微生物新薬開発を実現するTarget-AIDゲノム編集法による全ゲノム解析の確立

• Project/Area Number: 21K06136
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43060:System genome science-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 坂野 聡美 大阪大学, 免疫学フロンティア研究センター, 特任研究員 (00513160)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: ゲノム編集 / 大腸菌 / 遺伝子工学 / CRISPR / 薬剤耐性

Outline of Research at the Start

本研究は、“DNAを切らないゲノム編集法 Target-AID”という合成生物学における革新的な技術を用いた、微生物のゲノムワイドな high-throughput 解析技術を確立することを第一の目的とする。そして、この技術によって得られた微生物の生存戦略システムを包括的・網羅的に解析し理解を深めることで、最終的には医療現場における微生物感染症対策やがん研究の進展に寄与するための、微生物の特質を利用した新奇マイクロツール“微生物新薬”の作出を模索したい。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、自然突然変異を模した形で変異導入が可能なゲノム編集ツールTaget-AIDを用いた、ゲノムワイドスクリーニング法を確立し、その結果得られた微生物の生存システム等を詳細に解析することを目的とする。現在のところ、大腸菌の標的1遺伝子内には、ある程度効率よい変異導入が実現されている。そこで、本課題１年目では、このTarget-AIDを用いた薬剤耐性菌の変異個所探索の予備的実験を行った。
CRISPR-gRNAを導入した大腸菌に薬剤選択圧をかけ、表現型に関わる新たな変異個所を探索することができるかどうか、条件検討を行った。rifampicin耐性関連遺伝子rpoB、fluoroquinolone耐性関連遺伝子gyrAを選定し、MIC assayにより各薬剤の最適濃度を決定した。次に、標的配列20塩基をランダムに設計してプラスミド型CRISPR-gRNAを構築し、大腸菌に導入した。各薬剤の選択圧下における大腸菌を集菌し、プラスミド抽出後、gRNA部分を次世代シーケンサーで配列解読した。その結果、rifampicin耐性大腸菌からはrpoB以外の特異配列、nalidixic acid耐性大腸菌からはgyrA以外の特異配列が、それぞれ複数同定された。これらは大腸菌ゲノム上に100%マッチはせず、類似配列が推定されるのみであった。次に、プラスミド抽出した大腸菌の全ゲノム配列の解読を試みたところ、機知の関連遺伝子以外の変異箇所を複数同定した。そのうちのいくつかは、先述の特異配列に依存した変異導入であることが確認された。しかし、その配列を含めて再構築したCRISPR-gRNAを再び大腸菌に導入したが、薬剤耐性を獲得することはできなかった。