池村 淑道（いけむら・としみち）
Toshimichi Ikemura
職位：学科長、教授
学位：理学博士（京都大学）
●京都大学理学研究科物理学専攻博士課程修了
●国立遺伝学研究所進化遺伝研究部門教授、総合研究大学院大学葉山高等研究センター教授を歴任
●国立遺伝学研究所・総合研究大学院大学名誉教授
専門分野
ゲノム科学、ゲノム進化学、バイオインフォマティクス
研究テーマ
次世代シーケンサーと呼ばれる塩基配列解読装置の革命的とも呼べる進歩の結果、高速で安価にゲノム配列が解読可能になった。ゲノム情報解析において重要な役割を果たしてきた配列相同性検索は、このような大量配列の解読の時代には不十分となっており、大量情報処理に適した新手法が重要になる。我々が開発し特許化したBLSOM（一括学習型自己組織化マップ）は、この目的に最適である。
（1）「長寿健康情報の研究と教育」
次世代シーケンサーの利用として、予防医学・予防医療の視点から、個人ゲノムの解読が注目を集めており、我々のグループも「健康長寿情報」の研究と教育に活動の中心を置き、病気に関わる遺伝子配列の大規模な収集を開始している。
BLSOM用いた研究例としては、最近に流行した新型インフルエンザH1N1を含む、今までに配列決定された全インフルエンザウイルス株のゲノム配列を解析した（図１）。興味深いことに、そのウイルス株がヒトから分離されたのか、トリから分離されたのかで、配列の特徴が明瞭に異なっており、新型インフルエンザH1N1は、これらの中間的な特徴を持つことをBLSOMが明らかにした。この知見を基礎に、新型インフルエンザH1N1が変化していく方向性に関して、予測が可能になっている。
（2）環境中の未開拓微生物ゲノム資源の発掘と活用
本学は、文部科学省の「ライフサイエンス分野の統合データベース整備事業」において、学部レベルの人材育成の担当校に選ばれている。その人材育成の一環として、各学生が独自にテーマを設定し、持続可能型社会へ貢献する可能性のある遺伝子（環境浄化やバイオ燃料生産に関与する遺伝子等）、あるいは健康へ貢献する可能性のある遺伝子（例えば、抗生物質の生産に係わる遺伝子類）を環境微生物ゲノムに由来する、メタゲノム解析で得られた大量配列からコンピュータを用いて発掘する実習を行っている。学生が発掘した有用遺伝子がまだ研究者が気づいていない例も多い。このような新規発見の場合には、学生の氏名入りでデータベース（図２）として公開をしている。
Topics of research
Our group established and patented a sequence alignment-free clustering method "Batch-Learning Self-Organizing Map: BLSOM" that can characterize even one million genomic sequences simultaneously on one plane and thus was most suitable to analyze vast numbers of sequences obtained by high-throughput DNA sequencing methods currently available. This was impossible with the conventional phylogenetic analyses based on sequence homology searches. When we constructed BLSOMs for oligonucleotide frequencies in fragment sequences (e.g., 10 kb) from wide varieties of species, sequences were self-organized according to species. BLSOMs could recognize and visualize species-specific characteristics of oligonucleotide composition very efficiently.
1. Application of BLSOM to medical topics.
Influenza A viruses cause a significant threat to public health as highlighted by the recent introduction of the swine-derived H1N1 virus (pandemic H1N1/09) into human populations. By analyzing oligonucleotide and codon frequencies with BLSOM, we can analyze and compare all influenza A virus genome sequences registered in the public DNA Databanks on one plane. Separation according to host animal, subtype and epidemic year could be efficiently visualized (Fig. 1). Notably, H1N1/09 strains have oligonucleotide and codon compositions clearly distinct from those of seasonal human flu strains. This enabled us to make inferences about directional changes of H1N1/09 sequences in the near future and to list codons and oligonucleotides with the potentiality of reduction in H1N1/09 sequences. The strong visualization power of BLSOM also provides surveillance strategies for efficiently detecting potential precursors to pandemic viruses.
2. Database of Genes Contributing to Sustainable World or Human Health
As a part of the training program of the "Integrated Database Project in the Life Science Field" sponsored by the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japan, we have constructed "Database of Genes Contributing to Sustainable World" or "Database of Genes Contributing to Human Health". Students (e.g., 250 undergraduate students) first chooses, by their own initiative, target genes that are likely to contribute to achievement of the sustainable world or human health in a broader sense (e.g., genes being useful for environmental preservation or biosynthesis enzyme of antibiotic drug). Then, students search for the assumed genes from vast amounts of genomic sequences that were obtained by ongoing large-scale sequencing (metagenomic analysis) of environmental biological samples and have been stored in the International DNA databanks primarily with no functional annotation. These candidate genes are publicized in our Database (URL: http://dbcls.nagahama-i-bio.ac.jp) and are curated by retired expert scientists.
主な業績論文等
- Abe T., Kanaya S., Uehara H. and Ikemura T., A novel bioinformatics strategy for function prediction of poorly-characterized protein genes obtained from metagenome analyses. DNA Res., 16: 287-298. (2009)
- Abe T., Ikemura T., Ohara Y., Uehara H., Kinouchi M., Kanaya S., Yamada Y., Muto A. and Inokuchi H., tRNADB-CE: tRNA gene database curated manually by experts. Nucleic Acids Res., 37: D163-D168. (2009)
- Uchiyama T., Abe T., Ikemura T. and Watanabe K., Substrate-induced gene-expression screening of environmental metagenome libraries for isolation of catabolic genes. Nature Biotech., 23: 88-93. (2005)
- Abe T., Sugawara H., Kinouchi M., Kanaya S. and Ikemura T., Novel Phylogenetic Studies of Genomic Sequence Fragments Derived from Uncultured Microbe Mixtures in Environmental and Clinical Samples. DNA Res., 12: 281-290. (2005)
- Abe T., Kanaya S., Kinouchi M., Ichiba Y., Kozuki T. and Ikemura T., Informatics for unveiling hidden genome signatures. Genome Res., 13: 693-702 . (2003)
