新生児敗血症における発症予測因子・病原微生物同定のためのマイクロバイオーム解析

• Project/Area Number: 20K17464
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 54030:Infectious disease medicine-related
• Research Institution: National Institute of Infectious Diseases (2023); Nagoya University (2020-2021)
• Principal Investigator: 堀場 千尋 国立感染症研究所, 病原体ゲノム解析研究センター, 研究員 (40844907)
• Project Period (FY): 2022-12-19 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 次世代シークエンス / 新生児敗血症 / メタゲノム / マイクロバイオーム / 感染症診断 / メタゲノム解析 / 次世代シークエンサー / 微生物叢 / 感染予測

Outline of Research at the Start

新生児敗血症は死亡率の高い疾患であり発症を予測する方法が求められている。母体由来の常在細菌叢の移行は新生児の常在細菌叢形成に重要である一方で、母親から胎内・出生時に移行する微生物が新生児敗血症の主な原因とされている。このことから出生時の児の常在細菌叢を解析することで、新生児敗血症の発症予測ができるのではないかと考えた。本研究では、出生時の児の皮膚擦過物、胃液、便と敗血症発症時の血液に対してマイクロバイオーム解析を行うことで新生児敗血症の病原微生物と発症因子を明らかにすることを目的とし、これにより新生児敗血症の発症予測や予後向上が期待される。

Outline of Annual Research Achievements

新生児感染症は重症化しやすく、敗血症に至ったとき死亡率は 13~25%と高いが、標準的な微生物検査法での病原微生物同定率が低いため診断が難しい。本研究の目的は、新生児感染症発症時に採取した臨床サンプルに対して ショットガンメタゲノム解析を行うことで、新生児感染症の病原微生物と新生児敗血症発症因子を明らかにすることである。
昨年度につづき、新生児感染症患者の急性期より採取した血液、胃液のマイクロバイオーム解析を行なった。血液は血流感染症の診断において最も重要な臨床検体であり、血液中マイクロバイオームに有意に存在する微生物を検出することで病原微生物候補を挙げることができる。一方で、出生直後の新生児の胃液の主成分は羊水であることから、そのマイクロバイオーム解析により子宮内感染を予測できると考えた。
各サンプルから抽出された核酸よりDNAライブラリーを作成し、次世代シークエンス解析を行なった。その結果、得られたFastQデータはPATHDETパイプラインによりメタゲノムデータとして出力され、現在解析中である。PATHDETパイプラインは、FastQファイルのクオリティーコントロールを行なったのちにヒトゲノムを抽出・除去し、のこされた非ヒトゲノム由来のシークエンスデータをさまざまな微生物に分類・推定を自動で行うパイプラインである。その後のメタゲノム解析は、具体的には、各患者の血液と胃液のメタゲノムデータ間の微生物集団の類似度を計算、階層的クラスターを作成し、それぞれに特徴的に出現する微生物種を検索する。さらに、この時抽出された微生物種が、新生児感染症患者クラスターを特徴づける、または重症度等の指標となるかを確認する方針である。

