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2020 年度 実施状況報告書

CRISPRを利用した新規ウィルス(ファージ)ゲノム同定そして進化の考察

研究課題

研究課題/領域番号 20K21405
研究機関国立遺伝学研究所

研究代表者

井ノ上 逸朗  国立遺伝学研究所, ゲノム・進化研究系, 教授 (00192500)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2023-03-31
キーワード新規ウイルス / CRISPR-Cas / ファージ / 縄文人
研究実績の概要

これまでのウイルスゲノムを探索する研究は、相同性検索によって検出される、既知のウイルスに近縁な種に限られていた。本研究の目的は、CRISPR免疫記憶を利用して相同性検索に依存しない方法でファージゲノムを探索し、さらに得られたゲノムを用いてウイルス全体の進化と起源を明らかにすることである。 ウイルスゲノムには多様かつ未知の遺伝子が大量にコードされており、その大部分は細胞性生命で見つかる遺伝子とはホモロジーがない。生物の進化は遺伝子で測られる。大量の未知遺伝子を持つウイルスゲノムを網羅的に解析することは、生物学の根源的なテーマである生命の起源を解き明かす上で重要な役割があると我々は考える。ウイルスゲノムを解析することで得られる情報はウイルスのみの進化に関するものに限られない。
本年度は新規ウイルスの同定として、古代人からのウイルス同定を試みた。本研究では縄文人5検体から得られた歯髄由来の全ゲノムデータを用い、ウイルスの網羅的探索を行った。ウイルス同定のために、データベース上に登録のある既知のウイルスを参照配列として相同性検索を行った。これによって11種類の現代のウイルスと類似のゲノムを持つ縄文ウイルスを同定した。中でも北海道船泊遺跡の船泊23号検体から見つかったSiphovirus contig89(CT89)と呼ばれる細菌に感染するウイルス(ファージ)に関して遺伝子推定を行い、ゲノム構造を解析した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

北海道船泊遺跡の船泊23号検体からはSiphovirus contig89(CT89)と呼ばれる細菌に感染するウイルス(ファージ)が完全長に近い形で見つかった。CT89は現代人の口腔内に存在することが知られている。この縄文CT89に関して遺伝子推定を行い、ゲノム構造を解析した。
縄文CT89配列と現代の配列との間で機能遺伝子の並び順が保存されていること、また、機能遺伝子の中にはCapsidやPhage portal proteinなどファージに特徴的な遺伝子が多く存在することがわかった。今回の解析によってデータベース上に登録のあった配列では未同定であった領域を同定できた。さらに、同じ解析手法を用い、先行研究で得られた口腔内メタゲノムデータを使ってCT89と相同な配列を探索したところ、合計で47個の相同かつ完全長の配列を同定できたことから、縄文CT89ゲノムは正しく同定できたといえる。
続いて4,000年間のCT89の進化過程を調べるためにCT89のゲノムを用いて系統解析を行った。ここで46の現代の配列と縄文CT89を含む2つの古代の配列を用いて、系統樹を作成した。CT89は大きく二つの系統に分かれ、縄文の配列は両グループから系統的に遠い部分に位置することがわかった。つまり、縄文CT89は祖先配列を反映していると推測される。

今後の研究の推進方策

縄文時代の配列を用いることで、現代の配列のみでウイルス進化を推定するときに生じる短期的な時間スケールで生じるバイアスを回避した推定が可能となる。このように古代のファージ配列を用いて進化推定を行った例はなく、大変意義深い。今後さらに縄文ウイルスの同定数を増やすことによって、縄文人に感染していたウイルスの構成やその進化をより詳細に調べられるようになると期待される。

次年度使用額が生じた理由

実験消耗品の供給状況が安定せず、購入ならびに執行に至らなかったため。予定していた実験を次年度に進める際、主に物品費として使用する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Identification of ancient viruses from metagenomic data of the Jomon people2021

    • 著者名/発表者名
      Luca Nishimura, Ryota Sugimoto, Jun Inoue, Hirofumi Nakaoka, Hideaki Kanzawa-Kiriyama, Ken-Ichi Shinoda, Ituro Inoue
    • 雑誌名

      Journal of human genetics

      巻: 66 ページ: 287-296

    • DOI

      10.1038/s10038-020-00841-6

    • 査読あり
  • [学会発表] 生命情報科学への新規参入とウイルスゲノム解析2020

    • 著者名/発表者名
      西村瑠佳
    • 学会等名
      日本バイオインフォマティクス学会年会
  • [学会発表] 縄文人由来DNAを用いた古代微生物の配列解析2020

    • 著者名/発表者名
      西村瑠佳、杉本竜太、井上潤、中岡博史、神澤秀明、篠田謙一、井ノ上逸朗
    • 学会等名
      日本進化学会 第22回大会
  • [学会発表] CRISPR免疫記憶を使った新規ウィルス同定2020

    • 著者名/発表者名
      杉本竜太、西村瑠佳、井ノ上逸朗
    • 学会等名
      日本進化学会 第22回大会
  • [学会発表] Metagenomic analyses of viruses from ancient individuals of 3,000 years ago lived in Japanese archipelago2020

    • 著者名/発表者名
      Luca Nishimura, Ryota Sugimoto, Jun Inoue, Hirofumi Nakaoka, Hideaki Kanzawa, Kenichi Shinoda, Ituro Inoue
    • 学会等名
      ASHG Virtual meeting 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of viral genomes from human gut metagenome using CRISPR adaptive immunological memory2020

    • 著者名/発表者名
      Ryota Sugimoto, Luac Nishimura, Ituro Inoue
    • 学会等名
      ASHG Virtual meeting 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Metagenomic analyses of viruses from ancient DNA of Jomon people2020

    • 著者名/発表者名
      Luca Nishimura, Ryota Sugimoto, Jun Inoue, Hirofumi Nakaoka, Hideaki Kanzawa, Kenichi Shinoda, Ituro Inoue
    • 学会等名
      日本人類遺伝学会 第65回大会
  • [学会発表] 縄文人由来DNAを用いた古代微生物の配列解析2020

    • 著者名/発表者名
      西村瑠佳、杉本竜太、井上潤、中岡博史、神澤秀明、篠田謙一、井ノ上逸朗
    • 学会等名
      日本分子生物学会 第43回年会
  • [学会発表] CRISPR免疫記憶を使った新規ウィルス検出2020

    • 著者名/発表者名
      杉本竜太、西村瑠佳、THANH Phuong Nguyen、伊東潤平、 PARRISH Nicholas F.、森宙史、黒川顕、中岡博史、神澤秀明、篠田謙一、井ノ上逸朗
    • 学会等名
      日本分子生物学会 第43回年会

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公開日: 2021-12-27  

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