研究の興味・関心・研究内容 (My Research Interests・Current projects)

海洋微生物とウイルスの秘密をゲノムから読み解く—分子機能から地球規模の生態系まで—

海洋には、細菌・アーキア・真核微生物・ウイルスといった、多様で膨大な数の微生物が生息しており、物質循環や海洋生態系の維持において、地球規模の欠かせない役割を担っています。

しかし、これらの微生物の大部分は培養が困難で、「微生物ダークマター」とも呼ばれています。そのため、生態学的な特徴からゲノムにコードされた遺伝子の機能に至るまで、さまざまなスケールで多くの謎が残されています。

私の研究では、ゲノム情報の活用を一つの鍵としながら、ドライ（生物情報学）とウェット（実験科学）の多様なアプローチを適材適所で組み合わせることで、こうした問題の解決に取り組んでいます。そして、ミクロな分子生物学的現象とマクロな進化・生態学的現象とをつなぐオールラウンド型の海洋微生物学の展開を目指しています。

数個の遺伝子から構成される小さな分子システムの機能から、無数の微生物種が関わる生態系レベルのダイナミクスまで、海洋微生物たちが織りなす緻密で奥深い仕組みの面白さをより多くの人と分かち合い、いつかその知見を社会や環境のために活かしていけることを目指しています。

Decoding the secrets of marine microbes and viruses by genomics - from molecular function to global-scale ecosystems

The oceans are home to vast and diverse microorganisms—including bacteria, archaea, protists, and viruses—that play essential roles in global biogeochemical cycles and the maintenance of marine ecosystems.

However, the majority of these microorganisms are difficult to cultivate and are therefore referred to as “microbial dark matter.” As a result, many aspects of their biology remain mysterious, spanning ecological characteristics to the functions of the genes encoded in their genomes.

My research addresses these challenges by integrating a wide range of approaches—both dry (Bioinformatics) and wet (experimental microbiology)—in a complementary manner, with genomic information serving as a central tool. I aim to build a comprehensive understanding of marine microbiology that bridges microscopic molecular phenomena with macroscopic evolutionary and ecological processes.

主な研究アプローチ(Approaches)

分子生態学的手法: 観測によって現場のありのままの現象を捉える
- 例：メタゲノム解析・メタトランスクリプトーム解析・環境測定
生物情報学的手法: 膨大なデータから大規模計算機を駆使して法則性を探る
- 例：公共データからのデータマイニング・比較ゲノミクス
分子遺伝学的手法:遺伝子とその表現型から原理を理解する
- 例：逆遺伝学・順遺伝学・トランスクリプトーム解析

Approaches

Molecular ecology: Capturing the true state of phenomena in the field through observation
- e.g., metagenome analysis, metatranscriptome analysis, environmental measurements
Bioinformatics: Exploring the laws of nature through large-scale computer processing of vast amounts of data
- e.g., data mining from public data, comparative genomics
Molecular genetics: Understanding principles through genes and their phenotypes
- e.g., reverse genetics, forward genetics, transcriptome analysis

学歴 (Education)

2011.3　玉川学園　高等部卒
2011.4-2015.3　首都大学東京　都市教養学部生命科学コース

BS ＠Tokyo Metropolitan University

2015.4-2017.3　首都大学東京大学院　理工学研究科　生命科学専攻

(分子遺伝学研究室/指導教官・加藤潤一先生)

MS @Tokyo Metropolitan University (Supervisor: Prof. Jun-ichi Kato )

分子遺伝学研究室

2017.4-2021.3　京都大学大学院　農学研究科応用生物科学専攻

(海洋分子微生物学研究室/指導教官・吉田天士先生)

Ph.D. @Kyoto University (Supervisor: Prof. Takashi Yoshida )

海洋分子微生物学研究室

職歴 (Work experiences)

2021.4-2025.3 東京大学大学院新領域創成科学研究科先端生命科学専攻特任研究員
2025.4-Present 東京大学大学院新領域創成科学研究科自然環境学専攻海洋環境学講座特任研究員(日本学術振興会特別研究員-PD)

論文発表(Publications)

