Development of metagenome analytical method and its application to common marmoset intestine

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本研究は、消化管に沿った宿主と細菌叢の相互作用を明らかにするために、双方の遺伝子発現プロファイルを統合し空間的な機能変化を捉えることを目的とした。前年度に提案した消化管に沿った細菌叢ゲノムの再構築手法について、研究成果を論文にまとめ、国際学術誌に投稿し、受理された。メタゲノムとメタトランスクリプトームを統合し、細菌叢未知遺伝子の機能を予測する一連の解析手法のパイプラインは、論文の査読を通じて、より実用的に改善された。このパイプラインのコードはGitHubで公開している。次に、本課題の目標である消化管に沿った宿主と細菌叢の相互作用の予測を行うため、宿主消化管と細菌叢の遺伝子発現プロファイルを用いたネットワーク解析に取り組んだ。コモンマーモセット5個体の盲腸・横行結腸・直腸を対象に、宿主と細菌叢の転写産物をシークエンスして得られた遺伝子発現プロファイルを統合した。宿主と細菌叢の相互作用を解釈するために、宿主と細菌叢の遺伝子をノードとして、共変動する遺伝子同士をエッジで繋いだ巨大なネットワークを作成した後、このネットワークから、密に共変動する遺伝子セット（部分グラフ）の抽出に取り組んだ。ネットワークから部分グラフを抽出する従来の方法は、本研究で取り扱う生物間の相互作用の解釈には適していなかったため、グラフ理論に基づいた新たなコミュニティ抽出のアルゴリズムを提案した。この方法は、完全部分グラフ（クリーク）を抽出した後、宿主と細菌叢間のエッジを考慮した部分グラフ間の相互作用の強度を示す指標を計算して、部分グラフをマージしていく戦略を取る。抽出されたコミュニティのエンリッチメント解析を実施した結果、本手法は、既存のアルゴリズムに比べて、機能的に関連する宿主と細菌叢双方の遺伝子を含むコミュニティをより多く抽出することに成功した。