メタゲノミック診断の個別化を目指す小規模並列解析プラットフォームの構築

• 研究課題/領域番号: 16K09933
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 感染症内科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中村 昇太 大阪大学, 微生物病研究所, 特任准教授(常勤) (90432434)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: メタゲノミクス / 病原体検出 / 次世代シークエンス / 感染症診断 / メタゲノム

研究成果の概要

メタゲノム解析による網羅的病原体検出法「メタゲノミック診断法」は、次世代シークエンスの簡易化や普及と共に多くの機関で行われるようになった。しかし、未だそのデータ解析から検出までの発見プロセスは、多くのノウハウや計算機資源等の障壁が存在する。本研究では、メタゲノミック診断が各医療機関で実現可能な網羅的な病原体検出用の解析プラットフォームSpark-BLASTを開発した。開発したシステムは従来使われてきたHadoopによる分散システムよりも高速な処理が可能であり、また計算ノードを追加した際の性能向上も高い線形性を示した。この解析システムを用いて実際の臨床検体データにも適用し、病原体探索を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

国内では未だに小児科、救急、院内感染、臓器移植などの医療現場では感染症が疑われる不明疾患が多い。これら不明疾患において、既知・未知問わずメタゲノム解析により病原体を検出し、病態との関連性を各医療機関で個別に明らかにすることができれば今後の医療現場への貢献は計り知れない。次世代シークエンス技術の普及が順調に進行している中、メタゲノム解析による病原体検出の一般化が達成されない理由は明らかに解析過程がボトルネックになっていることは明白である。これまで一部の大型研究施設で可能であった本方法論の個別化を達成することができれば、感染症診断の大きな進歩に繋がる可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] Warsaw Medical University(Poland)
• [雑誌論文] Urinary tract infection due to anaerobic bacteria in a two-month-old infant (2019)
  • 著者名/発表者名: Tao Chiaki、Kinoshita Noriko、Shoji Kensuke、Motooka Daisuke、Nakamura Shota、Eura Rumiko、Ueoka Katsuhiko、Kubota Mitsuru、Ishiguro Akira、Miyairi Isao
  • 雑誌名: Journal of Infection and Chemotherapy 巻: 25 号: 5 ページ: 368-370
  • DOI: 10.1016/j.jiac.2018.11.016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-Ischemic Heart Failure With Reduced Ejection Fraction Is Associated With Altered Intestinal Microbiota (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsimichas T, Ohtani T, Motooka D, Tsukamoto Y, Kioka H, Nakamoto K, Konishi S, Chimura M, Sengoku K, Miyawaki H, Sakaguchi T, Okumura R, Theofilis K, Iida T, Takeda K, Nakamura S, Sakata Y.
  • 雑誌名: Circulation Journal 巻: 82 号: 6 ページ: 1640-1650
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-17-1285
  • NAID: 130006744246
  • ISSN: 1346-9843, 1347-4820
  • 年月日: 2018-05-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] WU polyomavirus detected in children with severe respiratory failure (2018)
  • 著者名/発表者名: Uda Kazuhiro、Koyama-Wakai Chitose、Shoji Kensuke、Iwase Noriyasu、Motooka Daisuke、Nakamura Shota、Miyairi Isao
  • 雑誌名: Journal of Clinical Virology 巻: 107 ページ: 25-28
  • DOI: 10.1016/j.jcv.2018.08.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High salt intake increases plasma trimethylamine N-oxide (TMAO) concentration and produces gut dysbiosis in rats. (2018)
  • 著者名/発表者名: Bielinska K, Radkowski M, Grochowska M, Perlejewski K, Huc T, Jaworska K, Motooka D, Nakamura S, Ufnal
  • 雑誌名: Nutrition. 巻: 54 ページ: 33-39
  • DOI: 10.1016/j.nut.2018.03.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A case of severe soft tissue infection due to Streptococcus tigurinus diagnosed by necropsy in which genomic analysis was useful for clarifying its pathogenicity. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshizawa H, Motooka D, Matsumoto Y, Katada R, Nakamura S, Morii E, Iida T, Matsumoto H.
  • 雑誌名: Pathol Int. 巻: 68 号: 5 ページ: 301-306
  • DOI: 10.1111/pin.12656
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fungal ITS1 Deep-Sequencing Strategies to Reconstruct the Composition of a 26-Species Community and Evaluation of the Gut Mycobiota of Healthy Japanese Individuals (2017)
  • 著者名/発表者名: Motooka D, Fujimoto K, Tanaka R, Yaguchi T, Gotoh K, Maeda Y, Furuta Y, Kurakawa T, Goto N, Yasunaga T, Narazaki M, Kumanogoh A, Horii T, Iida T, Takeda K, Nakamura S
  • 雑誌名: Front Microbiol 巻: 8 ページ: 238-238
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sensitivity of Next-Generation Sequencing Metagenomic Analysis for Detection of RNA and DNA Viruses in Cerebrospinal Fluid: The Confounding Effect of Background Contamination. (2017)
  • 著者名/発表者名: Bukowska-Osko I, Perlejewski K, Nakamura S, Motooka D, Stokowy T, Kosinska J, Popiel M, Ploski R, Horban A, Lipowski D, Caraballo Cortes K, Pawelczyk A, Demkow U, Stepien A, Radkowski M, Laskus T.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 巻: 944 ページ: 53-62
  • DOI: 10.1007/978-3-319-44488-8_42
  • ISBN: 9783319444871, 9783319444888
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Cluster of Fatal Tick-borne Encephalitis Virus Infection in Organ Transplant Setting. (2017)
  • 著者名/発表者名: Lipowski D, Szablowska M, Perlejewski K, Nakamura S, Bukowska-Osko I, Rzadkiewicz E, Dzieciatkowski T, Milecka A, Wenski W, Ciszek M, Debska-Slizien A, Ignacak E, Cortes KC, Pawelczyk A, Horban A, Radkowski M, Laskus T.
  • 雑誌名: J Infect Dis. 巻: - 号: 6 ページ: 896-901
  • DOI: 10.1093/infdis/jix040
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Metagenomic Analysis of Cerebrospinal Fluid from Patients with Multiple Sclerosis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Perlejewski K, Bukowska-Osko I, Nakamura S, Motooka D, Stokowy T, Ploski R, Rydzanicz M, Zakrzewska-Pniewska B, Podlecka-Pietowska A, Nojszewska M, Gogol A, Caraballo Cortes K, Demkow U, Stepien A, Laskus T, Radkowski M.
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 巻: 935 ページ: 89-98
  • DOI: 10.1007/5584_2016_25
  • ISBN: 9783319444840, 9783319444857
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Herpes zoster laryngitis in a patient treated with fingolimod. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hagiya H, Yoshida H, Shimizu M, Motooka D, Nakamura S, Iida T, Yamamoto N, Akeda Y, Tomono K.
  • 雑誌名: J Infect Chemother. 巻: 22 号: 12 ページ: 830-832
  • DOI: 10.1016/j.jiac.2016.07.011
  • 査読あり
• [図書] メタゲノム解析技術の最前線 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村 昇太、飯田 哲也、中屋 隆明
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] NGS アプリケーション 今すぐ始める！ メタゲノム解析 実験プロトコール ヒト常在細菌叢から環境メタゲノムまでサンプル調製と解析のコツ (2016)
  • 著者名/発表者名: 元岡 大祐、中村 昇太、飯田 哲也、堀井 俊宏
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 羊土社