病原細菌の宿主内多様性と多様化を駆動する選択メカニズムの解明

• Project/Area Number: 23K24132
• Project/Area Number (Other): 22H02870 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49050:Bacteriology-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 林 哲也 九州大学, 医学研究院, 教授 (10173014)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 恭宏 九州大学, 医学研究院, 助教 (20558358)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2022: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
• Keywords: 細菌 / ゲノム / 宿主内多様性 / 菌血症

Outline of Research at the Start

高度なゲノム多様化能が、細菌の薬剤耐性、環境適応、病原性の進化などをもたらしている。宿主内環境への適応という観点では、同一宿主内での多様性に関する理解も重要であるが、その解析には大規模かつ高精度のゲノム解析が必要となる。本研究では、我々が開発を進めてきた「血液培養検体から細菌DNAを濃縮して厚くシーケンシングすることにより宿主内多様性を捉える手法」を用いて、多数の血液培養検体を解析し、検体中に存在する細菌のゲノム多様性の実態を明らかにするとともに、変異の種類や頻度に基づいて宿主内多様化を駆動する選択メカニズムを推定し、菌種や感染様式の違いによる多様性や選択メカニズムの違いを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

同一宿主体内で生じる細菌ゲノムの多様化の解析には、単一あるいはごく少数の菌種が存在する血培検体が都合が良いが、多数のコロニーの解析には多大なコストを要する。申請者は血培検体から細菌DNAを効率的に濃縮し、ディープシーケンシングによって多様性を捉える手法を開発してきた。本研究では、これを用いて、血培陽性検体中に存在する細菌ゲノム多様化の実態を解明し、変異の種類や頻度に基づいた多様化を駆動する選択メカニズムの推定と菌種や感染様式の違いによる多様性や選択メカニズムの違いを明らかにすることを目指した。まず、607の検体を収集するとともに、既存検体を用いて解析パイプラインの検証と修正を行い、(1)低速遠心による宿主細胞の除去や MolYsis Plus kit などを組み合わせた細菌DNAの選択的濃縮、(2)イルミナNovaSeqを用いたディープシーケンシング、(3)ヒト由来リードの除去、(4)アセンブリと結果の評価、(5)ドラフト配列へのリードマッピング、(6)マッピングエラー率が高いリードの除去、(7)2％以上の頻度で存在するヘテロ配列の同定、(8)ヘテロ配列の種類とその存在比に基づいたハプロタイプの種類と存在比の推定からなるパイプラインを構築した。これを用いて、607検体について1から4の作業を行ない、予備解析に用いた検体と合わせて649検体の配列情報を取得した。さらに、高品質配列の取得が難しいと判断された検体を除外して620検体を選定した。また、6の過程にリピート配列除去の作業を追加して、マッピングエラー率が高いリードの除去効率をさらに向上させた上で、大部分の検体において、2％以上の頻度で存在するヘテロな配列を同定した。今後、ランダムに抽出した検体を用いたデータ検証とヘテロ配列の種類と存在比に基づいたハプロタイプの種類と存在比の推定などを研究分担者が行う予定である。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。