インドにおける医薬品及び薬剤耐性菌環境汚染調査

• Project/Area Number: 24256004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 海外学術
• Research Field: Hygiene
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: グルゲ キールティ・シリ 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 動物衛生研究所 病態研究領域, 主任研究員 (50391446)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山下 信義 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 環境管理研究部門, 主任研究員 (40358255) ; 秋庭 正人 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 動物衛生研究所 細菌・寄生虫研究領域, 上席研究員 (60355211)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥42,770,000 (Direct Cost: ¥32,900,000、Indirect Cost: ¥9,870,000); Fiscal Year 2015: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2014: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2013: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000); Fiscal Year 2012: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
• Keywords: 衛生 / 細菌 / 抗生物質 / 環境分析 / マイクロアレイ / 薬剤耐性菌 / 環境汚染分析 / 環境毒性 / 抗菌剤 / バイオアッセイ / 下水処理施設 / インド / 有害化学物質 / 薬剤耐性関連遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

2014年にチェンナイより採集した河川水・底質試料について医薬品及び有害化学物質の分析を行った。先進国では過去50年以上にわたって汚染が進行している有機過フッ素化合物や有機シロキサンについては、インドの汚染は始まったばかりであることが柱状底質試料を用いた歴史的復元により明らかとなった。医薬品ではイブプロフェンの濃度が最も高く、薬剤耐性菌への関与が疑われるキノロン剤のオフロキサシン濃度が次いで高濃度であった。
また、同じ底質試料の変異原性強度の空間的と鉛直分布を、コメットアッセイを用いて、多環芳香族炭化水素（PAHs）、およびそのハロゲン化物を指標として判定した。チェンナイ市・クーム川の底質は石油起源のPAHsによる高度な汚染が検証された。底質の変異原性の強さは、PAHsの汚染度に関連していた。また、４種類の下水汚泥の抽出物を雄性マウスに摂取させ、肝臓の遺伝子発現の変化をマイクロアレイ解析した。200以上の遺伝子について、それぞれの下水処理施設に特有な異なる誘導が見いだされ、排水の性質は排出元に大きく影響されることが示唆された。
さらに、これまでに分離した446株の大腸菌のうち、セフォタキシムやイミペネムといった人の治療に汎用されるβ-ラクタム剤に耐性を示す169株（38%）の薬剤耐性因子等を詳細に解析した。12の抗菌剤に対する薬剤感受性を調べたところ2剤を除いて50%以上の耐性菌分布率を示した。また、全ての菌は3剤以上に耐性を示し、最も分布率が高かったのは10剤耐性菌（25%）であった。β-ラクタマーゼ遺伝子型別のうち、CTX-M型の分布率が66%と最も高く、次いでTEM、OXA、CIT型の分布率がそれぞれ約40%であった。無作為に選んだ36の環境水サンプルに由来する49プラスミドの全塩基配列を解読し、β-ラクタマーゼ遺伝子を含む各プラスミドの系統と薬剤耐性遺伝子の分布を明らかにした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

インドから採集したサンプル中の広範な環境汚染物質の汚染実態を調べ、インド特有の化学汚染の存在を確認した。特に表層泥については多数の報告がある医薬品汚染について、初めて柱状底質試料中の鉛直分布を明らかにすることに成功し、本プロジェクトのオリジナリティを明確にした。また、動物投与実験を実施し、下水処理施設に特有な生物学的影響について明らかにした。さらに、400株以上の大腸菌を環境水サンプルから分離し、その38%が広域セファロスポリンやカルバペネムに耐性を示すことを示した。これら菌株の薬剤耐性因子を塩基配列レベルで解析し、インド環境が多彩な薬剤遺伝子に汚染されていることを示した。
一方、今まで得られた結果は国際学会誌に投稿、また国内外学会で発表した。また、インドのカウンターパートから派遣された研究員の研修を受け入れ、今後に現地における研究遂行に必要な技術指導を行った。

以上のことから、本研究は概ね順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

現在までの調査により医薬品汚染の著しい事が判明しているチェンナイを中心に、試料採集を継続する。医薬品・抗生物質・ペルフルオロ化合物・パーソナルケア製品由来化学物質等の化学分析データをとりまとめ知的基盤データベースとして完成させる。
また、雌性マウスのトキシコゲノミクスデータを収集し、下水汚泥による毒性に関する性差について検討する。下水処理過程による環境汚染の生物学的・生理学的影響を理解するために、国際的データベースを用いた検索データによって、さらに遺伝子－化学物質－疾病の関連性に関するデータ収集を行う。
さらに、広域セファロスポリンやカルバペネムに耐性を示す大腸菌プラスミドの全塩基配列を決定し、ネットワーク解析を実施することで、どの系統のプラスミドがその遺伝子の運搬に貢献しているかを明らかにするとともに、それら情報を国立感染症研究所が開発したソフトウェアを用いてデータベース化する。

