Use of bacteriophage therapy to control antimicrobial resistance bacteria during wastewater treatment
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20K14864
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
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| Research Institution | Hachinohe National College of Technology |
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Principal Investigator |
李 善太 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60771962)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 薬剤耐性菌 / 大腸菌ファージ / 下水処理場 / ファージセラピー / 存在実態 / 抗生物質耐性大腸菌 / 制御方法 / ファージ / バクテリオファージ / 下水処理 / 制御手法 |
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| Outline of Research at the Start |
薬剤耐性菌が深刻な問題となっている中、薬剤耐性菌に感染するバクテリオファージ（以下、ファージ）を用いたファージセラピーが注目されている。しかし、薬剤耐性菌に感染するファージの存在実態については知見が少ない状況である。本研究では、様々な薬剤耐性菌に感染するファージを収集して薬剤耐性菌感染ファージのライブラリを作製し、これらから調製したファージカクテルを添加することで下水処理過程中に薬剤耐性菌の割合を減少させる。また、有効なファージはその種を特定することで、下水処理場だけでなく宿主である薬剤耐性菌が問題になっている、ヒト、動物、農業、食品および環境の各分野においても利用できることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、下水処理場へのファージを用いた薬剤耐性菌に対する制御手法の適用可能性について実際の処理過程を想定し、ファージの添加タイミング、水温条件について基礎的検討を行った。また、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscopy: TEM）を用いて、薬剤耐性菌に感染するファージの形態学的特徴を観察した。
ファージの添加タイミングの検討では、下水処理場流入直後（0分）、生物反応槽流入時（90分）、最終沈殿池流入時（410分）の各タイミングでファージを添加した場合における抗生物質耐性大腸菌の抑制効果を調べた。その結果、ファージを添加しなかったサンプルは、全ての培養時間（560分）後に培養前の濃度と比べて3-log程度増加していたのに対し、0分と90分にファージを添加した場合は、培養前の濃度と同程度であった。410分に添加した場合は、培養前の濃度と比べて2-log程度増加していた。このことから、下水処理場流入直後と生物反応槽流入時にファージを添加することで、抗生物質耐性大腸菌の増加を抑制できることが考えられた。
水温の検討では、夏季（28℃）と冬季（18℃）を想定してファージを添加した場合における抗生物質耐性大腸菌の除去効果を調べた。その結果、どの温度条件もファージを添加しなかった場合と比べて添加した方の割合が低下していたことから、18~28℃の温度条件においては抗生物質耐性大腸菌に感染し、除去できる可能性が示された。
TEMにより薬剤耐性菌に感染して有効に除去することのできたファージ5株を観察した結果、ファージ3株は長い尾部構造を有していることからCaudovirales目に、2株は尾部を持たずに球状の頭部のみを持っていることからMindivirales目に分類されるものと考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、①下水処理場における薬剤耐性菌に感染するファージの実態調査、②薬剤耐性菌感染ファージを用いた下水処理場での制御手法の検討、③薬剤耐性菌に感染するファージ種の特定を目的としている。初年度は、下水処理場における薬剤耐性菌とその薬剤耐性菌に感染するファージの存在実態を調査しており、その際に多剤耐性菌と複数のファージを単離し、凍結保存した。それらを用いて次年度は、下水処理場の生物処理過程においてファージを添加することによる薬剤耐性菌の除去効果について基礎的検討を実施し、除去効果を得たことから、下水処理場での制御手法としての利用可能性について確認ができた。今年度は、実際の下水処理場への適用可能性について、下水処理過程でのファージの添加タイミングや水温条件による効果を検討した。また、薬剤耐性菌に感染するファージ種を特定するため、形態学的特徴を明らかにしている。このことから、目的①~③に対して、着実に成果を得ており、研究は順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
薬剤耐性菌に感染するファージについて、宿主菌の起源（下水処理場の流入水、二次処理水、放流水、河川水など）や薬剤耐性数により検出されるファージの存在実態を明らかにする。また、下水処理場の試料のみならず河川や湖沼などの環境水に対しても同様の調査を継続する計画である。
下水処理場へのファージを用いた薬剤耐性菌に対する制御手法の適用可能性について、複数の多剤耐性大腸菌とその多剤耐性大腸菌に感染するファージを用いて、効果的に除去できるファージの添加濃度等の検討をさらに進める。
薬剤耐性大腸菌の除去効果が高かったファージ種の特定においては、TEMによる形態学的特徴の観察はできたものの、遺伝子情報による種の特定ができていないことから、次世代シーケンスにより全遺伝子配列解読を実施し、新たなファージ種なのか既存の種なのかをより詳細に検討する予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
