2015年5月20日
1,000ドルのゲノムと医療の改善への意味合いのニュース以外にも、ゲノミクスは私たちの日常生活の一部になりつつあります。あらゆる生物のDNAを研究することができ、その応用は、疾患の遺伝的基盤を同定し、ビールやチーズを作るより良い方法を見つけることと同じくらい広範囲に及びます。
次世代シーケンサー（NGS）の影響を受ける少数の領域からの最近の研究のハイライトをご紹介します。
依存症 – コロラド大学ボルダー健康依存症センターの研究者：神経科学、遺伝子、環境学は、アルコールや大麻への依存症がどのように発生するかを理解することを再び願っています。彼らはエピゲノムの答えを探しています。エピゲノムはゲノムそのものの上にあり、DNAシーケンスを変更することなくゲノムを修飾するDNAを取り囲む化学化合物のネットワークです。ターゲットメチル化シーケンスにより、研究者は物質乱用の脳イメージスキャンと相関するエピジェネティックなシグネチャーを同定しています。関係するエピジェネティックな変化を解明し、依存症のメカニズムを理解することで、依存症や薬物乱用のスイッチをオフにするためのより効果的な治療法を開発できる可能性があります。
農業 – シーケンスは、アフリカで収穫量が高く栄養価の高い孤児の作物を開発するため、遺伝子機能研究と植物育種プログラムを加速させています。一例として、アフリカのオーファンクロップコンソーシアム（AOCC）には、アフリカの子供における栄養失調とスタンチングの発生率を抑えるという使命があります。イルミナのシーケンスおよびジェノタイピングテクノロジーにより、AOCCは形質の選択に用いられる10～15年にわたる基本的な育種を本質的にスキップすることができます。DNAマーカーを使用すると、育種プロセスを進め、作物のライフサイクルに応じてタイムラインを5～10年に短縮できます。
バグ（および殺虫剤） – 殺虫剤の使用を常に避けることはできないため、殺虫剤耐性の発生を防ぐためにどのように作用するかを理解することが重要です。一般的な家畜および商業用殺虫剤は自然に由来しますが、神経ナトリウムチャネルを標的とする神経毒素です。現在の研究では、昆虫のナトリウムチャネル、どのような変異が殺虫剤耐性につながる可能性があるか、および標的種と非標的種でどのように殺虫剤が代謝されるかを理解することに焦点を当てています。最近、科学者たちはシーケンスを使用して、ガーナのアノフェレス莢膜種間の殺虫剤耐性変異の移行を追跡しました。システムの仕組みと、曝露されたさまざまな種に殺虫剤がどのように影響するかを理解すれば、その知識を利用して、より安全で効果的な殺虫剤を設計し、より選択的に使用する方法を理解することができます。
心臓学 – 心臓は非常に複雑な臓器であり、血液、酸素、栄養素の適切な循環を保証する上で重要な役割を果たします。心筋細胞は、心臓のさまざまな生理学的および病態生理学的ニーズに適応する高度に特殊な細胞です。研究者は、ゲノムシーケンスを使用して、成人および新生児の心筋細胞とマウスの心臓の機能不全のDNAメチロームを研究します。 彼らは発達中の動的なエピジェネティックリモデリングを観察し、心臓の発達に伴うアイソフォームの切り替えも特定します。心臓の機能不全では、成人心筋細胞は慢性ストレスに反応してエピジェネティックリモデリングを受けます。シーケンスは、DNAメチル化が専門細胞の表現型をどのように形成するかに関する最初の洞察を提供してきました。
法医学 – DNAエビデンスは、何十年にもわたって犯罪の解決と無害な人のエクソン形成に役立っていますが、NGSは法医学ラボの作業効率の向上に役立っています。現在のところ、ほとんどのDNA解析ではゲノムの13～25箇所を検査するため、サンプルは一度に1つずつ処理されます。この方法は信頼性 は高いですが、効率的ではなく、困難なケースを解決するほど多くの情報を提供しません。NGS では、法医学ラボは一度にDNAサンプル384をランできます。各サンプルから200を超える情報を入手できるため、より完全なDNAプロファイルを開発できます。NGSは、犯罪の解決 に加えて、死亡者が認識できない可能性のある大量災害による遺体の特定にも使用できます。 NGSでは、部分的に分解されたサンプルを含む低レベルのサンプルでターゲット解析を行い、高解像度の同定を行うことができます。また、他の同定特性なしで発見された、同定されていない、または分解されたヒトの遺体を同定するためにも使用できます。
