インフルエンザウイルスの変異予測・ワクチン設計に道~集団内の「潜在的変異プール」を単一分子ゲノム解析で可視化~

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2026-01-07 東京大学

東京大学大学院工学系研究科の玉尾研二大学院生、野地博行教授、田端和仁准教授らの研究グループは、インフルエンザウイルス集団内に潜在する変異の広がり(準種)を単一RNA分子レベルで可視化できる新しいゲノム解析法を確立した。ユニーク分子識別子(UMI)を導入した単一分子シーケンスにより、従来困難だった低頻度変異を高精度に検出し、誤り率を1塩基あたり約10⁻⁵まで低減することに成功した。1個のウイルス粒子から増殖した集団を解析した結果、中心配列の周囲に多数の少数変異体が存在し、その一部はランダム変異では説明できない頻度で蓄積していることが判明した。さらに情報理論解析から、こうした変異分布がウイルスの進化ポテンシャル(潜在的変異プール)を定量的に評価できることを示した。本成果は、インフルエンザに限らずRNAウイルス全般の進化理解を深め、AIを用いた変異予測やワクチン株選定の高度化に貢献する基盤技術として期待される。成果は学術誌eLifeに掲載された。

インフルエンザウイルスの変異予測・ワクチン設計に道~集団内の「潜在的変異プール」を単一分子ゲノム解析で可視化~
図 1:本研究の概略図

<関連情報>

インフルエンザウイルスの準種における遺伝子配列の異質性が単一分子シーケンシングによって明らかに Heterogeneity of Genetic Sequence within Quasi-species of Influenza Virus Revealed by Single-Molecule Sequencing

Kenji Tamao,Hiroyuki Noji,Kazuhito V Tabata
eLife  Published:Jan 6, 2026
DOI:https://doi.org/10.7554/eLife.108882.3

Abstract

Influenza viruses exhibit high mutation rates and extensive genetic diversity, which hinder effective vaccine development and facilitate immune evasion (Taubenberger and Morens, 2006; Barr et al., 2010). These mutations arise from the error-prone viral RNA-dependent RNA polymerase, generating highly heterogeneous viral populations within individual hosts that conform to the quasi-species model of a cloud of related genomes evolving under selection (Domingo et al., 2012). Accurate characterization of this intra-host diversity is crucial for understanding viral evolution and improving vaccine design, yet conventional RNA sequencing often fails to detect low-frequency variants because of technical errors during sample preparation and sequencing. Here, we implement a single unique molecular identifier strategy that reduces sequencing artifacts and achieves an error rate of ~10⁻⁵, enabling single-particle–level quantification of quasi-species diversity. Mutation frequencies greatly exceeding background error confirm their biological origin, while information-theoretic metrics such as Shannon entropy and Jensen–Shannon divergence reveal non-random mutation distributions under selective constraints. This framework supports detailed studies of intra-host viral evolution and may inform artificial intelligence-driven prediction of mutational trajectories and more effective influenza vaccine strategies.

細胞遺伝子工学
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