環境由来DNA配列を用いた難培養性微生物類の多様性解明と系統推定法の確立

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今年度は、我々が開発してきた一括学習型自己組織化地図マップ法(Batch-Learning Self-Organizing Map, BLSOM)によるオリゴヌクレオチド組成を用いたゲノム断片配列の高精度な生物系統分類法を、実際のメタゲノム解析により取得された環境由来DNA断片配列に適用した。培養が困難な微生物混合試料に由来する配列を対象にした系統分類、異なる環境間での微生物群集の比較解析を可能にするためのワークフローを構築し、ワークフローを実施するためのソフトウェアのプロトタイプの開発を実施した。開発したソフトウェアでは、原核生物・ウイルス・オルガネラ・プラスミドの全配列を用いた大規模なBLSOM上へ、環境由来のゲノム断片配列類をマップし、次に各生物系統群で作成したBLSOMへ、最後は系統群内の微生物種ごとのBLSOM上ヘマップするといった、大分類から逐次的に絞込みを行うことにより、より高精度な微生物種の系統推定が可能となり、合わせて新規性の高いゲノム配列の探索も可能にした。プロトタイプを用いて詳細な条件検討を行った後に、公開を予定している。また、環境由来ゲノム断片配列を対象に、共通の手法で遺伝子を探索し、機能等のアノテーション情報の付与を行うための情報基盤の作成を目的に、ゲノム配列の系統分類用に開発したBLSOMをオリゴペプチド頻度に適用し、その頻度パターンの類似度を基にした遺伝子機能の推定法の開発を実施した。機能既知なタンパク質を対象に解析を実施したところ、タンパク質の機能を反映したクラスタリングが可能であり、相同性検索に依存しないタンパク質の機能推定法として確立できる可能性が示された。メタゲノム解析で得られた機能未知タンパク質遺伝子候補類に適用し、メタゲノム解析で得られた多数のタンパク質の大規模な機能推定を行い、公開する予定である。