メタゲノムによる新意義を持つ臨床細菌検査の開発とそれへのDNAメチル化解析の応用

• 研究課題/領域番号: 18K07408
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52010:内科学一般関連
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 西村 基 千葉大学, 医学部附属病院, 講師 (80400969)
• 研究分担者: 佐藤 守 千葉大学, 医学部附属病院, 特任准教授 (20401002) ; 田中 知明 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (50447299) ; 別府 美奈子 千葉大学, 大学院医学研究院, 助教 (70623669) ; 松下 一之 千葉大学, 医学部附属病院, 准教授 (90344994) ; 土田 祥央 日本大学, 医学部, 助手 (90410422)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 臨床検査 / microbiome / bacterial epigenetics / 細菌検査 / 薬剤耐性 / DNAメチル化 / エピゲノム / メタゲノム / メチル化解析 / 新型コロナウイルス感染症 / COVID-19 / SARS-CoV-2

研究成果の概要

バイサルファイト法によるDNAメチル化解析でターゲットとなる変性DNAのみを選択的に増幅することに成功し従来型（サンガー法）の16S rDNA解析や菌種横断的な16S rRNA遺伝子の次世代シーケンサーによるバイオーム解析に、DNAメチル化解析を同時に組み合わせることが可能となった。
薬剤耐性株や細菌叢において本解析を進めたところ、未報告のＤＮＡメチル化や新規DNA修飾酵素の存在が確からしいことが判明した。そしてフェカリス菌陽性の臨床細菌叢に見られる細菌叢（マイクロバイオーム）解析にも成功し、DNAメチル化パターンが多様であり、複数の株が混在しているとも解釈できる結果が得られている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

次世代シーケンシングの普及に伴って、検体中の核酸断片を網羅的に解析することによるバイオーム解析、いわゆるメタゲノム解析が可能となり、もっとも先進的な解析では１分子シーケンサーなどによるDNAメチル化解析と並行的に行われるようになっている。しかしながらこれら核酸断片に由来する配列情報は、多く由来する菌種が不明で、細菌種同定を柱とする感染症臨床検査としては非効率的で相性が悪かった。
本研究成果は臨床検査と相性が良くその延長として可能な従来なかった"16S rDNA meta-epigenetics"とでも呼ぶべき分野の登場を示している。

研究成果

• [雑誌論文] Tracking SARS-CoV-2 variants by entire S-gene analysis using long-range RT-PCR and Sanger sequencing (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsubara Mirai、Imaizumi Yuri、Fujikawa Tatsuki、Ishige Takayuki、Nishimura Motoi、Miyabe Akiko、Murata Shota、Kawasaki Kenji、Taniguchi Toshibumi、Igari Hidetoshi、Matsushita Kazuyuki
  • 雑誌名: Clinica Chimica Acta 巻: 530 ページ: 94-98
  • DOI: 10.1016/j.cca.2022.03.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] DRD2 Taq1A Polymorphism-Related Brain Volume Changes in Parkinson’s Disease: Voxel-Based Morphometry (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohira K, Yokota H, Hirano S, Nishimura M, Mukai H, Horikoshi T, Sawai S, Yamanaka Y, Yamamoto T, Kakeda S, Kuwabara S, Tanaka T, Uno T.
