病原性細菌の加速度進化モデルを用いた未来予測

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K19416
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 佐藤 豊孝 北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (30756474)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横田 伸一 札幌医科大学, 医学部, 教授 (10325863)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2025-03-31
• Keywords: 細菌 / 遺伝子変異 / 肺炎桿菌

Outline of Annual Research Achievements

細菌感染症は世界共通の問題である。医療現場で問題となっている細菌の病原性や薬剤耐性因子の詳細な解析は進んでいるが、『本病原性細菌は今後どのように進化し医療上の問題を引き起こす可能性があるのか？』といった未来予測に対する科学的検証は行われておらず、本評価系も存在しない。これらの学術的問いに応えるべき、本研究では遺伝子変異スピードを加速度的に増加させた病原性細菌の生体内適応進化モデルを構築し、病原性細菌の病原性や多剤耐性化の進化様式を明らかにすることを目的とする。
今年度は臨床検体から肺炎桿菌を分離・同定し収集した。また、収集した臨床分離株の薬剤感受性試験および血清感受性試験を行った。加えて、これらの菌株からDNAを抽出し、抽出したDNAを用いてDNAライブラリーを作製した。作製したDNAライブラリーを次世代シークエンサーで解析し、各菌株のゲノム情報を得た。得られたゲノム配列を用いてゲノム解析を行いMLST型、莢膜型、薬剤耐性遺伝子の同定を行った。上記から臨床上問題となり得る肺炎桿菌臨床分離株を選択した。選択した臨床分離株を親株として、相同組替え法またはPORTMAGE法を用いてDNA修復遺伝子であるmutS 欠損株(=DNA修復遺伝子機能欠損株)を作製した。リファンピシンアッセイ(リファンピシン添加培地でのリファンピシン耐性変異株の出現頻度の測定)の結果、作製したmutS欠損株は親株に比較し800倍以上の高い変異率を有することが確認できた。本株を用いて次年度以降の評価を行う。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の実験計画どおり全ての内容を遂行できたため。

Strategy for Future Research Activity

肺炎桿菌臨床分離株およびDNA修復遺伝子機能欠損株を用いた生体内環境下での遺伝的進化と適応性の評価>生体内環境下を模擬した実験系を構築する。本研究では肺炎桿菌の侵襲性を病原性の進化として評価することとし、血液内および抗菌薬存在下を模擬する。臨床分離株の一部を用いた実験は。確立した各生体内環境を模擬した実験系で菌株を継代培養し、培養開始時と継代培養終了後の菌株ゲノム用いて全ゲノム解析し変異遺伝子数および変異が起きた遺伝子部位の解析を行う。

