Pangenome-phenotype association analysis reveals niche adaptation mechanisms of slow-growing mycobacteria

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H02093
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: National Institute of Infectious Diseases
• Principal Investigator: 矢野 大和 国立感染症研究所, 薬剤耐性研究センター, 主任研究官 (20646773)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩本 朋忠 神戸市健康科学研究所, 感染症部, 部長 (70416402) ; 西内 由紀子 広島大学, 学術・社会連携室, 特任准教授 (00333526)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: プラスミド / 非結核性抗酸菌

Outline of Annual Research Achievements

前年度に行なった解析により、臨床ニッチより浴室ニッチにおいて、より高頻度に分布していることが判明していたM. aviumの巨大プラスミドのゲノム進化学的研究を進めるため、これまでに生産されていた、代表者と分担者が浴室から分離したM. avium株のゲノムDNAのショートリードデータとロングリードデータを用いたハイブリッドアセンブリーによって、巨大プラスミドを保有していることが予想されていた浴室由来の3株の”ほぼ完全”ゲノム配列を得た。さらに臨床由来の3株の”ほぼ完全”ゲノム配列も新しく構築した。予想されていたとおり、これらの株のアッセンブリー配列はM. avium 臨床株のゲノムに見いだされた巨大プラスミドと類似性を示すコンティグを含んでいた。M. avium 臨床株１株の”ほぼ完全”ゲノム配列とサザンハイブリダイゼーション実験の結果と照らし合わせ、巨大プラスミドのトポロジーがリニアであることの証拠を得た。巨大プラスミドを保有する株のトランスクリムトームデータを得ることに成功し、巨大プラスミドのVII型分泌装置遺伝子クラスターや、tRNAアレー内の一部のtRNA遺伝子が実際に発現していることの証拠を得た。巨大プラスミドを保有する株のトランスクリプトームを、微好気条件で形成されるペリクルバイオフィルム形成時の細胞集団と大気条件で対数増殖期にある細胞集団との間で比較したところ、解析対象とした5350遺伝子のうち1654遺伝子(q.value<0.05)に発現量の違いが認められた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

GWASを行うには、健常者浴室からさらにM. aviumを分離する必要があるが、得られるサンプルの数に限りがあることがわかってきた。バイオフィルム表現型のハイスループット解析にはさらなる条件検討が必要であった。

Strategy for Future Research Activity

これまでに注目してきた巨大プラスミドのゲノム進化学的研究を進める。さらに、臨床集団でより多く検出されるプラスミドがあるかどうかにも注目した比較ゲノム研究を推進する。引き続きGWAS実施に必要な環境検体および臨床検体を収集する。

Research Products

• [Presentation] GWAS approach identifies bacterial risk factors for cavitary MAC lung diseases (2023)
  • Author(s): Hirokazu Yano, Kentero Arikawa, Yukiko Nishiuchi, Hanako Funano, Kana Misawa, Tomoyasu Nishimura, Atsushi Ota, Fumito Maruyama, Mari Miki, Manabu Ato, Naoki Hasegwa, Hiroshi Kida, Ho Namkoong, Seigo Kitada, Tomotada Iwamoto
  • Organizer: 第９６回 日本細菌学会総会