  • 雑誌名: Parkinson's Disease 巻: - ページ: 1-7
  • DOI: 10.1155/2022/8649195
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive mutational analysis of background mucosa in patients with Lugol‐voiding lesions (2021)
  • 著者名/発表者名: Akizue Naoki、Okimoto Kenichiro、Arai Makoto、Hirotsu Yosuke、Amemiya Kenji、Oura Hirotaka、Kaneko Tatsuya et al
  • 雑誌名: Cancer Medicine 巻: 10 号: 11 ページ: 3545-3555
  • DOI: 10.1002/cam4.3905
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic profiles of Barrett’s esophagus and esophageal adenocarcinoma in Japanese patients (2021)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga Mamoru、Okimoto Kenichiro、Akizue Naoki、Ishikawa Kentaro、Hirotsu Yosuke、Amemiya Kenji、Ota Masayuki、Matsusaka Keisuke、et al.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 17671-17671
  • DOI: 10.1038/s41598-021-97249-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TAS4464, a NEDD8-activating enzyme inhibitor, activates both intrinsic and extrinsic apoptotic pathways via c-Myc-mediated regulation in acute myeloid leukemia. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ochiiwa H, Ailiken G, Yokoyama M, Yamagata K, Nagano H, Yoshimura C, Muraoka H, Ishida K, Haruma T, Nakayama A, Hashimoto N, Murata K, Nishimura M, Kawashima, Y, Ohara O, Okubo S, Tanaka T
  • 雑誌名: Oncogene 巻: 40 号: 7 ページ: 1217-1230
  • DOI: 10.1038/s41388-020-01586-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive mutational analysis of background mucosa in patients with Lugol-voiding lesions (2021)
  • 著者名/発表者名: Akizue, N; Okimoto, K; Arai, M; Hirotsu, Y; Amemiya, K; Oura, H; Kaneko, T; Tokunaga, M; Ishikawa, K; Ohta, Y Taida, T; Saito, K; Maruoka, D; Matsumura, T; Nakagawa, T; Nishimura, M ; Chiba, T; Matsushita, K; Mochizuki, H; Yokosuka, O; Omata, M; Kato, N
  • 雑誌名: Cancer Medicine 巻: in press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive Analysis of Barrett's Esophagus: Focused on Carcinogenic Potential for Barrett's Cancer in Japanese Patients (2020)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Ishikawa , Kenichiro Okimoto, et al.
  • 雑誌名: Dig Dis Sci . 巻: epub ahead of printing 号: 8 ページ: 2674-2681
  • DOI: 10.1007/s10620-020-06563-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly sensitive detection of SARS-CoV-2 RNA by multiplex rRT-PCR for molecular diagnosis of COVID-19 by clinical laboratories (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishige Takayuki、Murata Shota、Taniguchi Toshibumi、Miyabe Akiko、Kitamura Kouichi、Kawasaki Kenji、Nishimura Motoi、Igari Hidetoshi、Matsushita Kazuyuki
  • 雑誌名: Clinica Chimica Acta 巻: 507 ページ: 139-142
  • DOI: 10.1016/j.cca.2020.04.023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monoamine Oxidase B rs1799836 G Allele Polymorphism Is a Risk Factor for Early Development of Levodopa-Induced Dyskinesia in Parkinson's Disease. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kakinuma S, Beppu M, Sawai S, Nakayama A, Hirano S, Yamanaka Y, Yamamoto T, Chigusa M, Aisihaer X, Aersilan A, Gao Y, Sato K, Itoga S, Ishige T, Nishimura M, Matsushita K, Satoh M, Nomura F, Kuwabara S, Tanaka T
  • 雑誌名: eNeurologicalSci. 巻: 19 ページ: 100239-100239
  • DOI: 10.1016/j.ensci.2020.100239
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monoamine oxidase B rs1799836 G allele polymorphism is a risk factor for early development of levodopa-induced dyskinesia in Parkinson's disease. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kakinuma S, BeppuM, Sawai S, Akitoshi Nakayama A, Hirano S, Yamanaka Y, Yamamoto T, Chigusa M, Aisihaer X, Aersilan, A,Y Gao Y, Sato K, Itoga S, Ishige T, Nishimura M, Matsushita K, Satoh M, Nomura F, Kuwabara S, Tanaka T.