‪Kento Tominaga‬ - ‪Google Scholar

Tominaga, K*., Ozaki, S., Sato, S., Katayama, T., Nishimura, Y., Omae, K., and Iwasaki, W. (2024) Frequent nonhomologous replacement of replicative helicase loaders by viruses in Vibrionaceae. Proceedings of the National Academy of Sciences 121: e2317954121.　https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2317954121
- いまだ大量に存在する機能未知遺伝子の問題は、ゲノム情報の活用の大きな妨げの一つです。本研究では、遺伝子間の反共起的な関係に着目して、機能が相補するような代替遺伝子を取ってくる対偶遺伝学というバイオインフォマティクス手法を使い、既知の複製に必要なDNAヘリケースローダーを持たないVibrioがウイルス由来の新規ローダーを使っていることを見つけました。さらに九州大学グループと共同研究で機能の生化学的な検証を行ったり、獲得に伴うゲノムの他の複製システムへの影響も調べたりしています。Vibrio科の中だけでも20回以上DNAヘリケースローダーの入れ替わりが起きており、ウイルス型のローダーの獲得が細菌にとってもメリットになることを示唆する結果です。
Tominaga, K., Takebe, H., Murakami, C., Tsune, A., Okamura,T., Ikegami,T., Onishi Y., Kamikawa R., and Yoshida, T. “Population-level prokaryotic community structures associated with ferromanganese nodules in the Clarion-Clipperton Zone (Pacific Ocean) revealed by 16S rRNA gene amplicon sequencing.” Environmental Microbiology Reports, 16(1), e13224. https://doi.org/10.1111/1758-2229.13224
- 深海に存在するマンガン団塊はレアアースを含み、資源としての開発が期待されています。マンガン団塊の形成は極めて遅いためその形成過程には謎が多いものの、微生物の寄与が大きいと考えられています。本研究では、マンガン団塊および周辺環境に優占する原核生物群集の組成を、16S rRNA遺伝子に基づき網羅的かつ高解像度で明らかにすることで、マンガン団塊に特異的に優占し、その形成過程に寄与する可能性のある潜在的な重要微生物群の探索を行いました。
Tominaga, K, Ogawa-Haruki, N,Nishimura, Y, Watai,H, Yamamoto, K, Ogata, H, and Yoshida T . “Prevalence of Viral Frequency-Dependent Infection in Coastal Marine Prokaryotes Revealed Using Monthly Time Series Virome Analysis.” mSystems 0, no. 0 (February 2023): e00931-22. https://doi.org/10.1128/msystems.00931-22
- ウイルス感染はどんな生物にも起こると考えられますが、その殆どが未分離である海洋微生物においてそれを実証するのは困難です。本研究では、大阪湾における原核生物とウイルスの季節変動と、ゲノムに基づくウイルスの宿主推定解析を組み合わせることで、少なくとも環境中で”密”になる優占原核生物においてはウイルス感染が広く起きているということを示しました。
Tominaga, K., Morimoto, D., Nishimura, Y., Ogata, H., Yoshida, T. In silico Prediction of Virus-Host Interactions for Marine Bacteroidetes With the Use of Metagenome-Assembled Genomes. (2020). Front. Microbiol. 11:738. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.00738/full
- 海洋中には莫大な量のウイルスが存在しますが、そのほとんどは宿主が不明です。本研究では、海洋の優占細菌系統Bacteoridetes門細菌に感染するウイルスを例に、近年多数報告されるようになった微生物のメタゲノム由来のゲノム(Metagenome assembled genomes, MAGs)を利用することで海洋ウイルスの宿主推定をより網羅的に行えることを示しました。また、宿主推定において、ウイルスの持つ宿主様ホモログの割合が一つの良い指標であることを示しました。
Nishimura Y, Omae K, Tominaga K, Iwasaki W, (2025). CORGIAS: identifying correlated gene pairs by considering evolutionary history in a large-scale prokaryotic genome dataset bioRxiv, https://doi.org/10.1101/2025.05.07.652372
Kotaka, Y., Nagai, T., Tominaga, K., Kurata, T., Iwasaki, W., Nobe, Y., Taoka, M., Asano, T. and Kato, J. (2025). Involvement of Escherichia coli unconventional G protein, YchF, in cell growth at the stationary phase. Genes & Genetic Systems. doi:https://doi.org/10.1266/ggs.24-00218.
Fujiwara, T., Hosaka, T., Masumi Hasegawa-Takano, Nishimura, Y., Tominaga, K., Mori, K., et al. (2024). Carotenoid pigments enhance rhodopsin-mediated phototrophy by light-harvesting and photocycle-accelerating. bioRxiv .
Takebe H, Tominaga K, Isozaki T, Watanabe T, Yamamoto K, Kamikawa R, Yoshida T. (2024). Taxonomic difference in marine bloom-forming phytoplanktonic species affects the dynamics of both bloom-responding prokaryotes and prokaryotic viruses. mSystems 0:e00949-23.
Shen S, Tominaga K, Tsuchiya K, Matsuda T, Yoshida T, Shimizu Y. (2024). Virus–prokaryote infection pairs associated with prokaryotic production in a freshwater lake. mSystems 9:e00906-23.
