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

使用微滴对单一微生物的生物合成基因簇进行大规模并行分析

• 批准号: 16J10443
• 负责人: 西川 洋平
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J10443/
• 关键词: シングルセルゲノミクス; 全ゲノム増幅; マイクロ流体デバイス

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。

More than 99% of microorganisms in the environment are difficult to cultivate, and the biological world is difficult to cultivate. The detailed analysis of difficult to culture microorganisms has been carried out on a single cell basis. The analysis of difficult to culture microorganisms has been carried out on a single cell basis. The method of analysis has been applied to multiple cell groups. This study aims to develop a new technology for obtaining complete information on microorganisms in the environment, including high-precision cell information on target and target analysis. This year, the development of micro-droplet application technology and target gene detection mechanism has been carried out. The application of this technology is to demonstrate that the analysis of microorganisms present in tissues is possible with very few microorganisms present in the environment and with high accuracy. It is difficult to analyze the improved method of cell lysis, and it is possible to analyze the microorganism with difficulty in dissolution. More than 1000 Single amplified genes (SAGs) were successfully identified in a variety of environments, including seawater, sea mud, soil and intestinal bacteria. In this study, we established a high precision amplification method for single cell analysis of environmental microorganisms.

项目成果

ゲノムライブラリーの作製方法及びゲノムライブラリーの作製装置

基因组文库制作方法及基因组文库制作装置

• 发表时间: 2018

単一微生物からの高精度な全ゲノム解析に向けたマイクロ流体デバイスの活用

利用微流体装置对单一微生物进行高精度全基因组分析

• 发表时间: 2016
• 作者: 西川洋平;細川正人;小川雅人;竹山春子;西川洋平
• 通讯作者: 西川洋平

生体の科学68巻2号: 難培養微生物を対象としたシングルセルゲノミクスの課題と展望

《生物科学》第 68 卷第 2 期：难培养微生物的单细胞基因组学的挑战和前景

• 发表时间: 2018
• 作者: 細川 正人;西川 洋平;竹山 春子
• 通讯作者: 竹山 春子

Droplet microfluidics for high throughput and accurate single-cell genome sequencing of coral commensal bacteria

用于珊瑚共生细菌高通量和准确单细胞基因组测序的液滴微流体

• 发表时间: 2019
• 作者: Yohei Nishikawa;Masahito Hosokawa;Masato Kogawa;Haruko Takeyama
• 通讯作者: Haruko Takeyama

Picoliter-sized droplets for low-bias and contamination-free reactions in whole genome amplification of single bacterial cells

皮升大小的液滴，可在单个细菌细胞的全基因组扩增中实现低偏差和无污染反应

• 发表时间: 2016
• 作者: Yohei Nishikawa;Masahito Hosokawa;Masato Kogawa;Haruko Takeyama
• 通讯作者: Haruko Takeyama