実験医学 2018年1月号 Vol.36 No.1

どこでも　誰でも　より長く　ナノポアシークエンサーが研究の常識を変える！

荒川和晴／企画

2017年12月20日発行
B5判
139ページ
ISBN 978-4-7581-2503-1

2,200円（本体2,000円＋税）
在庫：なし

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《企画者のことば》

近年の分子生物学の発展は，DNAシークエンサーの技術革新に負うところが少なくない．そのDNAシークエンサーに新たな革新が起きている．DNA がタンパク質微細孔（ナノポア）を通過する際の電流変化によって配列決定を行うナノポアシークエンサーは，手のひらに乗るほどに小型でポータブルであり，大きな初期投資を必要とせず，またリアルタイムに数十kbpという長鎖DNAを読みとれるなど，従来のシークエンサーと一線を画す革新的デバイスだ．まだ市場に出て間もないため，発展途上にある技術だが，すでに多くの可能性を見せつつある．ナノポアシークエンサーがわれわれの研究をどう変えるのか，その可能性を展望したい．

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企画者メッセージ

新たな原理に基づくシークエンサーは解析対象・場所を選びません．これまで難しかったリピート配列や構造変異の解析，また小型の機器本体は医療現場での迅速感染症診断を可能に．各分野における最新研究成果をご紹介します！

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特集

どこでも　誰でも　より長く　ナノポアシークエンサーが研究の常識を変える！

企画／荒川和晴

■サマリーを表示する

概論―ナノポアシークエンサーがもたらす未来【荒川和晴】

近年の分子生物学の発展は，DNAシークエンサーの技術革新に負うところが少なくない．そのDNAシークエンサーに新たな革新が起きている．DNA がタンパク質微細孔（ナノポア）を通過する際の電流変化によって配列決定を行うナノポアシークエンサーは，手のひらに乗るほどに小型でポータブルであり，大きな初期投資を必要とせず，またリアルタイムに数十kbpという長鎖DNAを読みとれるなど，従来のシークエンサーと一線を画す革新的デバイスだ．まだ市場に出て間もないため，発展途上にある技術だが，すでに多くの可能性を見せつつある．ナノポアシークエンサーがわれわれの研究をどう変えるのか，その可能性を展望したい．

新たな可能性を切り開くリアルタイムDNA/RNAシークエンサー：MinION，GridION，PromethION【宮本真理，Zoe McDougall，James Clarke】

Oxford Nanopore Technologies Ltd（ONT社）より2015年から販売されている手の平サイズのDNA/RNAシークエンサーMinION（ミナイオン）は従来にない数百キロの長さのリード長や，蛍光物質やレーザーを使用しない超小型サイズ，RNAをダイレクトにシークエンスでき，リアルタイムでのデータ取得と解析が行えるなど，ユニークな特徴を備えたシークエンサーとして生命科学，医学，農学，そしてフィールドでのシークエンスへと応用を広げている．ONT社では，同様のケミストリを使った大型シークエンサーの開発も行っており，これらのユニークな特徴を大型ゲノムへの解析に活かし新しい道を切り開く技術となりつつある．

ナノポアリードのアライメントツール【鈴木　創，笠原雅弘】

MinIONシークエンサーより得られたリード（MinIONリード）向けの解析ツールは非常に速いテンポで開発が進められており，数カ月単位で目まぐるしく変化する状況を捉えるのが難しくなっている．本稿では，われわれが開発しているアライメントツールminialignを中心に，MinIONリード向けのアライメントツールで主なものをわれわれの独断と偏見で紹介する．その他のツール（de novoアセンブラ，コンティグの塩基エラー訂正ツール，その他のユーティリティ）についても，MinIONリードに実用可能なツールをまとめた表を掲載する．

ナノポアシークエンサーによる薬剤耐性菌ゲノムの解析【鈴木仁人，矢原耕史，平林亜希，柴山恵吾】

近年，ナノポアシークエンサーによる1 分子長鎖（ロングリード）型シークエンシング技術の革新により，超長鎖DNA配列（～1 Mbp）の解読，RNA配列の直接解読，メチル化などの修飾塩基の検出などが可能になってきた．これらの技術は，細菌の染色体やプラスミドを含む完全配列の解析に加え，新たなmRNA 発現解析（mRNAや16S rRNA のDirect RNA-Seq など），新たなエピジェネティクス解析（メチル化RNA の検出など）により未知の生命現象を明らかにする可能性を秘めている．なかでも携帯性に優れたOxford Nanopore technologies（ONT）社のMinION においては，もはや研究を行う場所に制限はなく，2017年8月20日にわが国でも批准がはじまった名古屋議定書発効後の地域固有の遺伝資源に依存した国際共同研究において新たな方法論を構築することが可能である．本稿では，既存のシークエンサープラットフォームの特徴を説明したうえで，MinIONを用いて主に薬剤耐性菌を材料として行われている研究例を紹介したい．

フィールドでの熱帯病原性微生物タイピング【山岸潤也，Lucky Runtuwene，林田京子，鈴木　穣】

シンガポールではデングウイルス感染者が日々発生しているが，それがニュースになることはない．一方，本邦では2015年のデングウイルスの国内感染例が大いに世間を騒がせた．これは日本人にとって熱帯感染症がそれだけ遠い世界の物語である（と思い込んでいる）ことを示していることの証左といえる．しかしながら目を世界に転じれば，そこには熱帯感染症が満ち溢れている．本稿では，近年のポータブルシークエンサーMinIONの熱帯感染症病原性微生物，特にその野外株についてのゲノム解析の応用について概説する．on siteでのシークエンスがより普及すれば，さらに多くの多型あるいは新規の病原性微生物が同定されるかもしれない．

