Study for pathogenesis and high resolution diagnosis of Shiga toxin-producing Escherichia coli infection by metagenomic analyses

• Project/Area Number: 21K07017
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49050:Bacteriology-related
• Research Institution: National Institute of Infectious Diseases
• Principal Investigator: 李 謙一 国立感染症研究所, 細菌第一部, 主任研究官 (80721711)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊豫田 淳 国立感染症研究所, 細菌第一部, 室長 (70300928)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 腸管出血性大腸菌 / メタゲノム解析 / 志賀毒素 / メタゲノム / 溶血性尿毒症症候群

Outline of Research at the Start

本研究では、腸管出血性大腸菌（enterohemorrhagic Escherichia coli：EHEC）感染者便のメタゲノム解析を主な手法とし、次の目的を達成するための研究を行う：(ア)感染者に特徴的な微生物叢等を解析することによって、腸内微生物叢がEHECの病態に与える影響を解明、（イ）プロバイオティクス候補となる菌種を探索するために、無症状保菌者に特徴的な菌種を同定、（ウ）EHEC感染症の重症例である溶血性尿毒症症候群を主な対象とした、小型シークエンサーを用いた迅速・高精度な診断系の開発。以上の研究によって、治療薬開発につながる知見や適切な治療のための迅速診断法の確立が期待される。

Outline of Annual Research Achievements

腸管出血性大腸菌（EHEC）の集団感染例から得られた検体について、QIAseq FX DNA Library Preparation Kitを用いたライブラリー調整後、ショットガンメタゲノム解析を行い、菌属レベルで菌叢の比較を行った。その結果、EHECが分離されたサンプルで有意に存在比が低い属は存在しなかったが、有意に存在比が高い属が存在することが明らかとなった。今後、解析事例数を増やすとともに、種レベルで解析を行い、EHEC感染者または重症者に特徴的に存在する、あるいは存在しない菌種を同定する予定である。また、16S rRNA遺伝子の全長をPCR増幅後、Oxford Nanoporeシークエンサーを用いロングシークエンスによって全長メタ16S解析を行う体制をセットアップし、ショットガンメタゲノム解析を行ったサンプルの解析を行った。今後、両者の結果を比較解析し、解析プログラムの最適化を行う予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

重症例サンプルについては継続的に収集されている。集団感染サンプルについても新たに入手したため、より体系的な解析が可能となった。

Strategy for Future Research Activity

ショットガンメタゲノム解析についてはプログラムの自動化を進める。迅速・簡易な検査法として全長メタ16S解析を行う体制を確立する。

Research Products

• [Journal Article] Combined usage of serodiagnosis and O antigen typing to isolate Shiga toxin-producing Escherichia coli O76:H7 from a hemolytic uremic syndrome case and genomic insights from the isolate (2024)
  • Author(s): Kenichi Lee, Atsushi Iguchi, Chikako Terano, Hiroshi Hataya, Junko Isobe, Kazuko Seto, Nozomi Ishijima, Yukihiro Akeda, Makoto Ohnishi, Sunao Iyoda, EHEC Working Group in Japan
  • Journal Title: Microbiology Spectrum Volume: 12 Issue: 1
  • DOI: 10.1128/spectrum.02355-23
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 腸管出血性大腸菌O76による溶血性尿毒症症候群の血清診断および免疫磁気ビーズを用いた原因菌の分離・性状解析 (2024)
  • Author(s): 李 謙一, 井口 純, 寺野千香子, 幡谷浩史, 磯部順子, 勢戸和子, 石嶋 希, 明田幸宏, 大西 真, 伊豫田 淳, EHEC Working Group
  • Organizer: 第35回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [Presentation] 腸管出血性大腸菌(EHEC)におけるWGS解析 (2024)
  • Author(s): 李 謙一
  • Organizer: 令和5年度北海道・東北・新潟ブロック腸管出血性大腸菌検査担当者研修会
  • Invited