病院排水を利用した薬剤耐性菌監視システムの構築と耐性遺伝子拡散機構の解明

• Project/Area Number: 21K17897
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 63040:Environmental impact assessment-related
• Research Institution: Nara Medical University
• Principal Investigator: 鈴木 由希 奈良県立医科大学, 医学部, 助教 (00806466)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 病院排水 / 薬剤耐性菌 / 感染制御 / 耐性遺伝子 / 環境水

Outline of Research at the Start

薬剤耐性菌は、感染症治療の難渋化やアウトブレイク発生時に制御困難に陥るなど生命を脅かす細菌として問題であり、国を挙げて取り組むべき重要対策課題とされている。根本的な解決に向け、耐性菌発生源の追究と制御は喫緊の課題であるが、現在耐性菌はヒトのみならず動物・環境からも検出されおり、多角的な解析と包括的な理解が必要である。本研究ではヒトおよび環境排水中に分布する耐性菌の耐性遺伝子や菌の特徴について遺伝学的背景から解明する。また耐性遺伝子拡散機構について明らかにする。以上より得られるデータを勘案し、排水を利用した薬剤耐性菌監視システムの構築と耐性菌が発生しない抗菌化学療法、排水処理方法の提案を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

耐性菌発生源の追究と制御は喫緊の課題であるが、現在耐性菌はヒトのみならず動物・環境からも検出されおり、多角的な解析と包括的な理解が必要である。本研究は、医療関連感染予防の観点からヒトおよび環境排水中に分布する耐性菌の耐性遺伝子や菌の特徴と関連性について遺伝学的背景から解明し、また耐性遺伝子拡散機構について明らかにすることを目的としている。
2023年度は、これまでのサンプリングにより分離・保存された菌株について、分子遺伝学的解析を進めた。病院排水より収集された大腸菌53株について、寒天平板希釈法による薬剤感受性試験、PCRとDNAシークエンシングによる薬剤耐性遺伝子の検索と型別、ゲノム型別を実施した。その結果、CTX-M-27, CTX-M-15, CTX-M-14などESBL産生し、ST131, ST38, ST1193などに属する大腸菌が多く検出され、ヒトの臨床より報告のある大腸菌と同様の特徴を持った株が検出された。また、同排水よりカルバペネマーゼであるIMP-1やGES-24を産生するDelftia tsuruhatensisも検出され、詳細なゲノム構造を解析するために次世代シークエンス解析を実施している。これらカルバペネマーゼ遺伝子はすべてプラスミド性に存在し、30～65 kbpのサイズであり、またこれまで報告のない独自の構造を有していた。
上記研究結果は、第93回日本感染症学会西日本地方会学術集会、第35回日本臨床微生物学会総会・学術集会で報告した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

昨年度までのサンプリングにより4029株の菌株を保存され、当初の計画通り大腸菌や、肺炎桿菌など菌種ごとに詳細な解析を進めることができた。今後も継続的に解析菌株数を増やし、ヒト由来株の比較、関連性を見出していく。

