プラスミド・ネットワーク解析による臨床由来薬剤耐性プラスミドの動態解明

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K08488
• 研究機関: 国立感染症研究所
• 研究代表者: 山下 明史 国立感染症研究所, 病原体ゲノム解析研究センター, 主任研究官 (00573180)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: プラスミド / ネットワーク解析 / 不和合性タイプ / 薬剤耐性遺伝子 / webアプリ

研究実績の概要

既存のプラスミド解析ツー ルGPAT・iPAT はサーバーに対する負荷が大きいために一般公開することができなかった。そのため、負荷が比較的小さいネットワーク解析の部分のみをスピンアウトさせた open iPAT を開発し、必要な解析をweb上で実行できるようにした。開発した open iPAT は解析したいプラスミド配列を入力すると類似のプラスミドを完全長プラスミドデータベースから検索し、ネットワーク解析を行って近縁のプラスミドとの関係をグラフィカルに示すことができる。
Open iPAT が利用する完全長プラスミドデータベースには2015年度に構築した公共データベースから完全長プラスミド配列を自動的に取得する仕組みを改良して、採取時期・国・地域・宿主・文献情報等のメタ情報をテキストマイニングを用いて抽出し類縁プラスミドのメタ情報を容易に参照できるようにしたものを用いた。このプラスミド配列データベースは GenEpid-J データベースにも組み込まれ、国内初のコレスチン耐性遺伝子遺伝子（mcr-1）の検出にも貢献している（PMID: 27855068）。
困難であったごく近縁のプラスミド間の比較を可能にするために、解析対象の全ての遺伝子の有無を利用して系統解析を行う pan genome 解析、対象となるすべてのプラスミドで保存されている共通遺伝子の SNP 解析を行う core genome 解析を行い、結果を図示する機能を実装した。公共データベース上の類縁のプラスミドのメタ情報をユーザーに提示する機能も有しており、解析したいプラスミドの出自をより容易に推測できるようにした。また、実データを用いて解析を行い、解析の妥当性を検証した。
平成29年度には、さらに多くのプラスミドを用いて解析を行い利用状況に応じて必要な改良を行うとともに、成果を論文として公表する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2015年度に開発した公共データベースから完全長プラスミド配列を自動的に取得する仕組みに、2016年度は取得した情報から採取時期・国・地域・宿主・文献情報等のメタ情報を抽出し容易に検索できるデータベースを自動的に構築する仕組みを追加した。このデータベースは2016年度に既存の GPAT・iPAT からスピンオフさせた open iPAT の検索データベースとして使用するばかりでなく、GenEpid-J にも実装され、国内初のコレスチン耐性遺伝子遺伝子（mcr-1）の検出にも貢献している（PMID: 27855068）。Open iPAT には、GPAT・iPAT では解析困難であったごく近縁のプラスミド間の比較を可能にするために解析対象の全ての遺伝子の有無を利用して系統解析を行う pan genome 解析や、対象となるすべてのプラスミドで保存されている共通遺伝子の SNP 解析を行う core genome 解析を実装した。
平成29年度には、さらに多くのプラスミドを用いて解析を行い利用状況に応じて必要な改良を行うとともに、成果を論文、学会発表にて公表する。

今後の研究の推進方策

公共データベースから自動的に完全長プラスミドおよびメタ情報の取得し、その情報をもとにプラスミドの類縁関係を解析する open iPAT の構築ができたので、平成29年度にはさらに多くのプラスミドを解析し、利用状況に応じて open iPAT の改良を行ってゆく。また、成果を論文、学会発表にて公表する。

