多剤耐性遺伝子の環境中残存機構と人への暴露リスク評価

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H01782
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 鈴木 聡 愛媛大学, 沿岸環境科学研究センター, 教授 (90196816)
• 研究分担者: 渡部 徹 山形大学, 農学部, 教授 (10302192) ; 丸山 史人 京都大学, 医学研究科, 准教授 (30423122) ; 野村 暢彦 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60292520)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 薬剤耐性遺伝子 / 環境微生物 / 抗生物質 / 暴露リスク / バイオフィルム

研究実績の概要

本年度は、環境中の耐性遺伝子の動態解析と評価、遺伝子伝達因子の由来調査および細菌群集解析法の確立を行った。これまでに作業仮説を実験系で断片的に明らかにしてきたが、本年度は魚類を使った大型実験系で耐性遺伝子の消長を明らかにし、養豚場排水・河川・海までの調査で知見を得た。各分担者はレジストーム抽出手法、伝達粒子解析、環境暴露源調査を行なって、本課題の統合的結論へ向けた知見の蓄積ができた。耐性遺伝子生態では、オキシテトラサイクリン（OTC）を投与後のマダイ腸内と飼育環境水での複数のOTC耐性遺伝子の消長を細菌叢変化とともに解析し、腸内細菌叢は比較的安定しているが、多様なtet遺伝子を保有し、一定の遺伝子が定常的に存在しないことが示唆された。また、マクロライド耐性遺伝子と伝達因子の出現を調査した。従来から知られる複数の耐性遺伝子はIntI1との相関があり、IntI1によって環境に残存、拡散してきたことが示唆された。しかし、新規の遺伝子は特定の伝達因子との相関がなく、今後残存と拡散に有利な因子に収束していく可能性が考えられた。メタゲノムでは、環境試料メタゲノムデータからのレジストームデータの抽出方法の確立を目的として、その情報解析基盤を構築した。バイオフィルム解析では、水圏微生物が産生する細胞外膜粒子のDNAは、動物・植物に関与する微生物群由来であることが明らかになった。モデリング・評価では、タイと日本で下水処理場の、耐性菌リザーバとしての評価を行い、下水処理場の活性汚泥中には多くの抗菌薬耐性腸内細菌科細菌が存在することを確認した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

まだ各項目から統一した結論を得るにはいたっていないものの、各項目は予想以上に進展し、業績も十分得られている。特に、魚類腸内と環境水におけるtetシリーズ遺伝子の動態を明らかにしたことは予想以上の成果である。本研究では、これまでに、遺伝子の環境バックグラウンド形成の解明、二枚貝における耐性遺伝子の分解と蓄積のバランスを解明してきた。本年度は、抗菌剤を投与すると選択圧で耐性菌が増加するのではなく、「養殖魚への薬剤投与の有無に関係なく耐性遺伝子は変遷しながら魚体と環境中に存在する」、という新規の発見が得られた。これらは、これまでに世界的に考えられていた水圏での遺伝子動態の常識を覆す可能性があり、本研究期間内にエポックメーキングができるかもしれない。

今後の研究の推進方策

多くの新規知見が得られ、論文もコンスタントに発表され、招待講演の件数も多い。また、総説がNature Reviewに掲載されるなど、世界の先端を走る成果がえられてきたので、この成果と発信力をさらに発展させる。また、新規知見から、環境耐性遺伝子のリスクを評価し、将来展望を得ることを目指す。今後は、個々の成果の統合を行なっていく。

