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Development of a Mycobacterium tuberculosis genotyping method using nanopore DNA sequencing

Research Project

Project/Area Number 21K12721
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 90130:Medical systems-related
Research Institution公益財団法人結核予防会 結核研究所

Principal Investigator

Murase Yoshiro  公益財団法人結核予防会 結核研究所, 抗酸菌部 結核菌情報科, 科長 (80535998)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords結核 / 分子疫学 / VNTR / ナノポア・シーケンス / 遺伝子型別 / 薬剤耐性 / 結核対策 / 結核菌 / 分子疫学調査 / VNTR法 / ナノポア・シークエンス / 薬剤感受性予測 / ゲノム診断 / ナノポア / ナノポアシーケンス / 遺伝子型別検査 / ナノポアシークエンス
Outline of Research at the Start

結核菌の遺伝子型別は、感染経路の究明や薬剤耐性株のモニタリングなどに必要不可欠である。現在の結核菌遺伝子型別法は半定量的であり、データの精度保証や多検体処理、低コスト化にも問題がある。
これらの問題を解決するため、近年開発されたナノポアシーケンス技術を遺伝子型別法に応用し、ナノポア・ロングリード配列を用いたコンピュータ自動解析法(ナノポアVNTR法)を開発する。

Outline of Final Research Achievements

We developed a VNTR genotyping method for Mycobacterium tuberculosis using nanopore sequencing technology, demonstrating high accuracy (99.5%) comparable to conventional methods. We also demonstrated that drug susceptibility to 18 anti-TB drugs could be predicted with 96.8% accuracy from nanopore sequencing data. This method may enable rapid, simple, and inexpensive genotyping and drug susceptibility prediction of M. tuberculosis, which are essential for TB control, at the level of general testing laboratories.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発されたナノポアシーケンス技術を用いた結核菌の解析法は、従来法と同等の精度を有しながら、より迅速・簡便・安価に実施できる可能性を示しており、結核対策の推進に大きく貢献することが期待される。本法の普及により、結核菌の遺伝子型別と薬剤感受性予測を一般検査室レベルで実施できるようになれば、感染源や感染経路の特定、最適な治療法の選択など、結核まん延防止に向けた様々な対策を迅速に講じることができるようになる。このように、本研究成果は学術的のみならず社会的にも大きな意義を有している。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Molecular Investigation of the Epidemiology of Tuberculosis Using <i>Mycobacterium tuberculosis</i> Genome Analysis in Yamagata Prefecture2023

    • Author(s)
      瀬戸順次,三瓶美香,水田克巳,和田崇之,下村佳子,御手洗聡,村瀬良朗,細谷真紀子,阿彦忠之.
    • Journal Title

      Kansenshogaku Zasshi

      Volume: 97 Issue: 1 Pages: 6-17

    • DOI

      10.11150/kansenshogakuzasshi.e22021

    • ISSN
      0387-5911, 1884-569X
    • Year and Date
      2023-01-20
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transmission dynamics variability of lineage 2 Mycobacterium tuberculosis strains in Kobe, Japan, determined using population-based whole-genome sequencing analysis2023

    • Author(s)
      Iwamoto Tomotada、Arikawa Kentaro、Murase Yoshiro、Sekizuka Tsuyoshi、Kuroda Makoto、Nishiuchi Yukiko、Kusunoki Nobuya、Fujiyama Riyo、Mitarai Satoshi
    • Journal Title

      Infection, Genetics and Evolution

      Volume: 114 Pages: 105495-105495

    • DOI

      10.1016/j.meegid.2023.105495

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] <i>In Vitro</i> Synergistic Effects of Omadacycline with Other Antimicrobial Agents against Mycobacterium abscessus2023

    • Author(s)
      Fujiwara Keiji、Aono Akio、Asami Takahiro、Morimoto Kozo、Kamada Keisuke、Morishige Yuta、Igarashi Yuriko、Chikamatsu Kinuyo、Murase Yoshiro、Yamada Hiroyuki、Takaki Akiko、Mitarai Satoshi
    • Journal Title

      Antimicrobial Agents and Chemotherapy

      Volume: 67 Issue: 6

    • DOI

      10.1128/aac.01579-22

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Complete Genome Sequences of 14 Nontuberculous Mycobacteria Type Strains2023

    • Author(s)
      Igarashi Yuriko、Osugi Asami、Murase Yoshiro、Chikamatsu Kinuyo、Shimomura Yoshiko、Hosoya Makiko、Aono Akio、Morishige Yuta、Yamada Hiroyuki、Takaki Akiko、Mitarai Satoshi
    • Journal Title

      Microbiology Resource Announcements

      Volume: 12 Issue: 2

    • DOI

      10.1128/mra.01214-22

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-amplification nucleic acid detection with thio-NAD cycling2022

