ナノポアDNAシーケンサーを応用したハイスループット結核菌遺伝子型別法の開発

• 研究課題/領域番号: 21K12721
• 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90130:医用システム関連
• 研究機関: 公益財団法人結核予防会 結核研究所
• 研究代表者: 村瀬 良朗 公益財団法人結核予防会 結核研究所, 抗酸菌部 結核菌情報科, 科長 (80535998)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021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: 結核 / 分子疫学 / VNTR / ナノポア・シーケンス / 遺伝子型別 / 薬剤耐性 / 結核対策 / 結核菌 / 分子疫学調査 / VNTR法 / ナノポア・シークエンス / 薬剤感受性予測 / ゲノム診断 / ナノポア / ナノポアシーケンス / 遺伝子型別検査 / ナノポアシークエンス

研究開始時の研究の概要

結核菌の遺伝子型別は、感染経路の究明や薬剤耐性株のモニタリングなどに必要不可欠である。現在の結核菌遺伝子型別法は半定量的であり、データの精度保証や多検体処理、低コスト化にも問題がある。
これらの問題を解決するため、近年開発されたナノポアシーケンス技術を遺伝子型別法に応用し、ナノポア・ロングリード配列を用いたコンピュータ自動解析法(ナノポアVNTR法)を開発する。

研究成果の概要

本研究では、ナノポアシーケンス技術を用いた結核菌のVNTR解析法を開発し、従来法と同等の高精度(99.5%)が達成できることを示した。また、ナノポアシーケンスデータから18種類の抗結核薬に対する薬剤感受性を96.8%の精度で予測できることを明らかにした。ナノポアシーケンス技術、結核対策に必要な結核菌の遺伝子型別と薬剤感受性予測を、一般検査室レベルで迅速・簡便・安価に実施できる可能性が示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発されたナノポアシーケンス技術を用いた結核菌の解析法は、従来法と同等の精度を有しながら、より迅速・簡便・安価に実施できる可能性を示しており、結核対策の推進に大きく貢献することが期待される。本法の普及により、結核菌の遺伝子型別と薬剤感受性予測を一般検査室レベルで実施できるようになれば、感染源や感染経路の特定、最適な治療法の選択など、結核まん延防止に向けた様々な対策を迅速に講じることができるようになる。このように、本研究成果は学術的のみならず社会的にも大きな意義を有している。

