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都市下水から薬を創り出す:棄てられたヒト免疫細胞由来遺伝子を活用した抗体医薬開発

Research Project

Project/Area Number 21K18171
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

Allocation TypeMulti-year Fund
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) 野地 智法  東北大学, 農学研究科, 教授 (10708001)
斉藤 繭子  東北大学, 医学系研究科, 准教授 (20598031)
久保田 健吾  東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (80455807)
Project Period (FY) 2021-07-09 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Keywords都市下水 / 感染症 / 免疫細胞 / ヒト抗体遺伝子 / 抗体医薬
Outline of Research at the Start

本研究では、都市下水からの抗体遺伝子回収・解析手法の開発、抗病原体抗体遺伝子の選抜手法の開発、及び抗体医薬合成手法の開発に取り組む。都市下水からの抗体遺伝子回収・解析手法の開発においては、都市下水中からターゲットである抗体遺伝子配列を増幅し配列解析を行う一連の技術を開発する。抗病原体抗体遺伝子の選抜手法の開発では、ある特定の病原体由来抗原をターゲットとして、特異的な抗体遺伝子をバイオパンニングにより選抜する技術を開発する。抗体医薬合成手法の開発においては、培養B細胞における対象ゲノム領域を下水から得られた抗体遺伝子と組み換えることで、培養B細胞から目的とする抗体を分泌させる技術を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、都市下水から回収した免疫細胞由来遺伝子を用いて抗体医薬の合成を行う手法の開発に取り組むものである。研究3年度である令和5年度においては、新型コロナウイルス感染症が発生していた期間に採取して保管してある下水を対象として、免疫細胞由来遺伝子の取得を継続的に試みた。標的を主要なリンパ球であるT細胞に由来する遺伝子とし、下水サンプルから抽出した遺伝子を鋳型として、抗原を認識するT細胞表面上の受容体分子であるT細胞受容体(T cell receptor:TCR)を標的とした各種PCRを行った。PCRにおいては、アニーリング温度及びサイクル数の調整を行った。その結果、複数の下水サンプルから標的サイズのPCR産物を得ることに成功した。得られたPCR産物の配列解析を行ったところ、1つのサンプルからTCR由来配列を得ることに成功した。得られたTCR由来配列は、T細胞がヒト体内で抗原と相互作用する際に使用するタンパク質の一部をコードしていた。対象となる抗原は現段階で不明であるが、今回PCRに成功したプライマーで複数の下水から増幅産物を得て、増幅産物に対して次世代シーケンスを行うことにより、多様な抗原に対応するT細胞由来遺伝子が取得できるものと期待される。研究最終年度である令和5年度においては、令和3年度と4年度に下水から得られた免疫由来細胞遺伝子に対して次世代シーケンシング解析を行い、遺伝子配列の多様性を評価する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

令和5年度に得られたT細胞受容体(T cell receptor:TCR)は、遺伝子再構成などの機構により多様な遺伝子配列が得られ、その多様性は10の18乗に達すると言われている。TCR由来配列を下水から取得することに成功したことは、今後の下水中免疫細胞由来遺伝子の活用において重要な成果であると言える。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度に下水からT細胞受容体(T cell receptor:TCR)遺伝子配列を得ることに成功したが、その陽性率は非常に低い状況である。得られた配列の配列解析を進めると同時に、下水からのTCR遺伝子配列増幅効率を改善する必要がある。そのために、プライマー配列の見直し、マグネシウム濃度の調整、アニーリング温度の最適化、伸長反応時間の調整、及び遺伝子増幅反応阻害物質の除去などを試みる。

Report

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

    (8 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Systematic review and meta-analysis of human health-related protein markers for realizing real-time wastewater-based epidemiology2023

    • Author(s)
      Luhur Akbar Devianto, Daisuke Sano
    • Journal Title

      Science of the Total Environment

      Volume: 897 Pages: 165304-165304

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2023.165304

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multiple traces of monkeypox detected in non-sewered wastewater with sparse sampling from a densely populated metropolitan area in Asia2023

    • Author(s)
      Daisuke Sano 他30名
    • Journal Title

      Science of the Total Environment

      Volume: 858(1) Pages: 159816-159816

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2022.159816

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comparison of five polyethylene glycol precipitation procedures for the RT-qPCR based recovery of murine hepatitis virus, bacteriophage phi6, and pepper mild mottle virus as a surrogate for SARS-CoV-2 from wastewater2022

    • Author(s)
      Torii Shotaro、Oishi Wakana、Zhu Yifan、Thakali Ocean、Malla Bikash、Yu Zaizhi、Zhao Bo、Arakawa Chisato、Kitajima Masaaki、Hata Akihiko、Ihara Masaru、Kyuwa Shigeru、Sano Daisuke、Haramoto Eiji、Katayama Hiroyuki
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 807 Pages: 150722-150722

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2021.150722

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] The exploration of the human health-related protein biomarkers in wastewater2023

    • Author(s)
      Luhur Akbar Devianto, Daisuke Sano
    • Organizer
      Health & Environment 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 下水情報活用の社会実装に向けて2022

    • Author(s)
      佐野大輔
    • Organizer
      仙台X-TECHレクチャーシリーズ Vol.1 仙台発!AI・データで社会を変える! 〜東北大学の先端研究と社会実装事例より
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 下水情報の活用に向けた取り組み2022

    • Author(s)
      佐野大輔
    • Organizer
      公益社団法人日本下水道新技術機構・第408回技術サロン
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 新型コロナウイルス等に関する下水調査が社会で果たす役割2022

    • Author(s)
      佐野大輔
    • Organizer
      日本下水道施設管理業協会・第11回定時社員総会・講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Revealing the spatial and temporal dynamics of COVID-19 by wastewater surveillance2022

    • Author(s)
      Wakana Oishi, Yusuke Hara, Daisuke Sano
    • Organizer
      International Conference on Challenges in Environmental Science and Engineering 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2021-07-13   Modified: 2024-12-25  

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