日本微生物组联盟（代表理事：竹中藤一）（以下简称“JMBC”）、米乐m6官方网站（AIST）（会长：石村和彦）（以下简称“AIST”）、生物医学研究部（研究主任大西义明）、Tourlouusse Dieter（首席研究员）、关口雄二独立行政机构国立技术评价研究所（所长：长谷川文彦）（以下简称“NITE”）生物技术中心[所长：加藤慎一郎]三浦贵正所长、川崎博子、理化学研究所顾问[所长：松本浩]（以下简称“RIKEN”）生物资源研究中心[所长：白石Toshihiko]微生物材料开发办公室，与全职研究员 Mitsuo Sakamoto 和主任 Moriya Okuma 合作，微生物组下一代测序仪进行分析的推荐分析方法。这些目标是人类粪便鸟枪法宏基因组分析假设所推荐的分析方法可以在工业上广泛实施，并且可以保证测量结果的比较兼容性。此外，在宏基因组分析的分析验证方面，我们为微生物组分析的质量控制方法提供了指南。预计这将有助于使用下一代测序仪进行高度可靠的微生物组分析，并标准化微生物组药物发现等各个领域的微生物组分析。此外，基于标准化分析方法的日本微生物组数据库的建设有望扩大微生物组产业。该技术的详细信息将于2021年4月29日（英国夏令时间凌晨1:00）发表在国际学术期刊上微生物组
微生物组分析流程、开发用于质量控制的微生物细胞、核酸制剂以及推荐的分析方法（开发技术）
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人体微生物组，作为各种疾病的诊断标志物和药物发现的目标而受到关注，并已被证明与通过食品、疾病预防、卫生管理和美容来维持健康有关。在此背景下，与微生物组相关的新产业的诞生有望产生。微生物组分析的起点是根据使用下一代测序仪分析的遗传信息来测量构成微生物组的微生物的类型和数量。另一方面，人们对分析结果的重现性、可靠性以及研究和检测机构之间数据的兼容性存在担忧，为了管理分析结果的准确性，各国开始努力标准化一系列分析方法。日本已成立 JMBC，正在考虑分析方法的标准化（注1）。然而，微生物组分析的测量标准基础设施（用于精度控制的微生物细胞和核酸制剂、标准分析方法等），特别是在工业界广泛使用和实施的假设下开发的推荐分析方法，确保多个机构之间的数据兼容性，以及控制其分析精度的指南，目前尚未建立。
AIST 还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。注2）。 JMBC和AIST已同意（2018年6月）利用各自的优势，通过合作加速微生物组分析方法的标准化，以增强日本在微生物组相关产业的产业竞争力，并一直在进行联合研究（注释 3）。这次，我们与 NITE 和 RIKEN 合作，开发了用于质量控制的新微生物细胞和核酸制剂、推荐的分析方法以及利用它们的分析验证和质量控制方法，用于人类粪便的微生物组分析。这项研究和开发得到了新能源和产业技术综合开发组织的“NEDO领先研究计划/新产业创造新技术领先研究计划/人类微生物组工业用途分析技术和创新控制技术的开发”（2018财年-2020财年）的支持。
在这项研究中，为了提高人类粪便等样本微生物组分析的可靠性，我们开发了用于宏基因组分析的质控细菌和核酸制剂。 NITE和RIKEN以人类粪便等为基础制作了标本，NITE、JMBC、AIST等进行了评估，开发了由约20种微生物组成的细菌细胞和核酸标本。
10759_10878测序对于文库准备过程（图1）。具体来说，在核酸提取过程中，我们在总共21种不同条件下验证了9种核酸提取技术，并开发和选择了高精度且简单的方法。此外，在建库过程中，我们针对11类建库技术，在不同条件下共验证了28种建库方法，选出了两种同样准确度高、操作简单的方法。这些方法被总结为标准程序手册，作为推荐的分析方法，分发给JMBC参与公司，并进行实验室间联合测试，其中由不同分析机构（JMBC参与公司）测量相同的粪便样本，并验证设施（10个机构）之间分析结果的兼容性。结果，当使用推荐的分析方法时，与预期值的偏差在估计的可接受范围内，但当使用分析实验室使用的常规方法时，在某些情况下观察到大于可接受范围的误差（图2）。此次验证表明，所开发的推荐分析方法是一种可以在许多机构进行精确测量的方法，无需通过特殊培训进行技术转让，并且其内容已适当记录为标准程序手册。此外，此次在三个机构使用先前使用的分析方法对相同样本进行测量，但三个机构中的两个机构得出的测量结果超出了设定的精度范围，这表明使用推荐的分析方法可以提高微生物组分析数据的比较兼容性。