Sato, Y., Takebe, H., Tominaga, K., Yasuda, J., Kumagai, H., Hirooka, H., & Yoshida, T. (2023). A rumen virosphere with implications of contribution to fermentation and methane production, and endemism in cattle breeds and individuals. Applied and Environmental Microbiology, e01581-23. https://journals.asm.org/doi/full/10.1128/aem.01581-23
Morimoto, D., Tominaga, K., Takebe, H., Šulčius, S. and Yoshida, T. (2022). Viral Nature of the Aquatic Ecosystems. The Biological Role of a Virus, pp.3–25. doi:10.1007/978-3-030-85395-2_1.
Sato, Y., Takebe, H., Tominaga, K., Oishi, K., Kumagai, H., Yoshida, T. and Hirooka, H. Taxonomic and functional characterization of the rumen microbiome of Japanese Black cattle revealed by 16S rRNA gene amplicon and metagenome shotgun sequencing. (2021). FEMS Microbiology Ecology, 97(12).
Prodinger, F., Endo, H., Takano, Y., Li, Y., Tominaga, K., Isozaki, T., Blanc-Mathieu, R., Gotoh, Y., Hayashi, T., Taniguchi, E., Nagasaki, K., Yoshida, T. and Ogata, H. Year-round dynamics of amplicon sequence variant communities differ among eukaryotes, Imitervirales and prokaryotes in a coastal ecosystem. (2021). FEMS Microbiology Ecology, 97(12).
Takebe, H., Tominaga, K., Fujiwara, K., Yamamoto, K., Yoshida, T. Differential Responses of a Coastal Prokaryotic Community to Phytoplanktonic Organic Matter Derived from Cellular Components and Exudates. (2020). Microbes Environ. 35(3). ME20033.
Martinez-Hernandez, F., Luo, E., Tominaga, K., Ogata, H., Yoshida, T., DeLong, E. F., Martinez-Garcia, M. Diel Cycling of the Cosmopolitan Abundant Pelagibacter Virus 37‐F6: One of the Most Abundant Viruses on Earth. (2020). Environ Microbiol Rep. 12(2):214-219.
Morimoto, D., Šulčius, S., Tominaga, K., Yoshida, T. Predetermined Clockwork Microbial Worlds: Current Understanding of Aquatic Microbial Diel Response from Model Systems to Complex Environments. (2020). Adv. Appl. Microbiol. 113:163-191
Sato Y., Tominaga K., Aoki H., Murayama M., Oishi K., Hirooka H., Yoshida T., Kumagai H., Calcium salts of long-chain fatty acids from linseed oil decrease methane production by altering rumen microbiome in vitro. (2020). PLOS ONE, 15(11):e0242158
Prodinger, F., Endo, H., Gotoh, Y., Li, Y., Morimoto, D., Omae, K., Tominaga, K., Blanc-Mathieu, R., Takano, Y., Hayashi, T., Nagasaki, K., Yoshida, T., Ogata, H. An Optimized Metabarcoding Method for Mimiviridae. (2020).Microorganisms. 8(4):506.
Morimoto, D., Tominaga, K., Nishimura, Y., Yoshida, N., Kimura, S., Sako, Y., Yoshida, T. Cooccurrence of Broad- and Narrow-Host-Range Viruses Infecting the Bloom-Forming Toxic Cyanobacterium Microcystis aeruginosa. (2019). Appl. Environ. Microbiol. 85(18):e01170-19.
Norville, J.E., Gardner, C.L., Aponte, E., Camplisson, C.K., Gonzales, A., Barclay, D.K., Turner, K.A., Longe, V., Mincheva, M., Teramoto, J., Tominaga, K., Sugimoto, R., DiCarlo, J.E., Guell, M., Hysolli, E., Aach, J., Gregg, C.J., Wanner, B.L. and Church, G.M.Assembly of Radically Recoded E. coli Genome Segments. (2016). bioRxiv https://doi.org/10.1101/070417
Watanabe, K., Tominaga, K., Kitamura, M., Kato, J. Systematic identification of synthetic lethal mutations with reduced-genome Escherichia coli: synthetic genetic interactions among yoaA, xthA and holC related to survival from MMS exposure. (2016) Genes. Genet. Syst. 91(3):183-18

