国立先进产业技术综合研究所【会长：中钵良二】（以下简称“AIST”）生物医学研究部【研究主任：大宫胜宏】隶属于先进生物测量研究组产业技术企划研究员关口雄二、研究员图卢斯·迪特尔等人由多种微生物组成微生物组（复杂微生物区系）下一代测序仪进行分析期间的精度控制。
微生物组，特别是与人类直接接触的微生物组，例如肠道微生物组，作为各种疾病的诊断标记和药物靶点而受到关注，新一代测序被广泛用于其分析。另一方面，迄今为止尚未开发出可应用于各种微生物组样品的质量控制标准物质和适当的质量控制技术。这次开发的标准材料具有模仿细菌基因的人工碱基序列核酸分子以及微生物组分析期间内部标准该标准物质是世界上第一个可应用于多种类型微生物组样品的质量控制标准物质，并可对单个样品的每次分析进行质量控制。这有望提高使用下一代测序仪进行微生物组分析的可靠性，并有助于微生物组药物发现等各个领域微生物组分析的标准化。
该成果详情于2016年12月15日（英国时间）发表在国际学术期刊上核酸研究
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| 微生物组分析过程 |
微生物组由多种微生物物种组成，在从保护全球环境到人类健康的各种情况下发挥着重要作用。特别是与人类直接接触的微生物组，例如人类肠道微生物组，作为各种疾病的诊断标志物和药物靶点而受到关注。
微生物组分析的起点是使用下一代测序仪测量构成微生物组的微生物的类型和数量。使用下一代测序仪进行分析广泛应用于医学领域的诊断标记搜索和药物发现。另一方面，人们对分析结果的可靠性以及研究和检测机构之间数据比对和比对缺乏兼容性的担忧，各国开始采取标准化等努力来控制分析结果的准确性。在日本，制药公司和其他公司正在考虑建立一个联盟，并正在讨论分析方法的标准化。然而，标准化技术，特别是可应用于各种微生物组样品的质量控制标准材料，以及允许对每个单独分析进行质量控制的技术，在国内或国际上尚未开发出来。
AIST正在开发核酸分子的标准物质（核酸标准物质），以提高生物技术领域测量的可靠性。DNA 微阵列及更多转录组分析用于质量控制RNA 认证标准物质此次，我们致力于开发用于微生物组分析质量控制的核酸标准物质以及使用这些标准物质的质量控制技术。
这一发展的一部分得到了经济产业省“日美合作”的支持。能源技术开发合作项目（日美先进测量技术研究合作项目）''。
在这项研究中，我们假设以16S核糖体RNA（rRNA）基因为目标进行微生物组分析，该基因广泛用作细菌系统分类中的标记基因，并利用它们开发了内标材料和质量控制技术。 16S rRNA基因的碱基序列具有物种间相似性高的区域（保守区）和物种间差异较大的相似性低的区域（可变区）（图1）。通常用于微生物组分析PCR对于底漆旨在结合保守区域并扩增可变区域，以便识别物种，从而全面检测多种微生物。此次开发的质控标准物质是一种碱基序列模拟16S rRNA基因的人工核酸标准物质。与保守区相对应的部分具有源自自然界细菌的碱基序列，但可变区已被自然界中不存在的碱基序列（计算机设计的碱基序列）取代。因此，使用普通的引物通过PCR来扩增碱基序列，但是扩增的碱基序列与源自微生物的碱基序列的相似性较低。如果在微生物组分析时预先将这种人工核酸标准物质添加到样品中，则人工核酸标准物质将通过PCR以与样品中细菌来源的16S rRNA基因相同的方式进行扩增，使得可以用下一代测序仪进行检测，并且使得在数据分析时可以容易地区分微生物来源的碱基序列和标准物质碱基序列。
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| 图1 新开发的人工核酸标准物质（人工16S rRNA基因）与内标混合物 |
通过将具有这样的碱基序列的多种人工核酸标准物质的混合物以预定的浓度比添加到样品中并对其进行分析，可以在分析样品中微生物组的组成比的同时分析标准物质的组成比。通过评估标准材料的组成比是否是预期的组成比以及读取的碱基序列是否正确，可以控制每次分析的微生物组分析的准确性。这次，我们用这样的碱基序列制作了12种人工核酸标准品。
将这12种人工核酸标准物质以不同的组成比例混合，形成多种内标混合物，并评估微生物组分析的定量性质和碱基序列读取的准确性（图2）。经证实，这12种人工核酸标准品可以在微生物组分析中以与天然细菌来源的16S rRNA基因相同的方式进行扩增和检测，并可用于评估定量性能和碱基序列读取准确性。
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| 图2（左）添加内标的微生物组样品的分析流程以及每个过程中需要质量控制的指标（红色），（右）使用内标进行质量控制的示例（上：定量性和碱基序列读取准确性的评估，下：每个微生物分类群的绝对定量） |
该标准物质可以添加到从微生物组分析样品中提取的核酸中，用于后续的 PCR，测序，下一代测序仪的输出读取数据,OTU聚类12954_13086绝对量化现在已经可以做到了，可以说微生物组分析已经先进了。
此次开发的技术是一种可以控制每个微生物组分析准确性的方法，并且该技术的概念也可以应用于其他标记基因的分析。
未来，我们的目标是通过将使用开发的质量控制标准材料的质量控制技术广泛应用于医疗、食品和环境领域的实际微生物组分析来建立可靠性。
此外，我们还将把这个标准材料的概念扩展到其他标记基因，并进行基因组分析。宏基因组学我们将开发分析精度控制技术的应用。