常在細菌叢の機能理解に向けた疾患関連細菌叢アトラスの創出

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21832
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 島村 徹平 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (00623943)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: メタゲノム / マルチオミクス解析 / ベイズモデリング / トピックモデル

研究実績の概要

本研究課題では、最先端のオミクス計測技術とベイズ推論による最新の解析技術を駆使し、様々な疾患の原因となる細菌叢を効率的に探索するための「疾患関連細菌叢アトラス」を創出する。本研究で行うユニークなモデリング技術の開発とそれによる斬新なデータベースの構築により、細菌叢の大海原で研究者が遭難しないように「予測地図」を提供することが主たる目的である。2020年度は以下のような進展があった。１）疾病による常在細菌叢ダイナミクスを記述するベイズモデリング技術の開発：細菌の構成比が時間的にどのように変化するか、その変化が疾病というアウトカムに影響を与えるかを探索するベイズ因子分解モデル（BALSAMICO）を開発し、シミュレーションデータおよび実データで有用性を検証した。２）解析結果をまとめたデータベースの構築と解析ツール群の開発：１）で開発したベイズモデリング技術を GitHub に公開した。また、curatedMetagenomicData などの公共のオープンに取得可能な疾患関連コホート研究をまとめた細菌叢データを収集し、データベース化した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究課題の推進に必要なモデリング技術を開発し、シミュレーションデータおよび実データで有用性を検証できた一方で、新型コロナウイルス感染拡大による影響で大規模なデータでの検証に若干遅れがみられるため。

今後の研究の推進方策

引き続き、モデリング技術の開発をすすめるとともに、常在細菌叢がもたらす疾病の発症機序の解明を進める。

次年度使用額が生じた理由

開発したモデリング技術の有用性を確認できた一方で、大規模なデータでの検証とデータベース構築がが新型コロナウイルス感染拡大による影響で思うように進まなかったため、次年度使用額が生じた。今年度は、より大規模計算が可能なクラスタマシンの購入費やスパコン使用料を計上し、大規模データでの検証を加速する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] CYBERTRACK2.0: zero-inflated model-based cell clustering and population tracking method for longitudinal mass cytometry data (2021)
  • 著者名/発表者名: Minoura Kodai、Abe Ko、Maeda Yuka、Nishikawa Hiroyoshi、Shimamura Teppei
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 37(11) ページ: 1632～1634
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btaa873
• [雑誌論文] Hierarchical non-negative matrix factorization using clinical information for microbial communities (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Hirayama M, Ohno K, Shimamura T§
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 22(1) ページ: 104
  • DOI: 10.1186/s12864-021-07401-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Short-Chain Fatty Acid-Producing Gut Microbiota Is Decreased in Parkinson's Disease but Not in Rapid-Eye-Movement Sleep Behavior Disorder (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishiwaki H, Hamaguchi T, Ito M, Ishida T, Maeda T, Kashihara K, Tsuboi Y, Ueyama J, Shimamura T, Mori H, Kurokawa K, Katsuno M, Hirayama M, Ohno K§
  • 雑誌名: mSystems 巻: 5(6) ページ: e00797-20
  • DOI: 10.1128/mSystems.00797-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Model-based clustering for flow and mass cytometry data with clinical information (2020)
  • 著者名/発表者名: Abe K, Minoura K, Maeda Y, Nishikawa H, Shimamura T§
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 21(Suppl 13) ページ: 393
  • DOI: 10.1186/s12859-020-03671-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ARHGAP10, which encodes Rho GTPase-activating protein 10, is a novel gene for schizophrenia risk (2020)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi M, (37 authors), Shimamura T, Nagai T, Nabeshima T, Kaibuchi K, Yamada K, Mori D, Ozaki N§
  • 雑誌名: Translational Psychiatry 巻: 10(1) ページ: 247
  • DOI: 10.1038/s41398-020-00917-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated multiomics analysis of hepatoblastoma unravels its heterogeneity and provides novel druggable targets (2020)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi M, (18 authors), Shimamura T, Sato Y, Sato-Otsubo A, Kimura S, Kubota Y, Hiwatari M, Koh K, Hayashi Y, Kanamori Y, Kasahara M, Kohashi K, Kato M, Yoshioka T, Matsumoto K, Oka A, Taguchi T, Sanada M, Tanaka Y, Miyano S, Hata K, Ogawa S, Takita J§
  • 雑誌名: NPJ Precision Oncology 巻: 4 ページ: 20
  • DOI: 10.1038/s41698-020-0125-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Meta-Analysis of Gut Dysbiosis in Parkinson's Disease (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishiwaki H, Ito M, Ishida T, Hamaguchi T, Maeda T, Kashihara K, Tsuboi Y, Ueyama J, Shimamura T, Mori H, Kurokawa K, Katsuno M, Hirayama M, Ohno K§
  • 雑誌名: Movement Disorders 巻: 35(9) ページ: 1626-1635
  • DOI: 10.1002/mds.28119
  • 査読あり
• [雑誌論文] EXOSC9 depletion attenuates P-body formation, stress resistance, and tumorigenicity of cancer cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshino S, Matsui Y, Fukui Y, Seki M, Yamaguchi K, Kanamori A, Saitoh Y, Shimamura T, Suzuki Y, Furukawa Y, Kaneko S, Seiki M, Murakami Y, Inoue JI, Sakamoto T§
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10(1) ページ: 9275
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66455-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coordinated demethylation of H3K9 and H3K27 is required for rapid inflammatory responses of endothelial cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Higashijima Y, Matsui Y, Shimamura T, Nakaki R, Nagai N, Tsutsumi S, Abe Y, Link VM, Osaka M, Yoshida M, Watanabe R, Tanaka T, Taguchi A, Miura M, Ruan X, Li G, Inoue T, Nangaku M, Kimura H, Furukawa T, Aburatani H, Wada Y, Ruan Y, Glass CK, Kanki Y§
  • 雑誌名: EMBO Journal 巻: 39(7) ページ: e103949
  • DOI: 10.15252/embj.2019103949
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 細胞集団のダイナミクスを捉えるためのベイズモデリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第5回理論免疫学ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] がん研究における一細胞解析のためのモデリング・AI 技術の最新動向 (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第79回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] 臓器連関トランスオミクス解析のためのベイズモデリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 今こそ知りたい！行列因子分解～ゼロから始めるマルチオミクス解析～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 島村徹平
  • 学会等名: 代謝統合オミクス若手技術セミナー
  • 招待講演