迅速な細菌種の組成解析【中川　草，三橋里美，Kryukov Kirill，今西　規】

16S rRNA遺伝子のアンプリコンシークエンスによる細菌組成の解析は，ナノポア技術に基づくシークエンサーMinIONの登場により大きく変わりつつある．ロングリードが得られること，そして逐次的なシークエンスが可能という特徴を活かして，われわれを含め世界各地の研究グループがMinIONを使ってさまざまなDNAサンプルの細菌組成を迅速に決定することに成功している．われわれはさらにこの機器のポータブルという特徴を活かし，MinIONとラップトップ型コンピューターを使って持ち運び可能な迅速細菌同定システムを構築した．このシステムは設備の整った研究室ではなくても，医療現場を含む世界各地のさまざまな場面で活躍できる可能性がある．

がんのロングリード解析【坂本祥駿，勝俣恵理，関　真秀，鈴木　穣】

がん解析において，逆位や転座，大規模な挿入や欠失などの構造変異の検出や同一染色体上の変異パターンを同定（haplotype phasing）することは重要である．しかし，短いリードしか得られない次世代シークエンサーではそれらの解析が困難であった．近年のナノポアシークエンサーを含むロングリード解析技術の発達により，これらの問題は解決されつつある．本稿では，われわれが行ったナノポアシークエンサーでの解析事例を交えつつがんのロングリード解析について概説する．

リピート数が関与する疾患の診断に向けてーサブテロメア領域のD4Z4マクロサテライトリピートを読む【三橋里美，中川　草，上田真保子，今西　規，Martin C Frith，三橋弘明】

メンデル遺伝病もしくは単一遺伝子疾患は，ひとつの遺伝子変異が高い浸透率で病気を引き起こす疾患である．単一の分子遺伝学的な原因が明確な表現型へとつながるため，患者家系のシークエンス解析により多くの疾患関連遺伝子が発見されてきた．現在，最も汎用されている方法は大量のショートリードシークエンスによるエクソーム解析であり，原因遺伝子の発見や患者のゲノム診断に成果をあげている．しかし，複雑なゲノム構造異常やリピートのコピー数異常など，この方法では検出困難な変異も存在する．本稿では，特異な原因により発症する骨格筋の遺伝性疾患について，現時点ではナノポアシークエンサーでしか実現できないであろうゲノム診断の可能性について述べる．

解析困難な長鎖リピート配列の解析に挑むークモ糸遺伝子を例に【河野暢明，荒川和晴】

大きな技術革新を遂げ続けているシークエンシング分野においてリピート配列は生物種に限らずいまだに対応困難なエレメントの1つであり，その配列を決定するためにはクローニングなどの実験的，あるいはアセンブリ時の計算機的な問題を解決しなければならない．本稿ではクモ糸遺伝子を長鎖リピート配列の例に挙げ，その解決策の1つとしてMinIONに注目し，どのようなアプリケーションが有効的であるかを実際の解析結果とともに紹介する．

連載

News & Hot Paper Digest

自然免疫DNAセンサー（cGAS）による細胞老化の制御【神﨑　展】

アクチンレトログレードフローの意味【岩楯好昭】

2種類の人工塩基を有するDNAアプタマー【山本美月，川上隆史】

摂食調節研究のパラダイム・シフトー摂食調節に流れる3つの時間【佐々木努】

米国における深刻なオピオイド乱用問題【MSA Partners】

カレントトピックス

コンデンシンはクロマチン動態を制御して分裂期染色体を形成する【角井康貢】

RNAポリメラーゼⅡ転写伸長複合体の分子構造【江原晴彦，関根俊一】

霊長類が物体の価値を判断するメカニズムを光遺伝学により解明【田村啓太】

上皮細胞の増殖抑制機構ー環状アクチンベルトの収縮はYAPの核外排出を促進する【山下和成，田村-古川可奈，大野茂男】

挑戦する人

映像の表現を追求し知の面白さを伝える！【大西　隼】

Update Review

発見から100年，ベールを脱ぐペリサイト【西山功一】

クローズアップ実験法

マウス多能性幹細胞を用いた卵子形成過程の再構築培養法【日下部央里絵，林　克彦】

創薬に懸ける～日本発シーズ、咲くや？咲かざるや？

『抗RANKL抗体』はどのようにして創薬されたか【須田立雄，高橋直之，津田英資，福田千恵，刑部泰輔】

予言するシミュレーション

粒子シミュレーションで細胞のストレス応答を予言する【市川一寿】

Campus & Conference 探訪記

国際学会から見えた老化の潮流ーキーストンシンポジア―老化と老化関連疾患【早野元詞】

ラボレポート留学編

羊と研究―ローザンヌ研究生活ーDepartment of Plant Molecular Biology, University of Lausanne【玉置貴之】

Opinion

バイオ系研究室のイクボス：嬉しかった気遣い【豊田　優】

バイオでパズる！

割れたゲル【山田力志】

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【本書名】実験医学：どこでも　誰でも　より長く　ナノポアシークエンサーが研究の常識を変える！
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