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

狨猴肠道宏基因组分析方法的建立及其应用

• 批准号: 20J21477
• 负责人: 上原 美夏
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21477/
• 关键词: 腸内細菌叢; バイオインフォマティクス; メタトランスクリプトーム; トランスクリプトーム; メタゲノム; ネットワーク解析; グラフ理論; 共変動解析

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。

The purpose of this study is to understand the interaction between host bacteria and digestive tract, and to integrate the functions of host bacteria and digestive tract. Previous year's proposal for the reconstruction of the digestive tract, research results, papers, international academic journals, acceptance A series of analytical methods for the integration of different species, the prediction of the function of unknown vectors in bacterial communities, and the improvement of practical methods for the investigation of papers GitHub is open to the public. The purpose of this study is to predict the interaction between host and bacterial flora in the digestive tract, and to analyze the interaction between host and bacterial flora. The five individuals of the appendix, transverse colon, rectum, host, and bacterial flora were integrated into the genome. When the interaction between the host and the bacterial flora is resolved, the genetic components of the host and the bacterial flora are used and co-operated. After the genetic components of the host and the bacterial flora are built into a huge network, the network is opened and the genetic components (partially organized) that are closely co-operated are extracted and assembled. A new approach to biological interaction was proposed in this study. This method includes calculating the intensity of interaction between host and bacterial community after extraction of complete partial species, and calculating partial species. The results show that the method is successful in extracting genes from both host and bacterial communities.

项目成果

複数の消化管部位を対象としたメタトランスクリプトーム解析手法の開発とコモンマーモセット消化管への応用

多胃肠道宏转录组分析方法的建立及其在狨猴胃肠道中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Uehara Mika;Inoue Takashi;Kominato Minori;Hase Sumitaka;Sasaki Erika;Toyoda Atsushi;Sakakibara Yasubumi;古澤卓也;上原美夏，井上貴史，小湊みのり，長谷純崇，佐々木えりか，豊田敦，榊原康文
• 通讯作者: 上原美夏，井上貴史，小湊みのり，長谷純崇，佐々木えりか，豊田敦，榊原康文