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Wastewater-based genomic epidemiology on international comparison and transportation of SARS-CoV-2 variants and antimicrobial resistance

Research Project

Project/Area Number 21KK0073
Research Category

Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

本多 了  金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (40422456)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 阿部 貴志  新潟大学, 自然科学系, 教授 (30390628)
松浦 哲久  金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (90771585)
沈 尚  国立研究開発法人国立環境研究所, 地域環境保全領域, JSPS特別研究員 (20882426)
Project Period (FY) 2021-10-07 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywords薬剤耐性 / 新型コロナウイルス / 下水処理 / 国際比較 / 下水疫学
Outline of Research at the Start

世界的な蔓延が懸念されている新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)と薬剤耐性菌を対象として、下水ゲノム情報を用いた熱帯アジア途上国における感染症の時系列変化と越境拡散の要因を明らかにする。タイ・インド・スリランカの主要都市の下水中の微生物ゲノム配列解析により、各国・地域に特徴的なSARS-CoV-2変異株・耐性遺伝子との関連を多変量解析を用いて明らかにする。国際移動制限の緩和前後で比較を行い、人の国際移動が越境拡散に与える影響を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

タイ・インド・スリランカ・日本の下水処理場において,下水と活性汚泥の定期採水を進めた。各国での定期採水は継続中であるが,採水済の一部のサンプルについて,DNA抽出とメタゲノム配列解析を行い,薬剤耐性プロファイル分析を行った。その結果,日米欧中の下水・汚泥の薬剤耐性プロファイルと比較したところ,インド・スリランカは,他の地域と異なる特徴的な薬剤耐性遺伝子叢を有することがわかった。特に,インドの試料は,下水・汚泥とも16SrRNA遺伝子に対する薬剤耐性遺伝子の割合が他の地域と比較して顕著に高く,薬剤耐性菌が高い割合で存在していることが示唆された。 また,インド・スリランカの下水は他の地域と比較してテトラサイクリン系およびキノロン系薬剤耐性遺伝子が比較的高い割合で存在していることが明らかになった。以上の結果は,南アジア地域の下水および活性汚泥に含まれる薬剤耐性遺伝子叢が,日米欧中の他の地域とは異なる特徴を示唆している。南アジア地域の環境中の薬剤耐性の分布の知見(特に下水・汚泥中の網羅的な解析)は限られており,環境中の薬剤耐性の国際分布とその要因を理解するための新しい知見が得られた。
スリランカで採水した下水処理場サンプルからウイルス粒子を濃縮・精製し、ショットガンシーケンスした。得られたリードからウイルスゲノムを再構築したところ、5000種を超えるウイルス種が検出された。これらのウイルスゲノム内の薬剤耐性遺伝子、他の国・地域の下水処理場サンプル中のウイルス叢との違いについて解析を行った。
また,日本国内の環境水中の微生物叢把握のため,クーリングタワー水と浄化槽水を対象にした16S rRNAアンプリコンシークエンシングを実施した.クーリングタワー水ではレジオネラ属菌の有無や浴槽水との微生物叢比較や,浄化槽水では生物化学的酸素要求量や処理方式による微生物叢比較に向けた解析を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

*試料・配列収集の状況:●インド:昨年度3月にインドの3箇所の下水処理場で採取した下水と汚泥試料のメタゲノム配列を取得した。●スリランカ:3箇所の下水処理場で採水を開始し,そのうち8月のサンプルについて同様にメタゲノム配列を取得した。また現地カウンターパートのルフナ大学によって月1回の定期採水を継続して実施し,試料保存を行った。●タイ:バンコクの5箇所の下水処理場において,下水・汚泥試料の12ヶ月のサンプリングを完了したが,ろ過過程に問題があることが判明したため,再度1年間の再採水を行うこととなった。なお,3月に採水したサンプルについては,遠心分離にて濃縮を行い,薬剤耐性プロファイル分析用にDNA抽出とメタゲノム配列解析を行った。●日本:春夏秋冬の各季節を含む13ヶ月5回分の通年サンプリングを完了し,DNA抽出とメタゲノム配列解析を完了した。
*解析の状況:南アジア地域(インドとスリランカ)のサンプルから得られたメタゲノム配列から薬剤耐性プロファイルを得た。日米欧中の下水・汚泥の薬剤耐性プロファイルと比較したところ,インド・スリランカは,他の地域と異なる特徴的な薬剤耐性遺伝子叢を有することがわかった。特に,インドの試料は,下水・汚泥とも16SrRNA遺伝子に対する薬剤耐性遺伝子の割合が他の地域と比較して顕著に高く,薬剤耐性菌が高い割合で存在していることが示唆された。 また,インド・スリランカの下水は他の地域と比較してテトラサイクリン系およびキノロン系薬剤耐性遺伝子が比較的高い割合で存在していることが明らかになった。

