オミクス解析

オミクス解析とは、生物が持つ分子全体を網羅的に網羅して解析する手法の総称である。¹

従来の生物学や医学の多くは、個別の遺伝子やタンパク質といった特定の分子を一つずつ詳細に調べる「還元論的アプローチ」を中心に発展してきた。しかし、ゲノム科学の飛躍的な進展や次世代シーケンサーをはじめとする計測技術の高度化に伴い、生体内における膨大な分子群の相互作用をシステムとして理解する必要性が高まった。これに伴い誕生したのがオミクス解析である。サフィックスである「-omics」は、生物の構成要素全体を意味する「ome（総体）」に由来しており、生命科学の様々な階層において網羅的なデータ取得と解析を行うアプローチを指している。

代表的なオミクス解析の手法としてまず挙げられるのが、生物の持つすべての遺伝情報を対象とするゲノミクス（Genomics）である。ゲノミクスでは、DNAの塩基配列を解読し、種の多様性や疾患に関連する遺伝子変異を網羅的に探索する。さらに、その遺伝情報をもとに発現するメッセンジャーRNA（mRNA）などの転写産物の全体像を解析する分野はトランスクリプトミクス（Transcriptomics）と呼ばれ、どのような環境変化や細胞状態においてどの遺伝子がどの程度働いているのかを定量的に評価することが可能となる。

遺伝子の働きによって合成されたアミノ酸鎖やタンパク質の全体を網羅的に解析する手法はプロテオミクス（Proteomics）である。タンパク質は細胞内で翻訳後修飾を受けながら多様な機能を発揮するため、単に遺伝子の存在量を調べるだけでは分からない生体内の動的な状態を捉える上で極めて重要な解析手法となる。また、細胞内で代謝される低分子の化合物や代謝物の総体を対象とする分野はメタボロミクス（Metabolomics）あるいはメタボノミクスと呼ばれ、生体の代謝機能の変動や疾患による化学物質プロファイルの変化を直接的に検出することができる。

近年の技術革新により、上記の基本的なオミクス領域に留まらず、さらに多様な階層を対象とした網羅的解析が可能となっている。例えば、エピゲノミクス（Epigenomics）では、DNAのメチル化やヒストン修飾といった遺伝子発現のエピジェネティックな調節機構を網羅的に解析する。また、腸内をはじめとする生体内の微生物叢を対象としたメタゲノミクス（Metagenomics）や、個々の細胞レベルで遺伝子発現などを測定するシングルセル解析（Single-cell analysis）などもオミクス解析の重要な一分野として急速に発展している。

医学および生物学の研究において、オミクス解析から得られるデータは非常に大規模かつ複雑であるため、バイオインフォマティクス（Bioinformatics）や統計学的手法を用いた高度なデータ解析が不可欠となっている。一つのオミクスデータのみならず、ゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクス、メタボロミクスなどの異なる階層のデータを統合して解析するマルチオミクス解析（Multi-omics analysis）の導入が進められている。マルチオミクス解析により、生体システム全体の複雑な制御機構や疾患の病態をより多角的かつ深く理解することが可能になりつつある。

臨床医学の領域においては、オミクス解析の成果が個別化医療（Personalized medicine）やプレシジョン・メディシン（Precision medicine）の基盤となっている。がんなどの難治性疾患において、個々の患者のゲノム異常やタンパク質発現のプロファイルを網羅的に調べることで、最も有効性が高く副作用の少ない治療薬の選択や、予後の予測が可能になりつつある。また、新しいバイオマーカーの探索や、創薬ターゲットの同定といった医薬品開発のプロセスにおいても、オミクス解析は欠かせない基盤技術として広く応用されている。²³