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Genome Analysis and Clarification of Biological System on Environmental Microbiomes

Originally,bacteria consist of millions kinds of microbial and live under natural environment. There is the complicated various life systems of interaction (comprehensive device in order to live) like between bacterial environment and so on. But 99% or more of the bacterial kind that consist of the bacterial community can't be isolated and cultured, and the entity is not clear. Therefore, the original life system which shows under the environment isn't visible by just the former research which deals with the separated culture possible bacteria.Then, the bacterial flora(metagenome) large-scale sequence analysis is being advanced for clarification of the bacterial flora life system under natural environment which includes this enormous unknown difficult culture bacteria. This metagenome information contains massive amounts of generic information which is not partial, therefore we're sure to expect to become hundreds times of the number of the new bacterial, gene, metabolic response, and metabolic substances which are found. We can expect these will be the wide variety of bio-resources which overcome amount of current limited bacterial resources in wide ranges of industries like medical, energy, food, environment, and so on.
さらに、ヒト常在菌や感染症の原因である病原菌などのヒトを取り巻く細菌は、ヒトの健康と病気に関わる内なる遺伝要因であるヒトゲノムに対して、ヒトの生活習慣(食事等)を通した環境要因として捉えることができる。また、病原菌や常在菌は地球環境下に棲息している環境細菌と進化系統的に関係している。つまり、このような環境細菌のゲノム研究はヒトの健康と病気を包括的に理解する上で重要なテーマと位置づけられる。




本研究室では、次に掲げる研究テーマに取り組んでいる。


1.ヒト常在細菌叢のメタゲノム解析

ヒトの腸内に常在する腸内細菌叢は私たちヒトにもっとも身近な細菌叢であり、ヒトの健康と病気に密接な関係をもつことが古くから知られている。しかしながら、腸内細菌叢のもつ遺伝子組成や生態機能などの詳細はわかっていない。これは、腸内細菌の大部分が、嫌気性菌で分離培養が困難であることが大きな理由である。そこで、細菌叢のゲノム配列を直接決定して、培養、難培養にかかわらず、そこに存在する細菌の遺伝子情報を大量に獲得するメタゲノム解析に取り組んでいる。とくに、メタゲノムデータの情報学的解析では、遺伝子予測、遺伝子機能注釈、オルソログ遺伝子のクラスタリング(COG解析)、外挿法による COG及び細菌種数の推定、個人間や他環境間の比較解析等に有用な方法/技術論の開発を進めている。これらを通じて、腸内細菌叢の多様性、個人間や健康と病態間の相違、細菌叢のゲノム動態、代謝ネットワーク、分子レベルでの生態機能、細菌叢の形成機構等の解明に取り組んでいる。さらに、腸内細菌叢以外に、口腔、皮膚細菌叢などのヒト常在菌の解明も計画しており、ヒト常在菌叢の生態機能や生命システムの包括的な理解をめざしている。

 図2: ヒト腸内細菌叢のメタゲノム解析


2.個別細菌のゲノム解析

私たちは最新鋭の自動シークエンサー等を活用した大規模ゲノム解析のトータルシステムを構築してきた。この大量解析技術を背景にして、これまでにヒト病原菌、産業有用菌、昆虫の共生細菌、ヒト常在菌など50種類以上の細菌のゲノム配列を決定し、遺伝子発見や比較ゲノム解析などの情報学的解析を駆使して個々細菌のもつ生命システムの解明を行ってきた。今後も、ゲノム研究の基盤であるゲノムシークエンスと情報学的解析技術の開発をさらに展開する。


3.その他のテーマ

特徴的な機能や生態を有する産業有用や自然環境細菌叢のメタゲノム解析も行っている。これらのメタゲノムデータからは、特徴的で産業応用できる遺伝子セットや代謝系、さらにはそれらをもつ新たな細菌種の発見が期待される。このほか、ヒトやチンパンジーなどの霊長類ゲノムの情報学的解析を機能および進化の観点から取り組んでいる。




[関連記事]
世界最小ゲノム発見 理研ニュース(2006)写真
腸内細菌研究 R25記事(2006)写真
腸内細菌研究 朝日新聞記事(Nov. 2005)写真
放線菌ゲノム解析 Nature Biotech表紙(2003)写真

[服部ラボが関与した主な論文(2000年以降)]

  1. Nakabachi A. et al.: The 160-kilobase genome of the bacterial endosymbiont Carsonella. Science, 314, 267 (2006).
  2. Itoh T. et al.: Identification of large ancient duplications associated with human gene deserts. Nature Genet. 37, 1041-1043 (2005).
  3. Watanabe H et al.: DNA sequence and comparative analysis of chimpanzee chromosome 22. Nature, 429:382-328 (2004).
  4. International Human Genome Sequencing Consortium: Finishing the euchromatic sequence of the human genome. Nature, 431:931-945 (2004).
  5. Ikeda H. et al.: Complete genome sequence and comparative analysis of the industrial microorganism Streptomyces avermitilis. Nature Biotech., 21, 526-531 (2003).
  6. Akman L. et al.: Genome sequence of the endocellular obligate symbiont of tsetse flies, Wigglesworthia glossinidia. Nature Genet., 32, 402-407 (2002).
  7. Hayashi T. et al.: Complete genome sequence of enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 and genomic comparison with a laboratory strain K-12. DNA Res. 8:11-22(2001).
  8. International Human Genome Sequencing Consortium: Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature, 409:860-921 (2001).
  9. Shigenobu S. et al.: Genome sequence of the endocellular bacterial symbiont of aphids Buchnera sp. APS. Nature, 407, 81-86 (2000).
  10. Hattori M. et al.: The DNA sequence of human chromosome 21. Nature, 405, 311-319 (2000).
 
en/intro.txt · Last modified: 2007/12/06 01:01 by kim
 
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