ありと判断した。そこで、増幅したシングルセルゲノムから個別の細菌の完全長ゲノムを得ることを目指した。複数の同一株増幅ゲノムをあわせてシーケンスした結果から1本のコンティグとしてゲノム配列を入手できることを大腸菌およびヒト由来未培養腸内細菌の複数種で確認した。また、このときに同一サンプルから得たショートリードデータを元にロングリードデータを補正する手順やゲノム増幅によって生じたバイアスの影響を補正する解析手順を検討した。今回対象とした、A. hadrusなどのヒト由来腸内細菌ではホストごとに異なる構造多型を有しており、プロファージ様配列の特定や亜株の判定などに有効であることが示唆された。以上より、当初計画から変更し、ゲノム増幅は実施する形ではあるが、シングルセルから完全長ゲノムを獲得するプロセスを確立した。本成果は、2021年4月現在、論文投稿準備中である。
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