規範科学総合研究所

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本研究所では、生命科学、医療、環境分野等における基礎研究、技術開発、さらにそれらの社会実装を推進することで、未来社会を創造し持続可能な発展に資することを目指します。学生・院生を含む社会人を対象とした勉強会・シンポジウムを開講し、科学的知見と論理的思考、そして総合知によって本研究所で推進する研究分野の人材育成にも貢献します。また、先端的な研究を産官学連携で推進し、実践科学の成果から社会実装、さらには科学技術政策への提言も積極的に推進します。具体的には、①バイオサイエンス・エンジニアリング研究、②ヘルスフード科学研究、③バイオマーカー解析研究、④エコシステム科学研究を柱として、環境・医療・健康・食などの重要課題の研究拠点化を目指します。

微生物コロニーから直に薬剤候補物質を探索する技術の開発

“In Situ Raman Hyperspectral Analysis of Microbial Colonies for Secondary Metabolites Screening”
Analytical Chemistry, 96, 14909−14917, 2024

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c02906

先進理工学研究科 先進理工学専攻 5年一貫制博士課程3年　諏訪駿之介

諏訪駿之介^1,2, 安藤正浩³,中島琢自³, 堀井俊平¹, 穴井豊昭⁴, 竹山春子^1,2,3,5 （1早大院・先進理工, 2産総研・早大 CBBD-OIL, 3早大・ナノライフ創新研, 4九大院・農, 5早大・生命動態研）

キーワード：ラマン分光法, 放線菌, 二次代謝産物, 機械学習, 信号解析, 分子イメージング

＊成果のポイント

生体分子のその場、非破壊解析の可能なラマン分光法を用いて、寒天上の微生物コロニーから直に分子情報を取得、二次代謝産物の産生を評価できるような測定手法を開発した。
コロニーのラマン分光測定に適した培養シャーレと分光計を用いることで、大腸菌コロニーから高い信号比のラマンスペクトルを取得することができた（Fig. 1）。
既知物質のラマンスペクトルを教師データに用いるスペクトル解析手法（semi-supervised MCR）により、コロニー内の二次代謝産物の産生を正確に評価することができた（Fig. 2）。
本解析手法では、教師データのない二次代謝産物を検出することもでき（Fig. 3）、未知物質の探索にも本技術が有用であることが実証された。

実験手法とデータ解析手法の両面から技術開発に取り組み、これまで困難であったコロニーのラマン分光測定と、非破壊的な二次代謝産物の産生評価を実現した。本技術により、迅速かつ簡便なコロニーのスクリーニングが可能になると期待される。

＊研究助成

本研究は、JST 革新的 GX 技術創出事業（GteX）、JPMJGX23B3 の支援を受けたものです。

河川水中のDNAウイルスゲノムの多様性を1粒子ゲノム解析によって明らかにする

“Large-scale single-virus genomics uncovers hidden diversity of river water viruses and diversified gene profiles”
The ISME Journal, Volume 18, Issue 1, January 2024, wrae124,

https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae124

ナノ・ライフ創新研究機構・招聘研究員　西川 洋平

西川洋平^1,2, 我妻竜太^1,3, 塚田祐子³,　Lin Chia-ling ³, 千々岩樹佳², 細川正人^1,2,3,4,　竹山春子^1,2,3,4
（1産総研・早大 CBBD-OIL, 2早大・ナノライフ創新研, 3早大院・先進理工, 4早大・生命動態研）

キーワード：1粒子ゲノム解析, DNAウイルス, マイクロフルイディクス, 全ゲノム増幅,
河川水

＊成果のポイント

マイクロメートルサイズの微小液滴を反応場として活用することにより、高精度なDNAウイルスのゲノム情報を、1粒子レベルの解像度、かつ大規模に取得することを可能とした(Fig. 1)。
合計1431個のウイルス配列を獲得し、これらの5%が種レベルで新規の配列であり、従来のメタゲノムを用いた手法では取得が難しい配列であることを明らかにした(Fig. 2)。
同一ウイルス種内の比較ゲノム解析により、宿主への感染成立に重要な役割を果たすメチルトランスフェラーゼ（MTase）のサブタイプの保有プロファイルがウイルス粒子毎に異なることを明らかにした(Fig. 3)。これにより、同一種のウイルスが宿主細菌の内部防御機構に対して、多様な適応戦略を取っている可能性が示唆された。

高精度かつ大規模なDNAウイルスのゲノム解析手法を開発することにより、環境サンプルから未知ウイルスの配列情報を多数獲得した。また、これらの比較解析により、ウイルスゲノムの株レベルの配列多様性を明らかにした。

＊研究助成

本研究は日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究（S）(17H06158), 基盤研究(B)(21H01733), 若手研究(23K13612)、国立研究開発法人科学技術振興機構 JST-ACT-X(JPMJAX20BE)の支援によって実施された。

複雑な土壌細菌コミュニティを1細胞レベルで理解する

“Analysis of microbial dynamics in the soybean root-associated environments
from community to single-cell levels”
Journal of Bioscience and Bioengineering VOL. 137 No. 6, pp. 429-436, 2024　

https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2024.02.007

理工学術院　助手（先進理工学研究科 生命医科学専攻 博士課程2年）　木伏真子

木伏真子^1,2, 西川洋平², 細川正人¹²³⁴, 穴井豊昭⁵, 竹山春子¹²³⁴ （1早大院・先進理工, 2産総研・早大 CBBD-OIL, 3早大・ナノライフ創新研, 4早大・生命動態研, 5九大院・農）

キーワード：土壌細菌叢, 根圏, １細胞ゲノム解析, ダイズ,バイオインフォマティクス,
植物生育促進根圏細菌

＊成果のポイント

ダイズの根周辺の土壌を細分化して、部位ごとの詳細な細菌叢データを取得。さらに、1細胞ゲノム解析により個々の細菌ゲノムを取得。これにより、細菌叢の全体像と個々の細菌の機能を紐づけて理解することが可能となった。
ダイズの成長に伴い、根表面土壌の細菌叢と、根の近傍領域（根圏）の細菌叢の構造が類似することを明らかにした（Fig. 1）
植物生育促進根圏細菌の候補を含む中～高品質の1細胞ゲノムを610個（135属）獲得した（ 2）。そのうちの80.7%から16S rRNA遺伝子配列を検出した。
根表面での増加が確認された系統のみが、植物の必須栄養素を高効率で供給する遺伝子を有することを明らかにした（Fig. 3）。