微生物学（ビール） – ビール醸造所は数百年にわたって酵母を使用しています。これらの微生物は、これらのビールの特徴であるさまざまな風味や匂いを引き出し、世界で最も人気のあるビールの開発に関与しています。しかし、酵母に特徴をもたらす遺伝子コードや特定のメカニズムをより深く理解することで、ビールの風味を変え、改善することができます。DNAシーケンス技術が高速化し、より手頃な価格になるにつれ、科学者たちはこれまで以上に酵母の遺伝子コードを探り、活用しています。
微生物学（食品） - シーケンスは、非常にヌクレオチドまでのチーズ作りの科学を明らかにしています。研究者たちは、チーズのさまざまな種類の微生物の複雑な関係や、チーズのスターター培養の複雑さを維持する上で重要な役割を果たすウイルスと細菌の相互作用を探っています。彼らは、チーズのコミュニティタイプは地理的な場所とは無関係に再現可能であるが、チーズのリンドのリンドタイプと水分により依存していることを発見しました。
臓器移植 – Organ Procurement & Transplantation Networkによると、平均で毎日21人が移植を待つ間に死亡し、1人のドナーが8人の命を救うことができます。メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）などのMDRO（多剤耐性菌）検査が陽性のドナーは、混乱を引き起こします。CDCは、MRSAに感染したドナーが抗生物質で治療され、臓器移植前にMRSA感染の許可を受けたにもかかわらず、移植レシピエントにMRSAを伝播できた事例研究を報告しています。CDCの研究者は、イルミナのシーケンス技術を使用して、ドナーへのMRSA感染を追跡しました。 レシピエントは免疫抑制状態にあり、少数の微生物による感染でさえも致命的になる可能性があるため、ドナーが移植中に感染を伝播しないようにすることが重要です。シーケンスは、MDROに対する抗生物質の同定とドナー由来の感染の追跡に役立ちます。
生殖の健康 – 染色体異数性（染色体数異常）は、体外受精（IVF）失敗の主な原因です。異数性胚のほとんどは移植されず、妊娠初期に流産することが多い胚も移植されません。着床前遺伝子スクリーニング（PGS）を使用して、最も生存可能な胚を選択的に着床させることは、いくつかの点で役立ちます。着床率を改善し、継続的な妊娠率を高め、1回の胚移植を可能にし、それによって高リスクの多胎妊娠の数を減らすことができます。PGSは元々、24の染色体すべてをスクリーニングしなかった検査（蛍光in-situハイブリダイゼーションまたはFISH）を使用して実施されたため、正倍数胚の検出に対する有効性と精度は限られていました。新しい手法が開発され、PGSに応用されるにつれ、移植率が向上しました。NGSでは、わずか12時間で24の染色体すべてをスクリーニングし、胚の染色体の健康状態を正確かつ効率的に把握することができます。
減量 – 減量に苦労する人もいます。脂肪量と肥満関連（FTO）遺伝子は、ゲノムワイド関連解析で肥満の強力な候補として特定された最初の遺伝子です。研究者らは、運動に反応したリスク関連FTO遺伝子と体脂肪組成の関連性を調べました。研究者らは、リスクアリルの座っている白人男性（両親から）は、リスクアリルのヘテロ接合体（両親から）よりも重いことを同定しました。データによると、環境や食事などの要因は、減量能力において、より大きな役割を果たすとは言えませんが、同様に重要な役割を担っています。研究者らはまた、運動が体重増加や腸内微生物叢の構成に与える影響を調べました。運動は腸に生息する微生物を変化させ、体重増加を防ぐ働きをする可能性があることがわかりました。シーケンスは、私たちが受け継ぐリスクと、体重管理における環境の役割をよりよく理解するのに役立ちます。
これらのアプリケーションなどを通じて、イルミナの革新的なゲノムソリューションは、わずか10年前には想像もできなかった画期的な進歩を研究者が達成できるよう支援しています。
