On-site virus and bacteria diagnostics using bioluminescent DNA sensor

• Project/Area Number: 18J01772
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Chemical biology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 和志 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(SPD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 生物発光 / バイオセンサー / ウィルス / 細菌 / BRET / CRISPR / POCT / ゲノム編集 / DNA

Outline of Annual Research Achievements

SARS-CoV-2 による COVID-19 感染症は未発症者や潜伏期間にある感染者からの感染拡大が、感染制御を行う上で、大きな問題になっている。現在COVID-19患者を診断する検査法として、ウイルス核酸を検出するポリメラーゼ連鎖反応法（PCR法）が汎用されている。しかしながら、これらの検査法では、専用測定器の必要性や、測定の簡便性、迅速性等、依然として多くの課題が残っている。
本研究計画において、申請者がこれまで取り組んできた生物発光技術とゲノム編集技術CRISPRを組み合わせることで、任意配列の核酸に対する生物発光センサーの開発を行ってきた。そして、このセンサーを用いて、極微量のウィルス・細菌DNAを増幅せずに「その場」で迅速に検出することを目指した。最終年度は、開発した生物発光センサーを遠隔地での「その場」計測に適用するためのプラットフォーム構築に取り組む予定であった。しかしながら、東京大学では令和2年4月から現在に至るまで大学構内での研究活動が制限されているため、センサータンパク質、gRNA濃度などの構成要素を含む試験紙の作成を行うことができなかった。そこで、コンピューターを用いてin silicoでのプラットフォーム開発に集中して取り組んだ。公共のデータベースから得られた30名の感染者由来のSARS-CoV-2のゲノム配列をアライメントすることで、SARS-CoV-2ゲノムで高度に保存されている領域を同定するプログラムを構築した。また、本プログラムは　別種のウィルスであるMERS-CoVに対しても有効であることを確かめた。当研究室ではSARS-CoV-2およびMERS-CoV株を取り扱うことができないため実証実験を行うことはできないが、本プログラムを公共レポジトリGithubにアップロードする事で、世界中の研究者が使用できるようにする予定である。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 細胞・個体イメージング用光学プローブの開発 (2019)
  • Author(s): 鈴木和志, 稲垣成矩, 松田知己, 永井健治
  • Journal Title: 化学工業 Volume: 70 Pages: 516-520
  • NAID: 40021957204
• [Journal Article] Genetically encoded fluorescence/bioluminescence bimodal indicators for Ca2+ imaging (2019)
  • Author(s): Israt Farhana, Md Nadim Hossain, Kazushi Suzuki,Tomoki Matsuda, Takeharu Nagai
  • Journal Title: ACS Sensors Volume: 4 Issue: 7 Pages: 1825-1834
  • DOI: 10.1021/acssensors.9b00531
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rational conversion of chromophore selectivity of cyanobacteriochromes to accept mammalian intrinsic biliverdin (2019)
  • Author(s): Keiji Fushimi, Takatsugu Miyazaki, Yuto Kuwasaki, Takahiro Nakajima, Tatsuro Yamamoto, Kazushi Suzuki, Yoshibumi Ueda, Keita Miyake, Yuka Takeda, Jae-Hoon Choi, Hirokazu Kawagishi, Enoch Y. Park, Masahiko Ikeuchi, Moritoshi Sato, Rei Narikawa
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. Volume: 印刷中 Issue: 17 Pages: 8301-8309
  • DOI: 10.1073/pnas.1818836116
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Uninterrupted monitoring of drug effects in human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes with bioluminescence Ca2+ microscopy (2018)
  • Author(s): Suzuki Kazushi、Onishi Takahito、Nakada Chieko、Takei Shunsuke、Daniels Matthew J.、Nakano Masahiro、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
  • Journal Title: BMC Research Notes Volume: 11 Issue: 1 Pages: 313-313
  • DOI: 10.1186/s13104-018-3421-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bioluminescent Low-Affinity Ca2+ Indicator for ER with Multicolor Calcium Imaging in Single Living Cells (2018)
  • Author(s): Hossain Md Nadim、Suzuki Kazushi、Iwano Megumi、Matsuda Tomoki、Nagai Takeharu
  • Journal Title: ACS Chemical Biology Volume: 13 Issue: 7 Pages: 1862-1871
  • DOI: 10.1021/acschembio.7b01014
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 高光度マルチカラー発光タンパク質の開発と生命科学研究への応用 (2019)
  • Author(s): 鈴木和志、永井健治
  • Organizer: 第８回 Chem-Bio Joint Seminar 2019
• [Presentation] Color pallet of super-duper bioluminescent proteins for real-time multicolor bioimaging (2018)
  • Author(s): 鈴木和志、永井健治
  • Organizer: 第18回東京大学生命科学シンポジウム
• [Book] 11 幹細胞研究領域における発光イメージング 発光イメージング実験ガイド (2019)
  • Author(s): 鈴木和志、永井健治
  • Total Pages: 223
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758122405
• [Book] 6 発光Ca2＋プローブの種類と特性 発光イメージング実験ガイド (2019)
  • Author(s): 鈴木和志、永井健治
  • Total Pages: 223
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758122405
• [Book] 再生医療 (2018)
  • Author(s): 鈴木和志、稲垣成矩、松田知己、永井健治
  • Publisher: 日本再生医療学会
  • ISBN: 9784779220821
• [Book] イメージングの選び方・使い方100＋ (2018)
  • Author(s): 鈴木和志、永井健治
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758103756