微生物群集のチームプレーを読み解く新技術を開発 ―組み合わせ情報と機械学習でミクロ社会の構造を紐解く―

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2026-07-14 兵庫県立大学

兵庫県立大学(現・大阪大学を含む)研究グループは、複雑な微生物群集において各微生物の機能と相互作用を解析する新手法「SubCom解析」を開発した。従来の微生物群集解析では、個々の微生物の存在量や群集全体の機能は評価できても、どの微生物が他種との組み合わせの中でどのような役割を果たしているかを詳細に把握することは困難だった。本手法は、微生物種の組み合わせ情報と機械学習を組み合わせ、各分類群の機能への寄与と共存する微生物との相互作用を同時に解析できることが特徴である。これにより、微生物群集の複雑な機能を種ごとの役割と相互作用の観点から解明できるようになった。本技術は、土壌や水環境、腸内細菌叢など多様な微生物生態系の理解を深めるとともに、環境浄化、発酵、農業、医療などで微生物群集の機能を望ましい方向へ制御する基盤技術として期待される。研究成果はMicrobiome誌に掲載された。

微生物群集のチームプレーを読み解く新技術を開発 ―組み合わせ情報と機械学習でミクロ社会の構造を紐解く―
図1 従来法と比較したSubCom解析の特徴

<関連情報>

SubCom解析:微生物群集の機能を分類群ごとの寄与と相互作用の状況に分解する SubCom analysis: dissecting microbial community functions into taxon-specific contributions and interaction contexts

Hidehiro Ishizawa,Miku Kito,Sunao Noguchi,Kodai Kimura & Masahiro Takeo
Microbiome  Published:09 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1186/s40168-026-02460-3  Unedited version

Abstract

Background
Microbial communities play fundamental roles in industrial processes and ecosystem stability. However, understanding how individual members and their interactions give rise to community-level function remains challenging because such functions emerge from complex interactions among diverse members.

Results
In this study, we developed SubCom analysis, a subcommunity-based experimental–computational workflow for inferring candidate taxon-specific contributions and interaction contexts underlying microbial community function. Using an aniline-degrading microbial community, we generated paired composition–function data from 558 randomly assembled, low-complexity subcommunities constructed using a dilution-and-dispense strategy. We then trained decision-tree-based models to predict community function from composition, achieving high predictive performance (r = 0.77–0.89). Interpretation of the learned decision rules identified taxa with consistent functional association: specific Pseudomonas and Acinetobacter taxa were associated with increased community-level aniline utilization, whereas an Achromobacter taxon exhibited a negative association despite its presumed role in downstream metabolism. The models further suggested potential functional interactions, including attenuation of the positive contributions of Pseudomonas and Acinetobacter in the presence of a Corynebacterium taxon, highlighting functional relationships that are not readily inferred from genome-based approaches alone. An augmentation assay using representative isolates supported the predicted direction of several effects and enabled targeted improvement of community function.

Conclusions
These results demonstrate the potential of SubCom analysis as a practical framework for inferring taxon-specific contributions and interaction contexts in complex, nonsynthetic microbial communities.

生物環境工学
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