2015 Fiscal Year Annual Research Report
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14J07826
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高安 伶奈 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | ヒト常在細菌叢 / 生態系 / 数理モデル / 安定性 / 概日リズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一昨年までの研究でヒトやその他動物の糞便サンプルの既存データを使って、16SrRNA系統解析を行い、ホスト種が同じであれば、菌叢の個体差や状態に寄らず種個体数分布が非常に似通った分布になることを確かめており、空間的な競争に基づく資源争いモデルを作成し、一部の種個体数分布を再現することに成功していた。前年度は、そのモデルに、新しい種が経口などで、一定確率で入るパラメータを入れることで、乳児から大人までの細菌叢の形成を説明することができるようになった。シミュレーションの結果、大人では乳児と比較して、腸内細菌叢の形成における既存種の空間争いは比較的に穏やかであり、それに対して外部から新しく入ってくる菌の多さが大きく影響していることが予想された。これらの結果をScienceに投稿準備中である。
また、一昨年までの研究において、唾液の細菌叢における概日周期を、4時間おきに観測することで確認しており、現在Nature Communicationに投稿する準備を進めている。それに付随して、昨年は概日周期を引き起こす原因を探るため追加実験を行った。その結果、食事の影響を排除しても口腔内の概日周期が保たれることが明らかになり、口腔内では腸内と違い、食事による菌叢変化の影響はかなり限定的であることが示唆された。また、上記の唾液実験の間に、数ヶ月~数年での個人の唾液菌叢の変化が無視できないことを感じ、1ヶ月毎日同じ時間に唾液のサンプリングを行うことで、菌叢の変化の方向や速度について調べる実験を計画、実行した。現在データを取得中。
他にも、マウスの腸内において、単発の抗生物質(Vancomycin)投与が、腸内細菌に及ぼす影響と、レジリエンスを細かいタイムポイントで観測する実験等を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
腸内細菌叢の種個体数分布を再現するモデルについては、一昨年度までに空間的な競争に基づく資源争いモデルを作成し、一部の種個体数分布を再現することに成功していたが、昨年度新たに外部からの菌の流入のパラメータを導入することで、一昨年までは説明のつかなかった乳児と大人等の様々な種個体数分布の形状を説明できるようになった。現在これらの結果をScienceに投稿準備中である。
食事や投薬等によって、どの程度腸内細菌叢が変わり得るのかを更に追求するために、あらたに、マウスの腸内細菌の菌叢撹乱に対する応答を、抗生物質を使って調べた。3日間の4時間おきサンプリングの後、Vancomycinを1回投与し(過剰量、適量、無し、各3匹ずつ)、その後4日間4時間毎のサンプリングを継続し、間隔を空けて、その後2週間サンプリングを継続した。これらの結果から、腸内細菌叢の安定性に関する特徴を抽出することで、数理モデルを時間発展に対応するモデルに改良していくつもりである。
また、一昨年までにヒト唾液の細菌叢における概日周期を、4時間おきに観測することで確認しており、Nature Communicationに投稿する準備を進めている。それに付随して、概日周期を引き起こす原因を探るため追加実験を行う必要が出てきたため、食事の前後のヒト唾液細菌叢を10分おきにサンプリングして、菌叢構造の変化を追う実験を行った。唾液細菌叢においては食事の摂取がなくとも菌叢が大きく1日で変動すること、食事を取った影響は指数関数的に減衰し、特徴時間がおよそ1時間であることを新たに発見した。
上記の唾液を使った実験の間に、数ヶ月~数年の個人の唾液菌叢の変化が無視できないことを感じ、1ヶ月毎日同じ時間に唾液のサンプリングを行うことで、菌叢の変化の方向や速度について調べる実験を新たに計画、実行した。現在次世代シークエンサーのデータを取得中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
唾液の概日リズムと、腸内細菌の生態系モデルは、引き続き論文の投稿準備を進めていく予定である。
また、新たに行ったマウスの腸内細菌の菌叢撹乱実験は、DNAシークエンサーでの菌叢データの取得の後、刺激に対する緩和時間を見積もり、Convergent Cross Mapping等新しい手法を用いて安定性を解析していく。これらの解析から推測される菌叢の安定性とレジリエンスの特徴を基に、上記の生態系モデルを時間発展型のモデルに改良していきたいと考えている。
同時に、より長期の菌叢変化を明らかにするため、昨年度中に行った1ヶ月の唾液細菌叢採取サンプルを解析し、サンプル間の菌叢距離を算出することで、1日毎の平均的な菌叢の変化量を見積もる。また、変化の方向と年齢などメタデータの相関を見ることで、長期に菌叢に影響を及ぼす生活習慣などを特定することも可能になると考えている。
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