60820
ゲノム工学実習
GENOME ENGINEERING LABORATORY

2 単位
実施形態 オンキャンパス
開催日程 秋学期
担当教員 荒川 和晴（アラカワ カズハル）
関連科目 前提科目（推奨）: B6159,B3215,B6160,B6161,C2038,B6158
開講場所 TTCK
授業形態 実習・演習
履修者制限
履修条件

UNIXが使えることが望ましい

UNIX experience is recommended.

TTCK生のみ履修可

TTCK students only
使用言語 日本語
連絡先 gaou@sfc.keio.ac.jp
授業ホームページ http://web.sfc.keio.ac.jp/%7Egaou/wiki/wiki.cgi?page=%A5%B2%A5%CE%A5%E0%B9%A9%B3%D8%BC%C2%BD%AC
同一科目

学生が利用する予定機材/ソフト等

各種分子生物学実験機器・ラップトップコンピューター

各種分子生物学実験機器・ラップトップコンピューター
設置学部・研究科 政策・メディア研究科
大学院プロジェクト名

大学院プロジェクトサブメンバー

ゲストスピーカーの人数 0
履修選抜・課題タイプ=テキスト登録可 false
履修選抜・選抜課題タイプ=ファイル登録可 false
GIGAサティフィケート対象
最終更新日 2020/06/30 02:24:25

Additional Information about language support on this course

Language used in each of the course components

Lecture
Material Mainly Japanese
Discussion Mainly English
Group work English or Japanese based on the students’ preference
Presentation English or Japanese based on the students’ preference

Level of Japanese language skill necessary for the course

Reading Not necessary. There will be no problems without any Japanese language skill.
Writing Not necessary. There will be no problems without any Japanese language skill.
Speaking Not necessary. There will be no problems without any Japanese language skill.
Listnening Should be able to participate in day-to-day conversation.

Other

科目概要

DNA解析技術の飛躍的な向上により、微生物程度のゲノム解析はもはや「誰でも」「どこでも」可能なレベルにまで簡単になってきている。特に、携帯型ナノポアシークエンサーの登場は初期投資をほぼ必要とせずに長鎖DNAの解析を安価に可能とした。このような現状を踏まえれば、微生物程度のゲノムであれば遺伝子単位ではなくもはやゲノム単位でDNAを解析することが第一選択肢となる時代が到来していることを意味する。そこで、本実習では任意の微生物から長鎖DNAを抽出・精製し、ナノポアシークエンサーにてDNAを読み取り、それをバイオインフォマティクスによりアセンブル・アノテーションし、解析可能なゲノム情報にして、さらにそれをGenome Reportsの形にして国際誌に投稿するまでの全過程を学ぶ。

In light of the advent of DNA sequencing technologies, genomic analysis of microbes is “democratized” to the level where “anyone” can sequence “anywhere”. Portable nanopore sequencing device that enables extreme long reads without the need for large initial investment especially contributed to this accessibility. Therefore, it is now economically feasible to sequence the entire genome instead of a single amplified gene to answer certain questions. In this workshop, we train students to go through the entire process of 1. Long DNA extraction and purification, 2. Nanopore sequencing, 3. Bioinformatics of genome assembly and annotation, and 4. Writing Genome Report paper for submission to international archives.

授業シラバス

主題と目標／授業の手法など

DNA解析技術の飛躍的な向上により、微生物程度のゲノム解析はもはや「誰でも」「どこでも」可能なレベルにまで簡単になってきている。特に、携帯型ナノポアシークエンサーの登場は初期投資をほぼ必要とせずに長鎖DNAの解析を安価に可能とした。このような現状を踏まえれば、微生物程度のゲノムであれば遺伝子単位ではなくもはやゲノム単位でDNAを解析することが第一選択肢となる時代が到来していることを意味する。そこで、本実習では任意の微生物から長鎖DNAを抽出・精製し、ナノポアシークエンサーにてDNAを読み取り、それをバイオインフォマティクスによりアセンブル・アノテーションし、解析可能なゲノム情報にして、さらにそれをGenome Reportsの形にして国際誌に投稿するまでの全過程を学ぶ。

前半の過程では実際にナノポアシークエンサーに適した長鎖DNAをシーケンスする実験を実習として行い、後半ではシーケンスされたDNAをコンピュータを用いて解析する。よって、実験・バイオインフォマティクス双方の過程を学ぶが、知識としては少なくとも実験の経験があれば構わない。

In light of the advent of DNA sequencing technologies, genomic analysis of microbes is “democratized” to the level where “anyone” can sequence “anywhere”. Portable nanopore sequencing device that enables extreme long reads without the need for large initial investment especially contributed to this accessibility. Therefore, it is now economically feasible to sequence the entire genome instead of a single amplified gene to answer certain questions. In this workshop, we train students to go through the entire process of 1. Long DNA extraction and purification, 2. Nanopore sequencing, 3. Bioinformatics of genome assembly and annotation, and 4. Writing Genome Report paper for submission to international archives.

