TnSeqを駆使した肺MAC症薬剤感受性判定の迅速化と治療薬の革新的選択法の開発

• 研究課題/領域番号: 21K19637
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分58:社会医学、看護学およびその関連分野
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 立石 善隆 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (30433296)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 非結核性抗酸菌症 / トランスポゾン / 次世代シーケンシング / 非結核性抗酸菌

研究開始時の研究の概要

肺MAC症は中高年女性に急増する難治性の呼吸器感染症であるが、菌の遅発育性によりリアルタイムの病態把握と時期を得た治療薬の選択が困難であった。今回、トランスポゾン変異株作製と次世代シーケンシング技術を組み合わせたトランスポゾンシーケンシング（TnSeq）により、迅速かつゲノムワイドな薬剤感受性判定法の確立を目指す。TnSeqによる薬剤感受性判定法を確立できれば、起因菌株の生存必須遺伝子に基づいた治療薬剤の選択が可能となり、肺MAC症に対する「テーラーメード医療」への基盤構築につながる。

研究成果の概要

本研究では、肺MAC症に対するトランスポゾン変異株の作製とTnSeqによる迅速感受性診断法を開発することを計画した。TnSeqにより、抗結核薬の標的遺伝子である、ニューキノロン、エタンブトール、イソニアジド、サイクロセリン、リファンピシンの標的遺伝子が挙がった。さらに、ベダキリン標的遺伝子, 現在開発中の薬剤標的glcB（リンゴ酸合成酵素）、type VII分泌装置遺伝子群（eccC, eccB, eccB）も生存必須遺伝子として挙がった。生存必須遺伝子を標的とした薬剤単剤および併用療法の生体内効果を感染マウスモデルで検証した。これにより生体内治療効果判定手法を確立し、誌上発表した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

肺MAC症患者由来の臨床菌株を使ったトランスポゾンシーケンシング（TnSeq）により、現行治療薬の標的以外にも肺MAC病原体の治療標的が存在することが分かりました。今回の結果は、肺MAC症の新規治療法を開拓するための薬剤標的データベースとなります。
また、感染マウスモデルを使った生体内での治療効果判定手法を確立しました。これにより、将来開発される薬剤に対する生体内治療効果判定が可能となります。

研究成果

• [雑誌論文] Virulence of Mycobacterium intracellulare clinical strains in a mouse model of lung infection - role of neutrophilic inflammation in disease severity. (2023)
  • 著者名/発表者名: Tateishi Y, Ozeki Y, Nishiyama A, Miki M, Maekura R, Kida H, Matsumoto S
  • 雑誌名: BMC Microbiol 巻: 23 号: 1 ページ: 94-94
  • DOI: 10.1186/s12866-023-02831-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lysocin E Targeting Menaquinone in the Membrane of Mycobacterium tuberculosis Is a Promising Lead Compound for Antituberculosis Drugs. (2022)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Antimicrob Agents Chemother 巻: 66 号: 9
  • DOI: 10.1128/aac.00171-22
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Long-Term Prognosis and Antimycobacterial Glycolipid Antibody as Biomarker in Mycobacterium avium-intracellulare Complex Pulmonary Disease. (2022)
  • 著者名/発表者名: Maekura R, Miki K, Tateishi Y, Matsumoto S, Kitada S, Miki M, Kida H.
  • 雑誌名: Microbiol Spectr 巻: 10 号: 3
  • DOI: 10.1128/spectrum.00530-22
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monitoring IgG against Mycobacterium tuberculosis proteins in an Asian elephant cured of tuberculosis that developed from long-term latency. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa S, Ozeki Y, Suga S, Mukai Y, Kobayashi H, Inouchi E, Kaboso SA, Gebretsadik G, Dewi DNSS, Nishiyama A, Tateishi Y, Takihara H, Okuda S, Yoshida S, Misawa N, Matsumoto S.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 12 号: 1 ページ: 4310-4310
  • DOI: 10.1038/s41598-022-08228-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification and functional analysis of a new type of Z,E-mixed prenyl reductase from mycobacteria (2022)
  • 著者名/発表者名: Abe, T., Hakamata, M., Nishiyama, A., Tateishi, Y., Matsumoto, S., Hemmi, H., Ueda, D., and Sato, T.
  • 雑誌名: The FEBS journal 巻: - 号: 16 ページ: 4981-4997
  • DOI: 10.1111/febs.16412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct attachment with erythrocytes augments extracellular growth of pathogenic Mycobacteria (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishiuchi, Y., Tateishi, Y., Hirano, H., Ozeki, Y., Yamaguchi, T., Miki, M., Kitada, S., Maruyama, F., Matsumoto, S.
  • 雑誌名: Microbiology Spectrum 巻: in press 号: 2
  • DOI: 10.1128/spectrum.02454-21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extracellular DNA of slow growers of mycobacteria and its contribution to biofilm formation and drug tolerance. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ilinov A, Nishiyama A, Namba H, Fukushima Y, Takihara H, Nakajima C, Savitskaya A, Gebretsadik G, Hakamata M, Ozeki Y, Tateishi Y, Okuda S, Suzuki Y, Vinnik YS, Matsumoto S.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 11 号: 1 ページ: 10953-10953
  • DOI: 10.1038/s41598-021-90156-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative genomic analysis of Mycobacterium intracellulare: implications for clinical taxonomic classification in pulmonary Mycobacterium avium-intracellulare complex disease. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tateishi Y, Ozeki Y, Nishiyama A, Miki M, Maekura R, Fukushima Y, Nakajima C, Suzuki Y, Matsumoto S.
  • 雑誌名: BMC Microbiol. 巻: 21 号: 1 ページ: 103-103
  • DOI: 10.1186/s12866-021-02163-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Mycobacterium intracellulare菌株間における生存必須遺伝子プロファイルの比較 (2023)
  • 著者名/発表者名: 立石 善隆, 尾関 百合子, 西山 晃史, 松本 壮吉
  • 学会等名: 第96回日本細菌学会総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 立石 善隆, 尾関 百合子, 西山 晃史, 松本 壮吉
  • 学会等名: 第59回日本細菌学会中部支部総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 立石 善隆, 松本 壮吉
  • 学会等名: 第35回日本バイフォルム学
• [学会発表] Mycobacterium intracellulare菌株間における生存必須遺伝子プロファイルの比較 (2022)
  • 著者名/発表者名: 立石善隆、西山晃史、尾関百合子、松本壮吉
  • 学会等名: 第95回日本細菌学会総会
• [学会発表] 結核・非結核性抗酸菌における バイオフィルム (2021)
  • 著者名/発表者名: 立石善隆
  • 学会等名: 第35回日本バイオフィルム学会
  • 招待講演
• [学会発表] Mycobacterium intracellulare臨床菌株の比較ゲノム解析による類縁菌種との異同およびゲノム多様性についての検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 立石善隆、西山晃史、尾関百合子、松本壮吉.
  • 学会等名: 第34バイオフィルム学会、第57日本細菌学会中部支部会.