Research Products

• [Journal Article] Corrigendum to 'Clonal/subclonal changes and accumulation of CTX-M-type β-lactamase genes in fluoroquinolone-resistant Escherichia coli ST131 and ST1193 strains isolated during the past 12 years, Japan (2023)
  • Author(s): Fukushima Y, Sato T, Tsukamoto N, Nakajima C, Suzuki Y, Takahashi S, Yokota SI
  • Journal Title: J Glob Antimicrob Resist Volume: 32 Pages: 195
  • DOI: 10.1016/j.jgar.2022.12.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery of Biologically Optimized Polymyxin Derivatives Facilitated by Peptide Scanning and In Situ Screening Chemistry (2023)
  • Author(s): Kaguchi R, Katsuyama A, Sato T, Takahashi S, Horiuchi M, Yokota SI, Ichikawa S
  • Journal Title: J Am Chem Soc Volume: 145 Pages: 3665-3681
  • DOI: 10.1021/jacs.2c12971
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of macrocyclic nucleoside antibacterials and their interactions with MraY (2022)
  • Author(s): Nakaya T, Yabe M, Mashalidis EH, Sato T, Yamamoto K, Hikiji Y, Katsuyama A, Shinohara M, Minato Y, Takahashi S, Horiuchi M, Yokota SI, Lee SY, Ichikawa S
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 13 Pages: 7575
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35227-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chromosomal coharboring of blaIMP-60 and mcr-9 in Enterobacter asburiae isolated from a Japanese woman with empyema (2022)
  • Author(s): Miyazato Y, Iwamoto N, Usui M, Sato T, Miyoshi-Akiyama T, Nagashima M, Mezaki K, Hayakawa K, Ohmagari N
  • Journal Title: BMC Infect Dis Volume: 22 Pages: 762
  • DOI: 10.1186/s12879-022-07730-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Colistin Susceptibility in Companion Animal-Derived Escherichia coli, Klebsiella spp., and Enterobacter spp. in Japan: Frequent Isolation of Colistin-Resistant Enterobacter cloacae Complex (2022)
  • Author(s): Sato T, Harada K, Usui M, Yokota SI, Horiuchi M
  • Journal Title: Front Cell Infect Microbiol Volume: 12 Pages: 946841
  • DOI: 10.3389/fcimb.2022.946841
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A hydroxypropyl methylcellulose plaque assay for human respiratory syncytial virus (2022)
  • Author(s): Takumi-Tanimukai Y, Yamamoto S, Ogasawara N, Nakabayashi S, Mizuta K, Yamamoto K, Miyata R, Kakuki T, Jitsukawa S, Sato T, Tsutsumi H, Kojima T, Takano K, Yokota SI
  • Journal Title: J Virol Methods Volume: - Pages: 114528
  • DOI: 10.1016/j.jviromet
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solid-Phase Total Synthesis of Plusbacin A3 (2022)
  • Author(s): Takashina K, Katsuyama A, Kaguchi R, Yamamoto K, Sato T, Takahashi S, Horiuchi M, Yokota SI, Ichikawa S
  • Journal Title: Org Lett Volume: 24 Pages: 2253-2257
  • DOI: 10.1021/acs. orglett.2c00667
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Corrigendum to "Design, synthesis and biological evaluation of simplified analogues of MraY inhibitory natural product with rigid scaffold" Bioorganic & Medicinal Chemistry 55 (2021) 116556 (2022)
  • Author(s): Okamoto K, Ishikawa A, Okawa R, Yamamoto K, Sato T, Yokota SI, Chiba K, Ichikawa S
  • Journal Title: Bioorg Med Chem Volume: 61 Pages: 116689
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2022.116689
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Establishment of a reference panel of Helicobacter pylori strains for antimicrobial susceptibility testing (2022)
  • Author(s): Yokota K, Osaki T, Hayashi S, Yokota SI, Takeuchi H, Rimbara E, Ojima H, Sato T, Yonezawa H, Shibayama K, Tokunaga K, Kamiya S, Murakami K, Kato M, Sugiyama T
  • Journal Title: Helicobacter Volume: 27 Pages: e12874
  • DOI: 10.1111/hel.12874
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Virulent attenuation mechanism by acquisition of mcr-1-harboring plasmid into Escherichia coli ST131 (2023)
  • Author(s): 佐藤豊孝、 山本聡、小笠原徳子、臼井優、長野則之、土井洋平、堀内基広 、 髙橋聡、横田伸一、田村豊
  • Organizer: 第96回日本細菌学会総会
• [Presentation] 薬剤耐性菌の克服に向けた感染部位特異的治療薬の開発 (2022)
  • Author(s): 佐藤 豊孝
  • Organizer: 第18回 霊長類医科学フォーラム
  • Invited
• [Presentation] mcr-1保有プラスミドの付与が及ぼす大腸菌の病原性減弱メカニズムの解明 (2022)
  • Author(s): 佐藤豊孝, 山本聡, 小笠原徳子, 臼井優, 鈴木仁人, 林 航, 長野則之, 土井洋平, 田村豊, 髙橋聡, 横田伸一, 堀内基広
  • Organizer: 第51回薬剤耐性菌研究会
• [Presentation] 多剤耐性菌の克服に向けた新たなアプローチ 感染部位特異的細菌感染症治療法の開発 (2022)
  • Author(s): 佐藤 豊孝
  • Organizer: 北海道大学 第8回部局横断シンポジウム 「新たな学際領域を生み出す異分野融合研究」
  • Invited
• [Presentation] One Health Approachに基づいた フルオロキノロン耐性大腸菌の市中内拡散・定着様式の解明 (2022)
  • Author(s): 佐藤 豊孝, 立花 徹, 玉井 聡, 星野 祐治, 鳥越 慎吾, 榊原 啓一郎, 前谷 茂樹, 福田 昭, 大久保 寅彦, 臼井 優, 髙橋 聡, 横田 伸 一, 田村 豊, 堀内 基広
  • Organizer: 第165回日本獣医学会学術集会
• [Presentation] 臨床検体由来フルオロキノロン耐性大腸菌の分子疫学解析 および伴侶動物由来株との比較 (2022)
  • Author(s): 佐藤 豊孝、上村幸二郎、髙橋 聡、横田 伸一
  • Organizer: 第71回日本感染症学会東日本地方会学術集会
• [Presentation] Klebsiella pneumoniaeにおける遺伝子変異頻度と病原性の関連性評価 (2022)
  • Author(s): 上村 幸二朗、佐藤 豊孝、髙橋 聡、横田 伸一
  • Organizer: 第71回日本感染症学会東日本地方会学術集会
• [Presentation] 遺伝子修復機構欠損株を用いた Klebsiella pneumoniaeのheterogeneityが与える 病原性と宿主内適応進化への影響評価 (2022)
  • Author(s): 上村 幸二朗, 佐藤 豊孝, 小笠原 徳子, 山本 聡, 白石 宗,齋藤 充史, 黒沼 幸治, 堀内 基広,髙橋 聡, 千葉 弘文, 横田 伸一
  • Organizer: 第87回細菌北海道支部学術総会