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水の消毒処理に対するウイルスの耐性―遺伝的要因の解明による安全な水利用の実現―

Research Project

Project/Area Number 21H04570
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

佐野 大輔  東北大学, 工学研究科, 教授 (80550368)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 片山 浩之  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00302779)
北島 正章  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任教授 (30777967)
片山 和彦  北里大学, 感染制御科学府, 教授 (60342903)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥32,500,000 (Direct Cost: ¥25,000,000、Indirect Cost: ¥7,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Keywords水の消毒 / ウイルス / 消毒耐性メカニズム / 下水処理水
Outline of Research at the Start

新型コロナウイルスの近縁を含む複数のウイルスに対し、遺伝子変異を促進させることで遺伝的多様性の高いウイルス集団を人工的に創出し、消毒処理への耐性に対する「特定の変異遺伝子」及び「遺伝的多様性」の影響を検証する。最終的に、新型コロナウイルスを含む下水中ウイルスの消毒耐性を考慮した適切な下水処理水の管理手法を提案する。

Outline of Annual Research Achievements

研究3年度である令和5年度においては、世界中で環境表面の消毒に用いられているエタノールを用いて、マウスノロウイルス(murine norovirus:MNV)に対する連続曝露実験を行った。70%エタノール消毒と増殖を繰り返す一連のサイクル実験を行い、繰り返し70%エタノール消毒を受けたウイルス集団の感受性について評価した。10回の曝露実験を行ったところ、70%エタノールに対する感受性はランダムに上下したことから、70%エタノールによる処理はMNV集団に対する選択圧を有していないことが明らかとなった。さらに、5-fluorouracilを用いて遺伝的多様性を増加したMNV集団、及び組織細胞へ感染したウイルスの単離により得られたMNV集団に対するエタノール感受性も評価した。また、世界中で水の消毒に使用されている塩素消毒について、エンベロープウイルスであるエンベロープウイルスであるPseudomonas syringae phage phi6(φ6)に対する連続曝露実験も行った。塩素消毒と増殖を繰り返す一連のサイクル実験を行い、繰り返し塩素消毒を受けたウイルス集団の感受性について評価した。その結果、繰り返し塩素消毒を受けたφ6は受けていないφ6に比べて低い塩素消毒感受性を示したが、消毒を受けた回数の増加に応じて一様に感受性が低下していくのではなく、感受性変化はランダムに生じていたことが示された。この結果は、塩素に繰り返し曝露したφ6集団は、塩素に強い株が選択されることはなく、塩素曝露下では遺伝的浮動が最も大きな影響を与えていたことを示唆している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

水中ウイルスの消毒耐性メカニズムを解明することを目的とする本研究では、作業仮説として、「特定の変異遺伝子がウイルス集団の消毒耐性をもたらす」、及び「ウイルス集団の消毒耐性は遺伝的多様性により決定される」の2つを設定し、その検証を試みている。研究3年度である令和5年度においては、この2つの仮説を検証するために、エタノールによる繰り返し処理を受けた非エンベロープウイルスであるマウスノロウイルス(murine norovirus:MNV)集団と、塩素による繰り返し処理を受けたエンベロープウイルスであるPseudomonas syringae phage phi6(φ6)集団を得た。これらの集団の消毒処理への感受性はランダムに変化しており、非エンベロープウイルスに対するエタノール消毒、及びエンベロープウイルスに対する塩素消毒においては、消毒に強い集団の選択は起こらないことが確認された。エンベロープウイルスの塩素消毒感受性が集団によって異なることを見出したのは世界で初めてのことであり、学術的価値の高い結果が得られたと言える。

Strategy for Future Research Activity

研究最終年度である令和6年度においては、令和5年度にエタノール連続曝露によって得られたMNV集団の遺伝子配列解析を行う。MNV集団はエタノール感受性の違いにより高感受性集団と低感受性集団に分け、次世代シーケンシングにより全ゲノム解析を行う。その後の配列解析により、高感受性集団と低感受性集団にそれぞれ共通の遺伝子変異があるか、及び配列多様性がエタノール感受性に関係しているかについて調査する。また、令和5年度に塩素連続曝露によって得られたφ6集団に関しても、感受性集団と低感受性集団に分け、次世代シーケンシングにより全ゲノム解析を行う。エタノール連続曝露実験で得られたMNVと同様に、高感受性集団と低感受性集団にそれぞれ共通の遺伝子変異があるか、及び配列多様性が塩素感受性に関係しているかについて調査する。得られた結果から、本研究の作業仮説である「特定の変異遺伝子がウイルス集団の消毒耐性をもたらす」、及び「ウイルス集団の消毒耐性は遺伝的多様性により決定される」の2つについて考察する。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Sensitivity evaluation of enveloped and non-enveloped viruses to ethanol using machine learning: a systematic review2024