图1 粪便宏基因组分析中核酸提取方法和文库制备方法的差异导致测量值的变化。将采用精确方法获得的各菌株的相对丰度作为期望值，与该期望值的偏差（偏差：以放大倍数表示的各菌株的实测相对丰度与期望值之间的偏差；○表示各菌株的平均偏差，灰色条表示所测菌株的偏差的标准偏差）。
此外，我们将进行一项国际实验室间联合研究 (马赛克挑战) 用于评估其准确性。该评估表明，不同国家使用多种分析方法的实验室之间的微生物组分析数据存在较大差异，在国际上验证分析的有效性非常重要，并且本研究开发的推荐分析方法具有很高的准确性。
在本研究中，根据这些验证结果，我们为鸟枪法宏基因组分析的分析验证方法和微生物组分析的准确性控制方法提供了指南。具体来说，我们展示了标准细菌细胞和核酸制剂的开发和评估方法、使用它们的分析验证方法和质量控制方法，并提出了确保微生物组分析可靠性的指南。这些结果将有助于未来在工业中使用下一代测序仪实施高度可靠的微生物组分析以及开发新的推荐分析方法。该举措将用于确保未来需要开发的微生物组相关大数据的质量，并创建和评估保证检测机构微生物组分析质量的标准材料。 NITE 计划广泛分发与本研究中开发的类似的质量控制样本。
我们还计划基于上述分析方法着手建设日本微生物组数据库，扩大微生物组产业。该技术已被采用作为日本健康人粪便微生物组大规模数据获取项目的分析方法，该项目正在日本内阁府战略创新创造计划（SIP）“智能生物产业/农业基础设施技术：通过食品建立健康系统，为延长健康寿命做出贡献”（2018年开始），并用于获取该计划内的大规模微生物组数据。
这项研究加速了从微生物组测量基础技术的开发到标准化和实际应用的持续研究，并将有助于进一步增强日本的产业竞争力。此外，该成果还建立了未来需要开发的保证微生物组相关大数据质量的方法，以及检测机构的微生物组分析质量，预计在此基础上进一步扩大微生物组产业。
图 2 使用相同粪便样本进行宏基因组分析的实验室间联合测试结果示例。
使用精确方法获得的各种细菌菌株的相对丰度作为期望值，并显示与该期望值的偏差（平均偏差）。
未来，我们计划将使用开发的样本和推荐的分析方法的微生物组分析广泛应用于医疗和食品领域，并努力确保其可靠性。 NITE 将分发与本研究中开发的类似的用于质量控制的细菌细胞和核酸制剂。我们还计划根据这一结果在国内和国际上标准化微生物组分析。
（注 1）JMBC 是由 32 家国内制药、食品、化妆品和检测公司组成的综合法人团体（截至 2021 年 4 月 1 日）。了解疾病与微生物组之间的关系，实现微生物组的工业应用队列研究我们正在建立健康人类微生物组数据库，这将成为微生物组产业的基础，并传播和促进微生物组研究。
※JMBC 主页：http://wwwjmbclife/indexhtml [返回来源]
（注2）AIST开发了用于微生物组分析精密控制的人工核酸标准物质，并正在开展研究，旨在通过将开发的质量控制标准物质广泛应用于医学、食品和环境等领域的实际微生物组分析中，以建立可靠性。
*2016 年 12 月 14 日 AIST 新闻稿：
http://wwwaistgojp/aist_j/press_release/pr2016/pr20161214/pr20161214html [返回来源]
（注3）AIST和JMBC同意通过合作加速人类微生物组分析方法的标准化，其共同目标是在增强日本微生物组相关产业的产业竞争力方面发挥重要作用。两家机构将在未来的联合研究中致力于推荐分析方法的创建和分析参考材料的开发，目标是构建基于标准化分析方法的健康人类微生物组数据库。
*2018 年 6 月 7 日 AIST 新闻稿：
https://wwwaistgojp/aist_j/news/pr20180607html [返回来源]