Construction of a therapeutic platform for pulmonary MAC disease through identification of the essential genes covering genetic diversity of clinical MAC strains

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H03115
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 立石 善隆 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (30433296)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 肺MAC症 / 生存必須遺伝子 / 遺伝学的多様性

Outline of Annual Research Achievements

ゲノム型の異なる肺MAC症患者由来Mycobacterium intracellulare臨床菌株のトランスポゾンシーケンシング（transposn sequencing; TnSeq）を行った。その結果、臨床菌株に共通の生存必須遺伝子を131遺伝子同定した。臨床菌株共通の生存必須遺伝子として、既存の治療薬の標的遺伝子rpoC（リファンプシンの標的遺伝子）、embB（エタンブトールの標的遺伝子）、gyrA-gyrBおよびtopA（ニューキノロンの標的遺伝子）が挙がってきた。加えて、 新規抗結核薬の標的遺伝子atpA-atpG-atpD（ベダキリンの標的遺伝子）、glcB（リンゴ酸合成酵素）や、type VII分泌装置を構成する遺伝子群（eccC, eccB, eccB）、細胞壁グルカン合成（glgE）、ペプチドグリカン合成（pbpB）、アミノ酸合成（gltB）といった未開発の薬剤標的遺伝子が臨床菌株共通の生存必須遺伝子として挙がってきた。
また、臨床菌株とATCC標準株との間で遺伝子必須性を比較したところ、臨床菌株において、糖新生系遺伝子および7型分泌装置遺伝子群の遺伝子必須性が増加し、輸送系遺伝子や二成分制御系遺伝子、解糖系の遺伝子必須性が減少していることが分かった。CRISPR干渉系を用いて、糖新生系遺伝子、7型分泌装置遺伝子、鉄硫黄クラスター遺伝子に対する遺伝子発現抑制株を作製し、菌の増殖試験を行ったところ、臨床菌株において増殖抑制効果がみられた。臨床菌株共通の生存必須遺伝子、および遺伝子必須性の高まっている遺伝子群は、臨床菌株に有効な薬剤標的となることから、肺MAC症治療法向上に貢献できる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

肺MAC症患者由来M. intracellulare臨床菌株に対してトランスポゾン変異ライブラリーを作製し、予定通り生存必須遺伝子を同定できている。

Strategy for Future Research Activity

今年度は、臨床菌株に共通なバイオフィルム形成必須遺伝子の同定とマウス生体内での生存必須遺伝子の同定を計画している。

Research Products

• [Journal Article] Virulence of Mycobacterium intracellulare clinical strains in a mouse model of lung infection - role of neutrophilic inflammation in disease severity. (2023)
  • Author(s): Tateishi Y, Ozeki Y, Nishiyama A, Miki M, Maekura R, Kida H, Matsumoto S
  • Journal Title: BMC Microbiol Volume: 23 Pages: 94
  • DOI: 10.1186/s12866-023-02831-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lysocin E Targeting Menaquinone in the Membrane of Mycobacterium tuberculosis Is a Promising Lead Compound for Antituberculosis Drugs. (2022)
  • Author(s): Geberetsadik G, Inaizumi A, Nishiyama A, Yamaguchi T, Hamamoto H, Panthee S, Tamaru A, Hayatsu M, Mizutani Y, Kaboso SA, Hakamata M, Ilinov A, Ozeki Y, Tateishi Y, Sekimizu K, Matsumoto S.
  • Journal Title: Antimicrob Agents Chemother Volume: 66 Pages: e0017122
  • DOI: 10.1128/aac.00171-22
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Long-Term Prognosis and Antimycobacterial Glycolipid Antibody as Biomarker in Mycobacterium avium-intracellulare Complex Pulmonary Disease. (2022)
  • Author(s): Maekura R, Miki K, Tateishi Y, Matsumoto S, Kitada S, Miki M, Kida H.
  • Journal Title: Microbiol Spectr Volume: 10 Pages: e0053022
  • DOI: 10.1128/spectrum.00530-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Direct Attachment with Erythrocytes Augments Extracellular Growth of Pathogenic Mycobacteria (2022)
  • Author(s): Nishiuchi Y, Tateishi Y, Hirano H, Ozeki Y, Yamaguchi T, Miki M, Kitada S, Maruyama F, Matsumoto S.
  • Journal Title: Microbiol Spectr Volume: 10 Pages: e0245421
  • DOI: 10.1038/s41598-022-08228-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification and functional analysis of a new type of Z,E-mixed prenyl reductase from mycobacteria (2022)
  • Author(s): Abe T, Hakamata M, Nishiyama A, Tateishi Y, Matsumoto S, Hemmi H, Ueda D, Sato T
  • Journal Title: FEBS J Volume: 289 Pages: 4981-4997
  • DOI: 10.1111/febs.16412
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 生存必須遺伝子プロファイルからみたMycobacterium intracellulare臨床菌株の低酸素適応 (2023)
  • Author(s): 立石 善隆, 尾関 百合子, 西山 晃史, 松本 壮吉
  • Organizer: 第96回日本細菌学会総会
• [Presentation] 非結核性抗酸菌Mycobacterium intracellulare臨床菌株の実験的病原性および薬剤治療効果の検討 (2022)
  • Author(s): 立石 善隆, 尾関 百合子, 西山 晃史, 松本 壮吉
  • Organizer: 第59回日本細菌学会中部支部総会
• [Presentation] 非結核性抗酸菌臨床菌株におけるゲノムワイドな遺伝子必須性の相違と低酸素バイオフィルム形成との関係 (2022)
  • Author(s): 立石 善隆, 松本 壮吉
  • Organizer: 第35回日本バイフォルム学