    • Author(s)
      S.Yamura, N.Kawada, S.Yamakado, Y.Kyosei, S.Watabe, T.Yoshimura, Y.Murase, S.Mitarai, E.Ito
    • Journal Title

      J. Microbiol. Meth.

      Volume: 204 Pages: 106647-106647

    • DOI

      10.1016/j.mimet.2022.106647

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Molecular Epidemiological Characteristics of Mycobacterium abscessus Complex Derived from Non-Cystic Fibrosis Patients in Japan and Taiwan2022

    • Author(s)
      Yoshida M, Chien JY, Morimoto K, Kinjo T, Aono A, Murase Y, Fujiwara K, Morishige Y, Nagano H, Jou R, Hasegawa N, Ato M, Hoshino Y, Hsueh PR, Mitarai S
    • Journal Title

      Microbiology Spectrum

      Volume: Ahead of Print Issue: 3

    • DOI

      10.1128/spectrum.00571-22

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] In vitro activity of tedizolid and linezolid against multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis: a comparative study using microdilution broth assay and genomics2022

    • Author(s)
      Aono Akio、Murase Yoshiro、Chikamatsu Kinuyo、Igarashi Yuriko、Shimomura Yoshiko、Hosoya Makiko、Osugi Asami、Morishige Yuta、Takaki Akiko、Yamada Hiroyuki、Mitarai Satoshi
    • Journal Title

      Diagnostic Microbiology and Infectious Disease

      Volume: 103 Issue: 3 Pages: 115714-115714

    • DOI

      10.1016/j.diagmicrobio.2022.115714

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Potential Cross-Transmission of Mycobacterium abscessus among Non-Cystic Fibrosis Patients at a Tertiary Hospital in Japan2022

    • Author(s)
      Fujiwara Keiji、Yoshida Mitsunori、Murase Yoshiro、Aono Akio、Furuuchi Koji、Tanaka Yoshiaki、Ohta Ken、Ato Manabu、Mitarai Satoshi、Morimoto Kozo
    • Journal Title

      Microbiology Spectrum

      Volume: 10 Issue: 3

    • DOI

      10.1128/spectrum.00097-22

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] シンポジウム: ゲノムが拓く結核対策・医療の新世紀 大規模ゲノムデータベースを活用した研究2023

    • Author(s)
      村瀬 良朗
    • Organizer
      第98回日本結核・非結核性抗酸菌学会学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 環境と安全性を考慮した有機溶媒不要の抗酸菌ゲノム抽出法(Organic Solvent Freeビーズ破砕法/OSFビーズ破砕法)の基礎検討2023

    • Author(s)
      下村佳子, 村瀬良朗, 細谷真紀子, 永井水織, 大薄麻未, 森重雄太, 近松絹代, 青野昭男, 五十嵐ゆり子, 髙木明子, 山田博之, 御手洗聡
    • Organizer
      第35回日本臨床微生物学会総会・学術集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 環境と安全性を考慮した有機溶媒不要の抗酸菌ゲノム抽出法の開発:エタノール滅菌効果の検証2023

    • Author(s)
      細谷真紀子, 村瀬良朗,下村佳子,永井水織,大薄麻未, 森重雄太, 近松絹代,青野昭男, 五十嵐ゆり子, 髙木明子, 山田博之, 御手洗聡
    • Organizer
      第35回日本臨床微生物学会総会・学術集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 次世代シーケンサーを用いた活動性肺結核患者喀痰からの迅速薬剤耐性予測法2023

    • Author(s)
      高木 明子, 近松 絹代, 五十嵐 ゆり子, 青野 昭男, 下村 佳子, 細谷 真紀子, 永井 水織, 水野 和重, 吉田 志緒美, 森重 雄太, 村瀬 良朗, 御手洗 聡
    • Organizer
      第35回日本臨床微生物学会総会・学術集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 抗酸菌DNAクロロホルムビーズ破砕抽出法におけるビーズ径の影響2021

    • Author(s)
      下村佳子, 細谷真紀子, 大薄麻未, 森重雄太, 村瀬良朗, 近松絹代, 青野昭男, 五十嵐ゆり子, 高木明子, 山田博之, 御手洗聡
    • Organizer
      第33回日本臨床微生物学会総会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 抗酸菌DNAクロロホルムビーズ破砕抽出法におけるビーズ量の影響2021

    • Author(s)
      細谷真紀子, 下村佳子, 大薄麻未, 森重雄太, 村瀬良朗, 近松絹代, 青野昭男, 五十嵐ゆり子, 山田博之, 高木明子, 御手洗聡
    • Organizer
      第33回日本臨床微生物学会総会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] Mycobacterium tuberculosis のゲノム解読に関する 標準作業手順書

    • URL

      https://jata.or.jp/dl/pdf/data/TB_genom_v1.2.pdf

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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