  • 雑誌名: eNeurologicalSci. 巻: in press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Central blood pressure and pulse wave velocity in young and middle-aged Japanese adults with isolated systolic hypertension (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakagomi Atsushi、Imazeki Fumio、Nishimura Motoi、Sawabe Yuji、Matsushita Kazuyuki、Murata Akitoshi、Watase Mariko、Okada Sho、Kobayashi Yoshio
  • 雑誌名: Hypertension Research 巻: 43 号: 3 ページ: 207-212
  • DOI: 10.1038/s41440-019-0364-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiplex PCR and multicolor probes melting for the simultaneous detection of five UGT1A1 variants (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishige Takayuki、Itoga Sakae、Kawasaki Kenji、Sawai Setsu、Nishimura Motoi、Nomura Fumio、Matsushita Kazuyuki
  • 雑誌名: Analytical Biochemistry 巻: 587 ページ: 113448-113448
  • DOI: 10.1016/j.ab.2019.113448
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A simple method for sequencing the whole human mitochondrial genome directly from samples and its application to genetic testing (2019)
  • 著者名/発表者名: Yao Yue、Nishimura Motoi、Murayama Kei、Kuranobu Naomi、Tojo Satomi、Beppu Minako、Ishige Takayuki、Itoga Sakae、Tsuchida Sachio、Mori Masato、Takayanagi Masaki、Yokoyama Masataka、Yamagata Kazuyuki、Kishita Yoshihito、Okazaki Yasushi、Nomura Fumio、Matsushita Kazuyuki、Tanaka Tomoaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 17411-17421
  • DOI: 10.1038/s41598-019-53449-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development and validation of the simultaneous measurement of estrone and 17-β estradiol in serum by LC-MS/MS for clinical laboratory applications. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Satoh, Yui Miyabayashi, Masanori Seimiya, Takahiro Kazami, Takayuki Ishige, Toshihiko Yoshida, Motoi Nishimura, Kazuyuki Matsushita, Makio Shozu, Fumio Nomura.
  • 雑誌名: Medical Mass Spectrometry 巻: 3 ページ: 19-30
  • NAID: 130007897964
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-throughput genotyping of GC (vitamin D-binding protein) by melting analysis with locked nucleic acid-incorporating dual hybridization probe for improving mismatch discrimination. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishige T, Satoh M, Itoga S, Nishimura M, Matsushita K, Nomura F.
  • 雑誌名: Clin Chim Acta 巻: 487 ページ: 126-132
  • DOI: 10.1016/j.cca.2018.09.034
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surveillance evaluation of the standardization of assay values for serum total 25-hydroxyvitamin D concentration in Japan. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ihara H, Kiuchi S, Ishige T, Nishimura M, Matsushita K, Satoh M, Nomura F, Yamashita M, Kitajima I, Tsugawa N, Okano T, Hirota K, Miura M, Totani M, Hashizume N; Nutrition Division, Japan Society of Clinical Chemistry.
  • 雑誌名: Ann Clin Biochem. 巻: Epub ahead of print 号: 6 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1177/0004563218765570
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Assessment by Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry of the Effects of Preanalytical Variables on Serum Peptidome Profiles Following Long-Term Sample Storage. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuchida S, Satoh M, Umemura H, Sogawa K, Takiwaki M, Ishige T, Miyabayashi Y, Iwasawa Y, Kobayashi S, Beppu M, Nishimura M, Kodera Y, Matsushita K, Nomura F