In the first half of the course, we would extract long genomic DNA from microbes suitable for nanopore sequencing, and actually sequence the DNA on a MinION device. In the second half, we will analyze the resulting DNA sequences using computers, to assemble and annotate the genome. Therefore, both of the experimental and bioinformatic processes will be trained through the course. At least some experience in lab experiment is required.

教材・参考文献

"どこでも　誰でも　より長く　ナノポアシークエンサーが研究の常識を変える！", 荒川和晴(企画), 実験医学 2018年1月号 Vol.36 No.1
"次世代シークエンサーDRY解析教本 改訂第2版", 清水厚志 編, 学研メディカル秀潤社, 2019, ISBN-13: 978-4780909838

提出課題・試験・成績評価の方法など

実験ノート及び最終レポートをもって評価する

Evaluation is based on lab notes and final report.

履修上の注意

実験経験のあるTTCK生のみ履修可

TTCK students with lab experience only

授業計画

第1回 イントロダクション
[Introduction]

ナノポアシーケンスと、ゲノム解析の流れについて講義します。

Overview of Nanopore sequencing technology and genome analysis.

第2回 長鎖DNA抽出 1
[Long DNA Extraction]

ナノポアシーケンス用長鎖DNAを抽出します。

Extract long genomic DNA suitable for nanopore sequencing

第3回 長鎖DNA抽出 2
[Long DNA Extraction]

ナノポアシーケンス用長鎖DNAを抽出します。

Extract long genomic DNA suitable for nanopore sequencing

第4回 長鎖DNA抽出 3
[Long DNA Extraction]

ナノポアシーケンス用長鎖DNAを抽出します。

Extract long genomic DNA suitable for nanopore sequencing

第5回 長鎖DNA抽出 4
[Long DNA Extraction]

ナノポアシーケンス用長鎖DNAを抽出します。

Extract long genomic DNA suitable for nanopore sequencing

第6回 長鎖DNA QC 1
[Long DNA QC]

長鎖DNAの品質をパルスフィールド電気泳動を用いて検証します。

Run pulse-field gel electrophoresis for DNA QC

第7回 長鎖DNA QC 2
[Long DNA QC]

長鎖DNAの品質をパルスフィールド電気泳動を用いて検証します。

Run pulse-field gel electrophoresis for DNA QC

第8回 長鎖DNA QC 3
[Long DNA QC]

長鎖DNAの品質をパルスフィールド電気泳動を用いて検証します。

Run pulse-field gel electrophoresis for DNA QC

第9回 ナノポアライブラリ作製
[Nanopore library preparation]

ナノポアシーケンス用ライブラリを作成します。

Prepare nanopore sequencing library

第10回 ナノポアシーケンシング
[Nanopore sequencing]

ライブラリをシーケンスにかけます。

Sequence the prepared samples on MinION device

第11回 ゲノムアセンブリー
[Genome assembly]

得られたゲノムをアセンブルします。

Assemble the sequenced reads

第12回 エラー補正
[Error correction]

Nanopolishを用いてエラー補正します。

Error correction of assembled contigs using Nanopolish

第13回 ゲノムアノテーション
[Genome annotation]

D-FASTを用いてゲノムをアノテーションします。

Annotate the genome using D-FAST

第14回 Genome Report執筆
[Writing the Genome Report]

これまでに得られたデータをGenome Reportの形にまとめます。

Write up the Genome Report based on the obtained sequences and annotations.

第15回 ゲノムデータの整備
[Compiling genome data for submission]

DDBJへの配列登録のため、ゲノムデータを整備します。

Compile annotated genome information to submit to DDBJ.

15回目に相当するその他の授業計画

毎回実験ノートをまとめ、次回の準備をする

Prepare and write up the lab notes.