Strategy for Future Research Activity

各国での定期採水を進め,令和6年度中にすべての採水を完了し,9月および3月に渡航して試料の確認・運搬を行い,順次配列解析を行う。また,各試料の新型コロナウイルス濃度の定量を行い,変異株解析を行うのに十分なウイルス遺伝子量を有するサンプルを選抜し,変異株解析を行う。薬剤耐性遺伝子解析について,今回取得した4カ国(インド・スリランカ・タイ・日本)とINSDCデータベースから取得した欧米中の下水・汚泥サンプルと比較を行い,その共通性や差異性を明らかにするとともに,新型コロナウイルスの流行期前後における変遷を明らかにする。ウイルス叢解析についても,今回取得した4カ国(インド・スリランカ・タイ・日本)の共通性や差異性を明らかにするとともに,ファージが保有数る薬剤耐性遺伝子と下水・汚泥中の薬剤耐性プロファイルと比較を行う。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (32 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (10 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results) Funded Workshop (1 results)

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      Sabar Muhammad Adnan、Van Huy Than、Sugie Yoshinori、Wada Hiroyuki、Zhao Bo、Matsuura Norihisa、Ihara Masaru、Watanabe Toru、Tanaka Hiroaki、Honda Ryo
    • Journal Title

      Journal of Water and Health

      Volume: 21 Issue: 8 Pages: 1032-1050

    • DOI

      10.2166/wh.2023.073

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    • Author(s)
      Alamin Md.、Hara-Yamamura Hiroe、Hata Akihiko、Zhao Bo、Ihara Masaru、Tanaka Hiroaki、Watanabe Toru、Honda Ryo
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 895 Pages: 165097-165097

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2023.165097

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    • Author(s)
      Honda Ryo、Matsuura Norihisa、Sorn Sovannlaksmy、Asakura Sawako、Morinaga Yuta、Van Huy Than、Sabar Muhammad Adnan、Masakke Yalkhin、Hara-Yamamura Hiroe、Watanabe Toru
    • Journal Title

      npj Clean Water

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 46-46

    • DOI

      10.1038/s41545-023-00261-x

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  • [Journal Article] Mitigation of Antimicrobial Resistance during Wastewater Treatment by Membrane Technologies2023

    • Author(s)
      Mardalisa Mardalisa、Wang Rongxuan、Honda Ryo、Chiemchaisri Wilai、Chiemchaisri Chart
    • Journal Title

      Journal of Applied Membrane Science & Technology

      Volume: 27 Issue: 1 Pages: 79-88

    • DOI

      10.11113/amst.v27n1.263

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    • Author(s)
      Galagoda Rasindu、Chanto Monychottepy、Takemura Yasuyuki、Tomioka Noriko、Syutsubo Kazuaki、Honda Ryo、Yamamoto-Ikemoto Ryoko、Matsuura Norihisa
    • Journal Title

      ACS ES&T Water

      Volume: 3 Issue: 4 Pages: 923-933

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      10.1021/acsestwater.2c00349

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      Wang Rongxuan、Alamin Md.、Tsuji Shohei、Hara-Yamamura Hiroe、Hata Akihiko、Zhao Bo、Ihara Masaru、Honda Ryo
    • Journal Title

      Science of The Total Environment

      Volume: 851 Pages: 158310-158310

    • DOI

      10.1016/j.scitotenv.2022.158310

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      Sabar Muhammad Adnan、Honda Ryo、Haramoto Eiji
    • Journal Title

      Water Research

      Volume: 221 Pages: 118827-118827

    • DOI

      10.1016/j.watres.2022.118827

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  • [Presentation] Antimicrobial resistome and mobilome in an urban river affected by combined sewer overflows and wastewater treatment effluent2023

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      Muhammad Adnan Sabar, Than Van Huy, Yoshinori Sugie, Hiroyuki Wada, Bo Zhao, Norihisa Matsuura, Masaru Ihara, Toru Watanabe, Hiroaki Tanaka, Ryo Honda
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      10th IWA Microbial Ecology and Water Engineering Specialist Conference
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      沈尚、茂田空、杉江由規、霜鳥孝一、松田知成、清水芳久
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      茂田空, 丹後元秀, 沈尚, 松田知成, 清水芳久
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      茂田空, 沈尚, 松田知成, 清水芳久
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URL: 

Published: 2021-10-22   Modified: 2024-12-25  

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