Strategy for Future Research Activity

これまでのサンプリングで収集された菌株について、今後も引き続き菌種、菌株数を広げて、詳細な遺伝学的解析を進め、病院排水中における薬剤耐性菌の包括的な理解と、ヒト由来薬剤耐性菌との関連性について解析を継続していく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Comparison of MALDI-TOF mass spectrometry and rpoB gene sequencing for the identification of clinical isolates of Aeromonas spp. (2022)
  • Author(s): Kitagawa D, Suzuki Y, Abe N, Ui K, Suzuki K, Yamashita T, Sakaguchi A, Suzuki S, Masuo K, Nakano A, Nakano R, Sato M, Maeda K, Nakamura F, Yano H
  • Journal Title: Heliyon Volume: 8 Issue: 11 Pages: e11585-e11585
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e11585
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of NG-Test CARBA5 for the detection of carbapenemase-producing Gram-negative bacilli. (2022)
  • Author(s): Saito K, Mizuno S, Nakano R, Tanouchi A, Mizuno T, Nakano A, Suzuki Y, Kakuta N, Yano H
  • Journal Title: J Med Microbiol Volume: 71 Issue: 6 Pages: 0001557-0001557
  • DOI: 10.1099/jmm.0.001557
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Emergence and Evolution of Unique Plasmids Harboring blaIMP-70 and blaCTX-M-253 in Multidrug-Resistant Providencia rettgeri. (2022)
  • Author(s): Watanabe M, Nakano R, Tanouchi A, Nakano A, Suzuki Y, Saito K, Sakata R, Ogawa M, Yano H
  • Journal Title: Microbiol Spectr Volume: 6 Issue: 4
  • DOI: 10.1128/spectrum.01204-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comamonas thiooxydans Expressing a Plasmid-Encoded IMP-1 Carbapenemase Isolated From Continuous Ambulatory Peritoneal Dialysis of an Inpatient in Japan (2022)
  • Author(s): Suzuki Y, Nakano R, Nakano A, Tasaki H, Asada T, Horiuchi S, Saito K, Watanabe M, Nomura Y, Kitagawa, D Lee ST, Ui K, Koizumi A, Nishihara Y, Sekine T, Sakata R, Ogawa M, Ohnishi M, Tsuruya K, Kasahara K, Yano H
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: - Pages: 808993-808993
  • DOI: 10.3389/fmicb.2022.808993
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 本邦医療機関の排水より分離されたカルバペネマーゼ産生Delftia tsuruhatensis3株の解析 (2024)
  • Author(s): 藤倉裕之、鈴木由希、中野竜一、中野章代、野村泰充、堀内沙央里、山口晃一、斉藤開、渡邊真子、笠原敬、矢野寿一
  • Organizer: 第34回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [Presentation] 奈良県内の医療施設で過去5年間に分離されたAeromonas属菌の疫学解析 (2024)
  • Author(s): 北川 大輔, 鈴木 由希, 阿部 教行, 宇井 孝爾, 鈴木 崇真, 関根 円香, 中野 章代, 中野 竜一, 矢野 寿一
  • Organizer: 第34回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [Presentation] 本邦医療機関の排水より分離された薬剤耐性大腸菌の特徴について (2023)
  • Author(s): 鈴木由希、中野竜一、中野章代、野村泰充 、堀内沙央里、山口晃一 、斉藤開 、渡邉真子 、矢野寿一
  • Organizer: 第93回日本感染症学会西日本地方会学術集会
• [Presentation] IMP-34を産生する臨床分離Acinetobacter属の分子遺伝学的解析 (2023)
  • Author(s): 鈴木由希、中野竜一、中野章代、遠藤史郎、岡 健太郎、宮本健太郎、堀内沙央里、朝田智子、高橋志達、賀来満夫、矢野寿一
  • Organizer: 第34回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [Presentation] Genetic and moleculer characteristics of metallo-β-lactamase IMP-34 encoding plasmids of Acinetobacter spp. Isolated from inpatients in Japan. (2022)
  • Author(s): Suzuki Y, Endo S, Nakano R, Nakano A, Kaku M, Yano H
  • Organizer: the 32nd International Congress of Antimicrobial Chemotherapy (ICC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Carbapenem resistance mechanism of Enterobacter roggenkampii that simultaneously produces carbapenemases IMI-16 and IMI-18 (2022)
  • Author(s): Saito K, Suzuki Y, Nakano R, Nakano A, Watanabe M, Yano H
  • Organizer: the 32nd International Congress of Antimicrobial Chemotherapy (ICC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] IMP-1を産生する臨床分離Comamonas thiooxydansの特徴について (2022)
  • Author(s): 鈴木由希、中野竜一、中野章代、堀内沙央里、朝田智子、斎藤開、渡邉真子、李 相太、宇井孝爾、小泉 章、大西雅人、西原悠二、関根隆博、笠原 敬、矢野寿一
  • Organizer: 第33回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [Presentation] Genetic characteristics and transferability of resistance genes in carbapenemase-producing Acinetobacter spp. isolated from hospital sewage and river water. (2021)
  • Author(s): Suzuki Y, Pearl Retiban, Nakano R, Melisa Mondoy, Nakano A, Kakuta N, Horiuchi S, Mark Philip Bugayong, Josie Bilar, Mauricio Perez V, Emarld Julian Medina, Nakashima K, Yano H
  • Organizer: 31st European Congress of Clinical Microbiology and Infectious Diseases (ECCMID)
  • Int'l Joint Research