学会発表(Conferences)

2025年3月18日日本ゲノム微生物学会　第19回　若手賞「ゲノム科学的アプローチによる海洋微生物・ウイルスの生態・進化・機能の研究」(受賞講演)　富永賢人
2025年3月18日日本ゲノム微生物学会　第19回「海洋細菌の相分離生物学：天然変性タンパク質の生理生態学的意義の検証」(口頭発表)　富永賢人, 西村祐貴, 大前公保, 西村陽介, 岩崎渉, 吉澤晋
2024年12月13日-14日藍藻の分子生物学2024「比較ゲノム解析によるシアノバクテリアのDnaA非依存的なDNA複製開始機構の探索」(ポスター発表)　富永賢人, 西村祐貴, 大前公保, 岩崎渉, 大林龍胆
2024年10月28日-31日日本微生物生態学会第37回広島大会「ウイルス型ローダーの網羅的探索から探るDNAヘリケースローダー置換の駆動要因」(口頭発表)　富永賢人, 大前公保, 岩崎渉, 西村祐貴
2024年9月19日日本海洋学会2024年度秋季大会「ゲノム情報から海洋Flavobacteriaの生きざまにどこまで迫れるか？～生態・進化・液-液相分離まで～」(招待講演)　富永賢人, 鈴木誉保 , 西村祐貴, 大前公保, 西村陽介, 吉澤晋, 岩崎渉
2024年5月28日日本地球惑星科学連合2024年大会 B-CG07「Revealing the population-level structures of prokaryotic communities associated with ferromanganese nodules through 16S rRNA gene amplicon sequencing.」(招待講演)　Kento Tominaga, Hiroaki Takebe, Chisato Murakami, Akira Tsune, Takahiko Okamura, Takuji Ikegami, Yosuke Onishi, Ryoma Kamikawa, Takashi Yoshida
2024年3月12-14日日本ゲノム微生物学会　第18回「シアノバクテリアはDnaAに依存せずにどのようにDNA複製を開始するのか？〜比較ゲノムから迫る～」(口頭発表)　富永賢人　大林龍胆　大前公保　西村祐貴　岩崎渉
2023年11月27-30日日本微生物生態学会　第36回「天然変性領域を持つタンパク質の海洋細菌における生態学的意義」(ポスター発表)　富永賢人, 西村祐貴, 大前公保,西村陽介、吉澤晋、岩崎渉
2023年9月18-19日日本ゲノム微生物学会　第15回若手の会「非モデルゲノム微生物学大規模ゲノムデータから探る機能・生態・進化」富永賢人, 尾崎省吾, 西村祐貴, 大前公保, 岩崎渉
2023年9月7日日本遺伝学会第95回大会「対偶遺伝学：非モデル生物ゲノム時代の遺伝子の機能推定」(招待講演）富永賢人, 尾崎省吾, 西村祐貴, 大前公保, 岩崎渉
2023年3月8日-3月10日　日本ゲノム微生物学会第17回年会＠かずさアカデミアホール (口頭発表)　「メタゲノムから探る海洋Flavobacteria科細菌のゲノム進化」、富永賢人、⻄村祐貴、大前公保、鈴木誉保、西村陽介、吉澤晋、岩崎渉
2022年10月31日-11月3日　日本微生物生態学会　第35回＠札幌 (口頭発表)　「 MAGから迫る海洋Flavobacteria科細菌の生態と進化」、富永賢人、⻄村祐貴、大前公保、鈴木誉保、西村陽介、吉澤晋、岩崎渉
2022年8月4日~7日　日本進化学会年大会　第24回＠沼津 (ポスター発表)　「海洋細菌の比較ゲノムから明らかにする相互排他的な遺伝子ペアが生じるメカニズム」　富永賢人、⻄村祐貴、大前公保、岩崎渉
2022年7月2日ラン藻ゲノム交流会　2022　東京都立大学南大沢キャンパス＠ハイブリッド(招待講演）　「対偶遺伝学：遺伝子間の排他的関係に着目した比較ゲノム解析」
2022年3月2~3月4日第 16 回日本ゲノム微生物学会年会＠オンライン(口頭発表)　「Vibrio科細菌のウイルス由来新規DNAヘリケースローダー遺伝子vdhLの発見」　富永賢人、⻄村祐貴、大前公保、岩崎渉
2021年6月27~7月1日 10th Aquatic Virus Workshop (AVW10) ＠オンライン (口頭発表) 「Monthly virome analysis in Osaka bay revealed prevalence of viral frequency dependent infection」　Kento Tominaga
2020年11月19~21日日本地球化学会第67回年会＠オンライン (口頭発表) 　「海洋原核生物も”密集”すればウイルスによる感染を受けるのか？」富永賢人
2020年9月4日（金） 2020年環境ウイルス研究集会＠オンライン (口頭発表) 「ウイルスによる海洋原核生物群集に対する負の頻度依存的選択　富永賢人