Research Products

• [Journal Article] Pediatric sepsis cases diagnosed with group B streptococcal meningitis using next-generation sequencing: a report of two cases (2021)
  • Author(s): Horiba Kazuhiro、Suzuki Michio、Tetsuka Nobuyuki、Kawano Yoshihiko、Yamaguchi Makoto、Okumura Toshihiko、Suzuki Takako、Torii Yuka、Kawada Jun-ichi、Morita Makoto、Hara Shinya、Ogi Tomoo、Ito Yoshinori
  • Journal Title: BMC Infectious Diseases Volume: 21 Issue: 1 Pages: 531-531
  • DOI: 10.1186/s12879-021-06231-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Next-Generation Sequencing to Detect Pathogens in Pediatric Febrile Neutropenia: A Single-Center Retrospective Study of 112 Cases (2021)
  • Author(s): Horiba K, Torii Y, Okumura T, Takeuchi S, Suzuki T, Kawada J, Muramatsu H, Takahashi Y, Ogi T, Ito Y
  • Journal Title: Open Forum Infect Dis Volume: 8 Issue: 11 Pages: 223-223
  • DOI: 10.1093/ofid/ofab223
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Immune cell infiltration landscapes in pediatric acute myocarditis analyzed by CIBERSORT (2021)
  • Author(s): Kawada Jun-ichi、Takeuchi Suguru、Imai Hiroshi、Okumura Toshihiko、Horiba Kazuhiro、Suzuki Takako、Torii Yuka、Yasuda Kazushi、Imanaka-Yoshida Kyoko、Ito Yoshinori
  • Journal Title: Journal of Cardiology Volume: 77 Issue: 2 Pages: 174-178
  • DOI: 10.1016/j.jjcc.2020.08.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comprehensive Detection of Candidate Pathogens in the Lower Respiratory Tract of Pediatric Patients With Unexpected Cardiopulmonary Deterioration Using Next-Generation Sequencing (2020)
  • Author(s): Takeuchi Suguru、Kawada Jun-ichi、Horiba Kazuhiro、Yamaguchi Makoto、Okumura Toshihiko、Suzuki Takako、Torii Yuka、Kawabe Shinji、Wada Sho、Ikeyama Takanari、Ito Yoshinori
  • Journal Title: Pediatric Critical Care Medicine Volume: 21 Issue: 11 Pages: e1026-e1030
  • DOI: 10.1097/pcc.0000000000002558
  • NAID: 120006957705
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comprehensive pathogen detection in sera of Kawasaki disease patients by high-throughput sequencing: a retrospective exploratory study (2020)
  • Author(s): Torii Yuka、Horiba Kazuhiro、Hayano Satoshi、Kato Taichi、Suzuki Takako、Kawada Jun-ichi、Takahashi Yoshiyuki、Kojima Seiji、Okuno Yusuke、Ogi Tomoo、Ito Yoshinori
  • Journal Title: BMC Pediatrics Volume: 20 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s12887-020-02380-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 次世代シークエンスデータ解析の効率を向上させる病原微生物予測パイプラインPATHDETの開発 (2020)
  • Author(s): 堀場千尋, 原雄一郎, 遠山美穂, 奥村俊彦, 鈴木高子, 鳥居ゆか, 川田潤一, 尾崎紀夫, 荻朋男, 伊藤嘉規
  • Organizer: 第52回小児感染症学会学術集会
• [Presentation] 院外心肺停止や予期せぬ呼吸/循環不全を呈した小児患者の下気道検体からの次世代シークエンス法による病原微生物の網羅的検出 (2020)
  • Author(s): 武内俊, 川田潤一, 堀場千尋, 山口慎, 奥村俊彦, 鈴木高子, 鳥居ゆか, 伊藤嘉規
  • Organizer: 第52回小児感染症学会学術集会
• [Presentation] 川田潤一, 武内俊, 今井裕, 堀場千尋, 山口慎, 奥村俊彦, 鈴木高子, 鳥居ゆか, 安田和志, 今中恭子, 伊藤嘉規 (2020)
  • Author(s): CIBERSORTを用いた小児急性心筋炎における炎症性細胞浸潤の網羅的解析
  • Organizer: 第52回小児感染症学会学術集会
• [Presentation] 肝移植後免疫抑制状態における血液中マイクロバイオームダイナミズムの解析 (2020)
  • Author(s): 奥村俊彦、堀場千尋、武内俊、鈴木高子、鳥居ゆか、川田潤一、伊藤嘉規
  • Organizer: 第94回日本感染症学会学術集会
• [Presentation] 川崎病症例における血清中微生物メタゲノム解析 (2020)
  • Author(s): 鳥居ゆか、堀場千尋、早野聡、加藤太一、鈴木高子、川田潤一、高橋義行、小島勢二、伊藤嘉規
  • Organizer: 第123回日本小児科学会学術集会
• [Presentation] Investigation of Infectious Etiologies in the Lower Respiratory Tract from Pediatric Patients with Unexpected Cardiopulmonary Deterioration using Next-Generation Sequencing (2020)
  • Author(s): Suguru Takeuchi, Jun-ichi Kawada, Kazuhiro Horiba, Makoto yamaguchi, Toshihiko Okumura, Takako Suzuki, Yuka Torii, Shinji Kawabe, Sho Wada, Takanari Ikeyama, Yoshinori Ito
  • Organizer: IDWeek 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temporal Dynamics of the Plasma Microbiome in Recipients at Early Post-liver Transplantation (2020)
  • Author(s): Toshihiko Okumura, Kazuhiro Horiba, Hideya Kamei, Suguru Takeuchi, Takako Suzuki, Yuka Torii, Jun-ichi Kawada, Yoshiyuki Takahashi, Yasuhiro Ogura, Tomoo Ogi, Yoshinori Ito
  • Organizer: IDWeek 2020
  • Int'l Joint Research