Research Products

• [Journal Article] Impact of wastewater from different sources on the prevalence of antimicrobial-resistant Escherichia coli in sewage treatment plants in South India (2015)
  • Author(s): Masato Akiba, Hironobu Senba, Haruna Otagiri, Valipparambil P. Prabhasankar, Sachi Taniyasu, Nobuyoshi Yamashita, Ken-ichi Lee, Takehisa Yamamoto, Toshiyuki Tsutsui, Derrick Ian Joshua, Keshava Balakrishna, Indira Bairy, Taketoshi Iwata, Masahiro Kusumoto, Kurunthachalam Kannan, Keerthi S. Guruge
  • Journal Title: Ecotoxicology and Environmental Safety Volume: １１５巻 Pages: 203-208
  • DOI: 10.1016/j.ecoenv.2015.02.018
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Occurrence of antibiotics in river water- A case study of the Vrishabhavathi river water- near Bangalore, India (2013)
  • Author(s): Iyanee FS, Shimamura K, Prabhasankar VP, Taniyasu S, Tsuruta M, Balakrishna K, Yamashita N, Guruge KS, Akiba M, Joshua DI, Kannan K.
  • Journal Title: Organohalogen Compounds Volume: 75 Pages: 538-541
• [Journal Article] Antibiotcs as emerging pollutants-A case study of sewage treatment facilities in Southwest India. (2013)
  • Author(s): Prabhasankar VP, Joshua DI, Iyanee FS, Taniyasu S, Tsuruta M, Shimamura K, Yamashita N, Kannan K, Guruge KS, Akiba M, Balakrishna K.
  • Journal Title: Organohalogen Compounds Volume: 75 Pages: 575-578
• [Presentation] Associations among pharmaceutical concentration, pharmaceutical-like effects and distribution of antibiotic resistant E. coli in sewage effluents from South India (2015)
  • Author(s): Keerthi S. Guruge, Noriko Yamanaka, Miyako Yoshioka, Miyuki Sonobe, Wataru Fujizono, Masato Akiba, Valipparambil P. Prabhasankar, Sachi Taniyasu, Nobuyoshi Yamashita, Derrick I. Joshua, Keshava Balakrishna, Kurunthachalam Kannan
  • Organizer: 第24回環境化学討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター (〒003-0006 札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1)
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [Presentation] Impact of wastewater from different sources on the prevalence of antimicrobial-resistant Escherichia coli in sewage treatment plants in South India (2015)
  • Author(s): Masato Akiba, Hironobu Senba, Haruna Otagiri, Valipparambil P. Prabhasankar, Sachi Taniyasu, Nobuyoshi Yamashita, Ken-ichi Lee, Takehisa Yamamoto, Toshiyuki Tsutsui, Derrick Ian Joshua, Keshava Balakrishna, Indira Bairy, Taketoshi Iwata, Masahiro Kusumoto, Kurunthachalam Kannan, Keerthi S. Guruge
  • Organizer: 3rd International Symposium on the Environmental Dimension of Antibiotic Resistance
  • Place of Presentation: HKK Hotel of Wernigerode (Wernigerode, Germany)
  • Year and Date: 2015-05-17 – 2015-05-21
• [Presentation] A study on the perfluoroalkyl substances (PFASs) contamination in Periyar River, Kerala, India (2014)
  • Author(s): Binu KR, Balakrishna K. Yamashita N,Taniyasu S, Yamazaki E, Guruge KS, Akiba M, Prabhasankar VP.
  • Organizer: International Conference on Environment and Sustainable Technologies (iCEST-2014)
  • Place of Presentation: MIT, Manipal, India
• [Presentation] Seasonal variation in the levels of selected pharmaceuticals in Swarna and Netravathi rivers, Karnataka, India (2014)
  • Author(s): Joshua DI, Prabhasankar VP, Balakrishna K, Yamashita N, Taniyasu S, Guruge KS, Akiba M, Kannan K.
  • Organizer: Biodiversity conservation and sustainable management
  • Place of Presentation: Kuvempu University, Karnataka, India
• [Presentation] Presence of selected antibiotics in the Vrishabhavathi River near Bangalore, India (2013)
  • Author(s): Iyanee Faroza Siddiqui
  • Organizer: National conference on new horizons in civil engineering-NHCE 2013
  • Place of Presentation: Manipal University, Manipal, India
• [Presentation] Preliminary study on removal of antibiotics from waste water by sewage treatment plant facilities in Manipal and Udupi (2013)
  • Author(s): Prabhasankar V.P.
  • Organizer: National conference on new horizons in civil engineering-NHCE 2013
  • Place of Presentation: Manipal University, Manipal, India
• [Presentation] Possible relationship between environmental pollution by new POPs/pharmaceuticals and drug-resistance pathogens in India (2012)
  • Author(s): Nobuyoshi Yamashita
  • Organizer: International symposium on environmental impacts, health implications & theraputic approches
  • Place of Presentation: Vikrama Simhapuri University, Nellore, India