    • Author(s)
      Aken Puti Wanguyun, Wakana Oishi, Daisuke Sano
    • Journal Title

      Food and Environmental Virology

      Volume: 16 Issue: 1 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1007/s12560-023-09571-2

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Microbial assessment of Water, Sanitation, and Hygiene (WaSH) in temporary and permanent settlements two years after Nepal 2015 earthquake2023

    • Author(s)
      Sital Uprety, Samendra P. Sherchan, Preeti Narayanan, Bipin Dangol, Marika Maggos, Alex Celmer, Joanna Shisler, Mohan Amarasiri, Daisuke Sano, Thanh H. Nguyen
    • Journal Title

      Science of the Total Environment

      Volume: 877 Issue: 8 Pages: 162867-162867

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0273757

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The intrapopulation genetic diversity of RNA virus may influence the sensitivity of chlorine disinfection2022

    • Author(s)
      Syun-suke Kadoya, Syun-ichi Urayama, Takuro Nunoura, Miho Hirai, Yoshihiro Takaki, Masaaki Kitajima, Toyoko Nakagomi, Osamu Nakagomi, Satoshi Okabe, Osamu Nishimura, Daisuke Sano
    • Journal Title

      Frontiers in Microbiology

      Volume: 13 Pages: 839513-839513

    • DOI

      10.3389/fmicb.2022.839513

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Disinfection efficacy and mechanism of olanexidine gluconate against noroviruses2022

    • Author(s)
      Kaoru Imai, Makoto Tanaka, Seiji Miyoshi, Ren Murakami, Akifumi Hagi, Sachi Yamagawa, Daisuke Sano
    • Journal Title

      American Journal of Infection Control

      Volume: accepted Issue: 7 Pages: 764-771

    • DOI

      10.1016/j.ajic.2021.11.020

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Nucleotide diversity and evolution rate of murine norovirus populations less sensitive to chlorine disinfection2023

    • Author(s)
      Aken Puti Wanguyun, Wakana Oishi, Andri Taruna Rachmadi, Kazuhiko Katayama, Daisuke Sano
    • Organizer
      8th International Calicivirus Conference
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nucleotide diversity in less sensitive murine norovirus adapted to chlorine solution2023

    • Author(s)
      Aken Puti Wanguyun, Wakana Oishi, Andri Taruna Rachmadi, Kazuhiko Katayama, Daisuke Sano
    • Organizer
      第70回日本ウイルス学会学術集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] エンベロープウイルス集団の消毒感受性に関する研究2023

    • Author(s)
      小山寛貴、大石若菜、佐野大輔
    • Organizer
      第58回日本水環境学会年会(2023年度)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] エンベロープウイルス集団の塩素消毒感受性評価2023

    • Author(s)
      小山寛貴、大石若菜、佐野大輔
    • Organizer
      第57回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Virus Population under Disinfection2022

    • Author(s)
      Aken Puti Wanguyun, Wakana Oishi, Andri Taruna Rachmadi, Daisuke Sano
    • Organizer
      東北大学大学院環境科学研究科・第4回環境科学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 土木環境工学分野における統計モデリング2021

    • Author(s)
      佐野大輔
    • Organizer
      統計物理と統計科学のセミナー
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 水道水源におけるロタウイルスの遺伝的多様性解析2021

    • Author(s)
      三浦尚之、門屋俊祐、瀧野博之、佐野大輔、秋葉道宏
    • Organizer
      第32回ウイルス性下痢症研究会学術集会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規消毒剤オラネキシジンの殺ウイルス作用の評価2021

    • Author(s)
      今井薫、萩彰文、佐野大輔
    • Organizer
      第36回日本環境感染学会総会・学術集会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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