マイクロドロップレットを用いた単一微生物からの生合成遺伝子クラスターの超並列解析

環境中の微生物は99％以上が難培養性であり、生物界におけるダークマターと例えられる。難培養微生物が有する遺伝子の詳細な解析には、単一細胞レベルでのゲノム解析が有効であるが、従来までの手法では多様な細胞集団に適用可能なスクリーニング量が得られていなかった。そこで本研究では、環境中の微生物がもつ全ゲノムの情報を単一細胞レベルで網羅的に解析し、標的となる細胞の高精度な単一細胞ゲノム情報を取得可能な技術の開発を目指した。本年度は、これまでに開発した微小液滴を用いた全ゲノム増幅技術と標的遺伝子の検出機構を組み合わせることにより、網羅的に増幅した単一細胞由来のゲノム情報の中から標的となる遺伝子配列を含んだサンプルのみを効率的に検出する技術を開発した。本技術の応用例としてサンゴ組織内に共在する微生物のゲノム解析を実施し、環境中の存在比が非常に少ない微生物に対しても高精度なゲノム解析が可能であることを実証した。また細胞溶菌手法の改良によって、これまで解析が困難であった難溶解性の微生物に対しても効果的なゲノム解析を可能とした。これにより、海水、海泥、土壌、腸内細菌などを含む多種多様な環境サンプルを対象とした単一細胞ゲノム解析が可能となり、合計1000個以上のSingle amplified genomes (SAGs)の獲得に成功した。本研究を通して、環境微生物の単一細胞解析に向けた高精度かつハイスループットなゲノム増幅法が確立された。

環境中の微生物は99％以上が難培養性であり、生物界におけるダークマターと例えられる。難培養微生物が有する遺伝子の詳細な解析には、単一細胞レベルでのゲノム解析が有効であるが、従来までの手法では多様な細胞集団に適用可能なスクリーニング量が得られていなかった。そこで本研究では、環境中の微生物がもつ全ゲノムの情報を単一細胞レベルで網羅的に解析し、標的となる細胞の高精度な単一細胞ゲノム情報を取得可能な技術の開発を目指した。本年度は、これまでに開発した微小液滴を用いた全ゲノム増幅技術と標的遺伝子の検出機構を組み合わせることにより、網羅的に増幅した単一細胞由来のゲノム情報の中から標的となる遺伝子配列を含んだサンプルのみを効率的に検出する技術を開発した。本技術の応用例としてサンゴ組織内に共在する微生物のゲノム解析を実施し、環境中の存在比が非常に少ない微生物に対しても高精度なゲノム解析が可能であることを実証した。また細胞溶菌手法の改良によって、これまで解析が困難であった難溶解性の微生物に対しても効果的なゲノム解析を可能とした。これにより、海水、海泥、土壌、腸内細菌などを含む多種多様な環境サンプルを対象とした単一細胞ゲノム解析が可能となり、合計1000個以上のSingle amplified genomes (SAGs)の獲得に成功した。本研究を通して、環境微生物の単一細胞解析に向けた高精度かつハイスループットなゲノム増幅法が確立された。