次年度使用額が生じた理由

年度末納品等にかかる支払いが平成29年4月1日以降となったため、
当該支出分については次年度の実支出額に計上予定。
平成28年度分についてはほぼ使用済みである。

次年度使用額の使用計画

上記のとおり。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of the Pathogenicity of Streptococcus intermedius TYG1620 Isolated from a Human Brain Abscess Based on the Complete Genome Sequence with Transcriptome Analysis and Transposon Mutagenesis in a Murine Subcutaneous Abscess Model. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa N, Sekizuka T, Sugi Y, Kawakami N, Ogasawara Y, Kato K, Yamashita A, Takeuchi F, Kuroda M
  • 雑誌名: Infect Immun. 巻: 85 ページ: e00886-16
  • DOI: 10.1128/IAI.00886-16
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prevalence of Colistin Resistance Gene mcr-1 and Absence of mcr-2 in Escherichia coli Isolated from Healthy Food-Producing Animals in Japan. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawanishi M, Abo H, Ozawa M, Uchiyama M, Shirakawa T, Suzuki S, Shima A, Yamashita A, Sekizuka T, Kato K, Kuroda M, Koike R, Kijima M.
  • 雑誌名: Antimicrob Agents Chemother. 巻: 61 ページ: e02057-16
  • DOI: 10.1128/AAC.02057-16
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two different dengue virus strains in the Japanese epidemics of 2014. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakayama E, Kotaki A, Tajima S, Kawada M, Miura K, Gemma A, Adachi T, Sekizuka T, Kato K, Yamashita A, Moi ML, Ikeda M, Yagasaki K, Shibasaki K, Saijo M, Kuroda M, Takasaki T.
  • 雑誌名: Virus Genes. 巻: 52 ページ: 722-6
  • DOI: 10.1007/s11262-016-1356-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] DGV: Dengue Genographic Viewer. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamashita A, Sakamoto T, Sekizuka T, Kato K, Takasaki T, Kuroda M.
  • 雑誌名: Front Microbiol. 巻: 7 ページ: 875
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.00875
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Distribution and Relationships of Antimicrobial Resistance Determinants among Extended-Spectrum-Cephalosporin-Resistant or Carbapenem-Resistant Escherichia coli Isolates from Rivers and Sewage Treatment Plants in India. (2016)
  • 著者名/発表者名: Akiba M, Sekizuka T, Yamashita A, Kuroda M, Fujii Y, Murata M, Lee K, Joshua DI, Balakrishna K, Bairy I, Subramanian K, Krishnan P, Munuswamy N, Sinha RK, Iwata T, Kusumoto M, Guruge KS.
  • 雑誌名: Antimicrob Agents Chemother. 巻: 60 ページ: 2972-80
  • DOI: 10.1128/AAC.01950-15
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Prediction Tool for Drug-resistant Genetic Marker Based on Whole Genome Sequence of TB (2017)
  • 著者名/発表者名: 山下明史、加藤健吾、岩本朋忠、関塚剛史、村瀬良朗、瀧井猛将、手洗聡、加藤誠也、黒田誠
  • 学会等名: 第90回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 宮城県仙台市青葉区青葉山 仙台国際センター
  • 年月日: 2017-03-19 – 2017-03-21
• [学会発表] DGV: Gengue Genographic Viewer (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下明史、関塚剛史、加藤健吾、高崎智彦、黒田誠
  • 学会等名: JOINT INTERNATIONAL TROPICAL MEDICINE MEETING 2016
  • 発表場所: Amari Watergate, Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] Virus genome-targeted assembly pipeline: VirusTAP (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下明史、関塚剛史、黒田誠
  • 学会等名: 第5回生命医薬情報学連合大会
  • 発表場所: 東京都江東区青海 東京国際交流プラザ平成
  • 年月日: 2016-09-29 – 2016-10-01
• [学会発表] DGV: Gengue Genographic Viewer (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下明史、関塚剛史、加藤健吾、高崎智彦、黒田誠
  • 学会等名: The 11th Japan-China International Conference of Virology
  • 発表場所: 香川県観音寺市琴弾荘
  • 年月日: 2016-07-01 – 2016-07-02
  • 国際学会
• [学会発表] プラスミドネットワーク解析ツールiPAT (inter Plasmid Analyzing Tool) (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下明史、黒田誠
  • 学会等名: 第64回日本化学療法学会総会
  • 発表場所: 神戸市中央区港島中町 神戸国際会議場
  • 年月日: 2016-06-09 – 2016-06-11
• [備考] TGS-TB
  • URL: https://gph.niid.go.jp/tgs-tb/
• [備考] VirusTAP
  • URL: https://gph.niid.go.jp/cgi-bin/virustap/index.cgi
• [備考] DGV: Dengue Genographic Viewer
  • URL: https://gph.niid.go.jp/geograph/dengue/content/genomemap