  • 雑誌名: Proteomics. Clinical applications 巻: 15 号: 3 ページ: 47-53
  • DOI: 10.1002/prca.201700047
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Variant in C-terminal region of intestinal alkaline phosphatase associated with benign familial hyperphosphatasaemia. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishige T, Itoga S, Utsuno E, Nishimura M, Yoshikawa M, Kato N, Matsushita K, Yokosuka O, Nomura F
  • 雑誌名: Journal of medical genetics 巻: 10 号: 10 ページ: 47-53
  • DOI: 10.1136/jmedgenet-2017-104964
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 変異株同定のためのサンガー法によるSARS-CoV-2のS遺伝子の塩基配列解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松原未来、藤川樹、石毛崇之、西村基、村田正太、谷口俊文、猪狩英俊、川崎健治、松下一之
  • 学会等名: 日本臨床微生物学会
• [学会発表] 小児横紋筋肉腫に対するがん遺伝子パネル検査(NCCオンコパネル)でLi-Fraumeni症候群と診断された２例 (2021)
  • 著者名/発表者名: 力石浩志、日野もえ子、山下喜晴、奥主朋子、宇津野恵美、西村基、松下一之、服部真也、市川智彦、濱田洋通
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会
• [学会発表] 当院で検出された新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)のRNA配列の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西村 基、村田 正太、石毛 崇之、松原 未来、藤川 樹、宮部 安規子、北村 浩一、根川 真実、古家 若葉、梅谷 友輔、堀田 恵海、吉田 俊彦、川崎 健治、松下 一之
  • 学会等名: 日本遺伝子診療学会
• [学会発表] SARS-CoV-2 S-gene sequencing and its mutational dynamics at the Chiba University Hospital (2021)
  • 著者名/発表者名: 松原未来、藤川樹、石毛崇之、西村基、村田正太、谷口俊文、猪狩英俊、川崎健治、松下一之
  • 学会等名: 日本遺伝子診療学会
• [学会発表] 当院で検出された新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)のRNA配列の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西村 基、石毛 崇之、吉田 俊彦、川崎 健治、松下 一之
  • 学会等名: 日本臨床化学会
• [学会発表] SARS-CoV-2抗原定性検査(イムノクロマト法) (2021)
  • 著者名/発表者名: 村田正太、宮部安規子、斎藤知子、瀬川俊介、堀田恵海、山下晃司、松原未来、鈴木眞、川崎健治、西村基、松下一之
  • 学会等名: 日本感染症学会
• [学会発表] 新型コロナウイルスの全ゲノム解析におけるMinIONの性能評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤川樹、石毛崇之、西村基、松原未来、村田正太、谷口俊文、猪狩英俊、川崎健治、松下一之
  • 学会等名: 日本医療検査科学会
• [学会発表] デヂエを用いた多職種連携のためのがん遺伝子プロファイリング検査管理システムの構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 北村 浩一, 藤澤陽子, 川崎 健治, 西村 基, 松下 一之
  • 学会等名: 日本医療検査科学会
• [学会発表] 当院で検出された新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)のRNA配列の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西村基、村田正太、石毛崇之、宮部安規子、北村浩一、根川真実、藤川樹、古家若葉、梅谷友輔、堀田恵海、吉田俊彦、川崎健治、松下一之
  • 学会等名: 第32回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [学会発表] 腫瘍部組織のみを調べるがん遺伝子パネル検査で二次的所見が疑われた３症例の当院における取り扱い (2020)
  • 著者名/発表者名: 西村基、楯真一、錦見恭子、松岡歩、生水真紀夫、太和田暁之、新井誠人、滝口裕一、藤木亮次、金田篤志、宇津野恵美、市川 智彦、太田昌幸、松坂恵介、佐伯 宏美、藤澤陽子、石毛崇之、北村浩一、小林崇平、中津川智子、清水直美、松下一之
  • 学会等名: 第44回日本遺伝カウンセリング学会学術集会
• [学会発表] 千葉大学医学部附属病院検査部における教育業務の担当と、そこからバンキングされた検体の研究への活用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西村基、土田祥央、石毛崇之、浅野はるな、吉田俊彦、川崎健治 、糸賀栄 、澤部祐司 、野村文夫 、松下一
  • 学会等名: 日本臨床検査医学会
• [学会発表] 遺伝学的にdefinitiveなQT延長症候群とてんかん様症状の合併症例の３例とそれらの考察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西村 基, 江畑 亮太, 小林 弘信, 近藤 祐介, 仲野 美代,上田 希彦, 石川 亜貴, 水上 都, 澤井 摂,下条 直樹, 小林 欣夫, 野村 文夫, 松下 一之, 市川 智彦
  • 学会等名: 日本遺伝カウンセリング学会
• [学会発表] 血液培養陽性検体よりの複数菌由来の核酸検出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村 基, 村田 正太, 姚 躍, 土田 祥央, 田中 知明, 松下 一之
  • 学会等名: 第25回日本遺伝子診療学会大会