2020年3月6日（金）～8日（日）　日本ゲノム微生物学会年会14回「網羅的転写解析による大阪湾の海洋原核生物とウイルスの日周期の解明」ポスター発表予定(新型コロナウイルスのため中止)　富永賢人, 西門航平, 武部紘明, 吉田天士
2019年11月29,30日、第12回目藍藻の分子生物学2019＠かずさアカデミアホール(ポスター発表) 長期観測による海洋シアノバクテリア-ウイルス相互作用の解明　富永賢人
2019年11月22日　『糸状菌・環境インターフェイス工学講座』の開設記念式典・シンポジウム『IFOがつなぐ京大微生物学のフロントライン』 (ポスター発表) 大阪湾での経時的動態観測で探る海洋微生物-ウイルス群集相互作用ネットワーク　富永賢人
2019年11月4日、京都大学化学研究所　2019年環境ウイルス研究集会(口頭発表・優秀発表賞)　大阪湾での経時的動態観測で探る海洋微生物-ウイルス群集相互作用　富永賢人
2019年9月10~13日　山梨大学甲府キャンパス　日本微生物生態学会第33回大会ゲノム解析未分離の海洋性Bacteroidetes門細菌感染ウイルスの生物情報学的探索　富永賢人
2019.03.30 2019年3月26～29日、東京海洋大学　平成31年度水産学会春季大会(口頭発表) 大阪湾の海洋微生物・ウイルスの生態学的相互作用解析　富永賢人
2019年3月6日（水）～8日（金）　日本ゲノム微生物学会年会13回　「大阪湾における海洋微生物・ウイルスの群集ダイナミクスと生態学的相互作用解析」　富永賢人, 晴気七菜, 藤原健太郎, 西村陽介, 西村陽介, 山本圭吾, 綿井博康, 左子芳彦, 緒方博之, 吉田天士
2018年11月27～29日、奈良県東大寺総合文化センター　The 5th International Conference of Members of the Genus Flavobacterium 'Flavobacterium 2018' (口頭発表)　 New lineages of marine Bacteroidetes viruses identified by MAGbased host prediction and their ecological interaction with hosts bacteria　富永賢人
2018年10月27日、京都大学理学部　環境ウイルス集会富永賢人 Population dynamics of marine microbes and viruses and their ecological interaction in Osaka bay、富永賢人
2018年9月15～18日　平成30年度水産学会秋季大会＠広島大学　海洋微生物・ウイルス間相互作用の解明に向けた海洋真核微生物の群集ダイナミクス解析
2018年4月14日～16日　　第四回新学術領域「ネオウイルス学」領域班会議＠高知県土佐ロイヤルホテル(ポスター発表)大阪湾湾口部における未分離の海洋性Bacteroidetes門細菌およびウイルスの時系列変動の解析　　富永賢人
2018年3月27日　平成30年度日本水産学会大会春季大会＠東京海洋大学(口頭発表)　未分離の海洋性バクテロイデス門細菌感染ウイルスゲノムの探索と同定　富永賢人
2017年10月29日～31日　第三回新学術領域「ネオウイルス学」領域班会議 (ポスター発表) 「ウイルス分類ツールViPTreeによる大阪湾における海洋ウイルス群集の季節変動の解析」　富永賢人
2016年3月4日～6日　第 10 回日本ゲノム微生物学会年会＠東京(口頭発表)　大腸菌の酸化ストレス耐性に関与する ibs-sib Toxin-Antitoxin システムの解析.）．富永賢人、橋本昌之、萩原進、高木光、加藤潤一
2015年12月1日～4日　第 38 回日本分子生物学会年＠神戸（ポスター発表）「大腸菌の酸化ストレス耐性に関与する ibs-sib Toxin-Antitoxin システムの解析」. 富永賢人、橋本昌之、萩原進、高木光、加藤潤一

乗船履歴

白鳳丸 KH-22-8航海(2022/9/30-2022/10/17)

ベントス採取を主目的とした航海でしたが、運良く初の長期の乗船に参加させていただきました。多くの方に教えていただきながらですが、CTDによる採水を主に担当しました。この航海での経験や試料を活かし、新たな成果に繋げていきたいと思います。

みらい MR24-01C航海(2024/2/13-2022/2/19)

日本の東端である南鳥島での観測や、狂気の？複数層72時間時系列観測を実施しました。全人未踏なデータが出せるようにこれから頑張って解析をしていきたいと思います。また、熟練の海洋研究者の方々によって緻密に計画され、誰がやってもできるくらい完全にシステム化されたサンプリングを体験したことで、フィールド系研究者としてとても学びがある航海でした。