ヒト口腔微生物のメタゲノムシーケンスのためのDNA抽出における煮沸とロボットによる自動化手法の比較

Comparison of Boiling and Robotics Automation Method in DNA Extraction for Metagenomic Sequencing of Human Oral Microbes.

• Junya Yamagishi
• Yukuto Sato
• Natsuko Shinozaki
• Bin Ye
• Akito Tsuboi
• Masao Nagasaki
• Riu Yamashita

抄録

次世代シーケンサーの急速な性能向上により、1万検体以上の巨大なサンプルセットの解析が可能になりました。しかし、このようなメタゲノム解析においては、DNA抽出が制限となる場合があります。本研究では、ヒトの口腔内の微生物を分析し、3つのDNA抽出法の性能を比較しました。PowerSoil（この分野で広く用いられている方法）、QIAsymphony（ロボットを用いた方法）、および単純な煮沸法の3つのDNA抽出法の性能を比較しました。歯垢は、パイロット試験では3人のボランティアから採取し、追跡調査では12人のボランティアに拡大しました。細菌叢は，種レベルのプロファイリングの後，16S rRNAのV4領域の塩基配列を決定することで推定した．その結果、PowerSoilとQIAsymphonyの効率は、煮沸法と同等であることがわかりました。したがって、煮沸法は、その簡便さ、費用対効果、処理時間の短さから、有望な代替法であると考えられる。さらに、この方法は細菌種の推定に信頼性があり、将来的には口腔内フローラと健康状態との相関を調べるために使用できる可能性がある。にもかかわらず、3つの方法の間で、さまざまな細菌種に対するDNA抽出の効率に違いが見られました。これらの結果から、DNA抽出の「ゴールドスタンダード」は存在しないと考えられます。今後は、研究の目的や検体を考慮して、ケースバイケースでDNA抽出法を選択することを提案します。

The rapid improvement of next-generation sequencing performance now enables us to analyze huge sample sets with more than ten thousand specimens. However, DNA extraction can still be a limiting step in such metagenomic approaches. In this study, we analyzed human oral microbes to compare the performance of three DNA extraction methods: PowerSoil (a method widely used in this field), QIAsymphony (a robotics method), and a simple boiling method. Dental plaque was initially collected from three volunteers in the pilot study and then expanded to 12 volunteers in the follow-up study. Bacterial flora was estimated by sequencing the V4 region of 16S rRNA following species-level profiling. Our results indicate that the efficiency of PowerSoil and QIAsymphony was comparable to the boiling method. Therefore, the boiling method may be a promising alternative because of its simplicity, cost effectiveness, and short handling time. Moreover, this method was reliable for estimating bacterial species and could be used in the future to examine the correlation between oral flora and health status. Despite this, differences in the efficiency of DNA extraction for various bacterial species were observed among the three methods. Based on these findings, there is no "gold standard" for DNA extraction. In future, we suggest that the DNA extraction method should be selected on a case-by-case basis considering the aims and specimens of the study.