研究成果

• [雑誌論文] 山形県における結核菌ゲノム解析を用いた結核分子疫学調査 (2023)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸順次，三瓶美香，水田克巳，和田崇之，下村佳子，御手洗聡，村瀬良朗，細谷真紀子，阿彦忠之．
  • 雑誌名: 感染症学雑誌 巻: 97 号: 1 ページ: 6-17
  • DOI: 10.11150/kansenshogakuzasshi.e22021
  • ISSN: 0387-5911, 1884-569X
  • 年月日: 2023-01-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transmission dynamics variability of lineage 2 Mycobacterium tuberculosis strains in Kobe, Japan, determined using population-based whole-genome sequencing analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto Tomotada、Arikawa Kentaro、Murase Yoshiro、Sekizuka Tsuyoshi、Kuroda Makoto、Nishiuchi Yukiko、Kusunoki Nobuya、Fujiyama Riyo、Mitarai Satoshi
  • 雑誌名: Infection, Genetics and Evolution 巻: 114 ページ: 105495-105495
  • DOI: 10.1016/j.meegid.2023.105495
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] <i>In Vitro</i> Synergistic Effects of Omadacycline with Other Antimicrobial Agents against Mycobacterium abscessus (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Keiji、Aono Akio、Asami Takahiro、Morimoto Kozo、Kamada Keisuke、Morishige Yuta、Igarashi Yuriko、Chikamatsu Kinuyo、Murase Yoshiro、Yamada Hiroyuki、Takaki Akiko、Mitarai Satoshi
  • 雑誌名: Antimicrobial Agents and Chemotherapy 巻: 67 号: 6
  • DOI: 10.1128/aac.01579-22
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete Genome Sequences of 14 Nontuberculous Mycobacteria Type Strains (2023)
  • 著者名/発表者名: Igarashi Yuriko、Osugi Asami、Murase Yoshiro、Chikamatsu Kinuyo、Shimomura Yoshiko、Hosoya Makiko、Aono Akio、Morishige Yuta、Yamada Hiroyuki、Takaki Akiko、Mitarai Satoshi
  • 雑誌名: Microbiology Resource Announcements 巻: 12 号: 2
  • DOI: 10.1128/mra.01214-22
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-amplification nucleic acid detection with thio-NAD cycling (2022)
  • 著者名/発表者名: S.Yamura, N.Kawada, S.Yamakado, Y.Kyosei, S.Watabe, T.Yoshimura, Y.Murase, S.Mitarai, E.Ito
  • 雑誌名: J. Microbiol. Meth. 巻: 204 ページ: 106647-106647
  • DOI: 10.1016/j.mimet.2022.106647
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular Epidemiological Characteristics of Mycobacterium abscessus Complex Derived from Non-Cystic Fibrosis Patients in Japan and Taiwan (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida M, Chien JY, Morimoto K, Kinjo T, Aono A, Murase Y, Fujiwara K, Morishige Y, Nagano H, Jou R, Hasegawa N, Ato M, Hoshino Y, Hsueh PR, Mitarai S
  • 雑誌名: Microbiology Spectrum 巻: Ahead of Print 号: 3
  • DOI: 10.1128/spectrum.00571-22
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In vitro activity of tedizolid and linezolid against multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis: a comparative study using microdilution broth assay and genomics (2022)
  • 著者名/発表者名: Aono Akio、Murase Yoshiro、Chikamatsu Kinuyo、Igarashi Yuriko、Shimomura Yoshiko、Hosoya Makiko、Osugi Asami、Morishige Yuta、Takaki Akiko、Yamada Hiroyuki、Mitarai Satoshi
  • 雑誌名: Diagnostic Microbiology and Infectious Disease 巻: 103 号: 3 ページ: 115714-115714
  • DOI: 10.1016/j.diagmicrobio.2022.115714
  • 査読あり
• [雑誌論文] Potential Cross-Transmission of Mycobacterium abscessus among Non-Cystic Fibrosis Patients at a Tertiary Hospital in Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Keiji、Yoshida Mitsunori、Murase Yoshiro、Aono Akio、Furuuchi Koji、Tanaka Yoshiaki、Ohta Ken、Ato Manabu、Mitarai Satoshi、Morimoto Kozo
  • 雑誌名: Microbiology Spectrum 巻: 10 号: 3
  • DOI: 10.1128/spectrum.00097-22
  • 査読あり
• [学会発表] シンポジウム: ゲノムが拓く結核対策・医療の新世紀 大規模ゲノムデータベースを活用した研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 村瀬 良朗
  • 学会等名: 第98回日本結核・非結核性抗酸菌学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 環境と安全性を考慮した有機溶媒不要の抗酸菌ゲノム抽出法（Organic Solvent Freeビーズ破砕法/OSFビーズ破砕法）の基礎検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 下村佳子, 村瀬良朗, 細谷真紀子, 永井水織, 大薄麻未, 森重雄太, 近松絹代, 青野昭男, 五十嵐ゆり子, 髙木明子, 山田博之, 御手洗聡
  • 学会等名: 第35回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [学会発表] 環境と安全性を考慮した有機溶媒不要の抗酸菌ゲノム抽出法の開発:エタノール滅菌効果の検証 (2023)
  • 著者名/発表者名: 細谷真紀子, 村瀬良朗,下村佳子,永井水織,大薄麻未, 森重雄太, 近松絹代,青野昭男, 五十嵐ゆり子, 髙木明子, 山田博之, 御手洗聡
  • 学会等名: 第35回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [学会発表] 次世代シーケンサーを用いた活動性肺結核患者喀痰からの迅速薬剤耐性予測法 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高木 明子, 近松 絹代, 五十嵐 ゆり子, 青野 昭男, 下村 佳子, 細谷 真紀子, 永井 水織, 水野 和重, 吉田 志緒美, 森重 雄太, 村瀬 良朗, 御手洗 聡
  • 学会等名: 第35回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [学会発表] 抗酸菌DNAクロロホルムビーズ破砕抽出法におけるビーズ径の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 下村佳子, 細谷真紀子, 大薄麻未, 森重雄太, 村瀬良朗, 近松絹代, 青野昭男, 五十嵐ゆり子, 高木明子, 山田博之, 御手洗聡
  • 学会等名: 第33回日本臨床微生物学会総会
• [学会発表] 抗酸菌DNAクロロホルムビーズ破砕抽出法におけるビーズ量の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 細谷真紀子, 下村佳子, 大薄麻未, 森重雄太, 村瀬良朗, 近松絹代, 青野昭男, 五十嵐ゆり子, 山田博之, 高木明子, 御手洗聡
  • 学会等名: 第33回日本臨床微生物学会総会
• [備考] Mycobacterium tuberculosis のゲノム解読に関する 標準作業手順書
  • URL: https://jata.or.jp/dl/pdf/data/TB_genom_v1.2.pdf