Quantitative Trans-omics Analysis of Microbial Electron Transfer Chain

白石 磨貴男 (1351058)


情報科学と分子生物学の融合領域であるバイオインフォマティクスは、生物か ら得られる大量のデータを網羅的に解析することで、生命に関する清新な知見を 提供してきた。オミクス解析と総称されるこの手法は、現在、種々の生物学デー タに適用されている。すなわち、DNAに対するゲノミクス、メッセンジャーRNA に対するトランスクリプトミクス、タンパク質に対するプロテオミクス、代謝物 質に対するメタボロミクス、そして表現型に対するフェノミクスである。加えて、 次世代型シーケンサーや超高速液体クロマトグラフィーといった技術革新により、 データの解像度と生成速度は、現在においても明白に増加している。それに伴い、 トランスオミクス解析と称するデータの種別を越えた解析が可能となり、生命現 象の理解に不可欠であるとの認識が高まってきているが、確立された手法は未だ 存在していない。われわれは、この現状に鑑み、微生物の電子伝達系(ETC)を 対象として、表現型と遺伝型を統合するトランスオミクス解析を試みた。過去の 電気生理学の研究からETC の測定値を収集し、これらをもって表現型を定量的 に定義することによって、従来のタンパク質系統解析に表現型の情報を統合した。 結果として、ETC の表現型が有意に異なる17 のETC のタンパク質系統群と20 の系統群ペアを特定した。これらの系統群はETC の影響を受けて進化した可能 性がある。さらに、プロテオミクスの観点からは、上記のうち3 系統群と4 系統 群ペアにおいて、立体構造中に明らかな変異部分が存在することが確認された。

Bioinformatics, an interdisciplinary eld between information science and biol- ogy, provided new insights about living things by analyzing data. These methods are generally called "omics", and it specializes on various levels of biological data: genomics for DNA-level, transcriptomics for RNA-level, proteomics for protein- level, metabolomics for metabolite-level, and phenomics for phenotype-level. Recently, it has become possible and necessary to integrate different types of biological data and analyze their relationships along the enormous and detailed data spear headed by new experimental technologies, such as Next Generation Sequencers, high performance chromatographies. However, integrated analytical approaches called trans-omics analysis, are still maturing largely. In this study, we applied trans-omics analysis methods to examine micro- bial electron transfer chain (ETC). Phenotype of ETC was de ned by retrieving bio-energetically experimental measurements from literature. The quanti ed phe- notypes were integrated into the basic phylogenetic analysis of ETC proteins. We determined 17 clusters and 20 cluster pairs of ETC proteins to be statistically signi cant phenotypes. These clusters imply evolution under the constraints of the ETC. Moreover, from the viewpoint of proteomics, 3 clusters and 4 pairs were con rmed to have the apparent regions of mutation in their 3D structures. This study contributed much in the rising eld of trans-omics.