研究成果

• [国際共同研究] 国立台湾海洋大学/国立成功大学(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 国立台湾海洋大学/国立成功大学
• [国際共同研究] ヘルシンキ大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: ヘルシンキ大学
• [雑誌論文] Drug resistant bacteria in our oceans: Where did they come from and where will they go? (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, S.
  • 雑誌名: Ocean Newsletter Selected Papers 巻: 23 ページ: -
  • DOI: https://www.spf.org/_opri_media/projects/information/newsletter/selected/pdf/ssp23.pdf
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide assessment of Mycobacterium tuberculosis conditionally essential metabolic pathways. (2019)
  • 著者名/発表者名: Minato, Y., Gohl, D. M., Thiede, J. M., Chacon, J. M., Harcombe, W. R., Maruyama, F. and Baughn, A. D.
  • 雑誌名: bioRxiv. 巻: - ページ: -
  • DOI: doi: https://doi.org/10.1101/534289
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Airborne microbial communities at high-altitude and suburban sites in Toyama, Japan suggest a new perspective for bioprospecting. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, D., Sato, K., Goto, M., Fujiyoshi, M., Maruyama, F., Takato, S., Shimada, S., Sakatoku, A., Aoki, K. and Nakamura, S.
  • 雑誌名: Front. Bioeng. Biotechnol. 巻: 7 ページ: -
  • DOI: doi: 10.3389/fbioe.2019.00012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Point mutations lead to increased levels of c-di-GMP and phenotypic changes to the colony biofilm morphology in Alcanivorax borkumensis SK2. (2019)
  • 著者名/発表者名: Prasad, M., Obana, N., Sakai, K., Nagakubo, T., Miyazaki, S., Toyofuku, M., Fattaccioli, J., Nomura, N. and Utada A. S.
  • 雑誌名: Microbes Environ. 巻: 34 ページ: 104-107
  • DOI: DOI: 10.1264/jsme2.ME18151.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 活性汚泥に存在するシプロフロキサシンとテトラサイクリンに耐性を示す細菌群集の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三浦逸実，西山正晃，浦剣，Prayoga Windra，Chiemchaisri Chart，Chiemchaisri Wilai，渡部徹
  • 雑誌名: 水環境学会誌 巻: 42 ページ: 43-52
  • DOI: https://doi.org/10.2965/jswe.42.43
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Current opinion on methods and perspectives for tracking and monitoring of plant growth; promoting bacteria. (2019)
  • 著者名/発表者名: Rillinga, J.I., Acuna, J. A., Nannipieri, P., Cassan, F., Maruyama, F. and Jorquera, M. A.
  • 雑誌名: Soil Biol. Biochem. 巻: 130 ページ: 205-219
  • DOI: doi:j.soilbio.2018.12.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Types and origins of bacterial membrane vesicles (2019)
  • 著者名/発表者名: Toyofuku, M., Nomura, N. and Eberl, L.
  • 雑誌名: Nature Rev. Microbiol. 巻: 17 ページ: 13-24
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41579-018-0112-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tetracycline resistance gene tet(M) of a marine bacterial strain is not accumulated in bivalves from seawater in clam tank experiment and mussel monitoring (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, S., Makihara, N. and Kadoya, A.
  • 雑誌名: Sci. Total Environ. 巻: 634 ページ: 181～187
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.305
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High temperature accelerates growth of aerobic anoxygenic phototrophic bacteria in seawater. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato-Takabe, Y., Hamasaki, K. and Suzuki, S.
  • 雑誌名: MicrobiologyOpen 巻: - ページ: e00710
  • DOI: https://doi.org/10.1002/mbo3.710
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interplay of a non-conjugative integrative element and a conjugative plasmid in the spread of antibiotic resistance via suicidal plasmid transfer from an aquaculture Vibrio isolate. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nonaka, L., Yamamoto, T., Maruyama, F., Hirose, U., Onishi, Y., Kobayashi, T., Suzuki, S., Nomura, N., Masuda, M. and Yano, H.
  • 雑誌名: PLos One 巻: 13 ページ: e0198613
  • DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0198613
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Draft genome sequence of a Shewanella halifaxensis strain isolated from the intestine of marine red seabream (Pagrus major), which includes an integrative conjugative element with macrolide resistance genes. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto, Y., Maruyama, F. and Suzuki, S.
  • 雑誌名: Genome Announc. 巻: 6 ページ: e00297-18
  • DOI: https://doi.org/10.1128/genomeA.00297-18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Loss of bacitracin resistance due to a large genomic deletion among Bacillus anthracis strains. (2018)
  • 著者名/発表者名: Furuta, Y., Harima, H., Ito, E., Maruyama, F., Ohnishi, N., Osaki, K., Ogawa, H., Squarre, D., Hang'ombe, B. and Higashi, H.
  • 雑誌名: mSystems 巻: 30 ページ: pii: e00182-18.
  • DOI: doi: 10.1128/mSystems.00182-18
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phenotypic and genotypic analyses of antimicrobial- resistant bacteria in livestock in Uganda. (2018)
  • 著者名/発表者名: Okubo, T., Yossapol, M., Maruyama, F., Wampande, E. M., Kakooza, S., Ohya, K., Tsuchida, S., Asai, T., Kabasa, J. D. and Ushida, K.
  • 雑誌名: Transboundary Emerg. Dis. 巻: 66 ページ: 317-326
  • DOI: doi: 10.1111/tbed.13024.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Draft genome sequences of Mycolicibacter senuensis strain GF74 and Mycobacterium colombiense strain GF28 and GF76, isolated from a swine farm in Japan. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito, T., Sawai, K., Kawai, M., Nozaki, K., Otsu, K., Fukushi, H., Ohya, K. and Maruyama, F.
  • 雑誌名: Microbiol. Resour. Announc. 巻: 7 ページ: e00936-18.
  • DOI: DOI: 10.1128/MRA.00936-18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Paracoccus denitrificans can utilize various long-chain N-acyl homoserine lactones and sequester them in membrane vesicles. (2018)
  • 著者名/発表者名: Morinaga, K., Yamamoto, T., Nomura, N. and Toyofuku, M.
  • 雑誌名: Environ. Microbiol. Reports 巻: 10 ページ: 651-654
  • DOI: https://doi.org/10.1111/1758-2229.12674
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatial distribution and chemical tolerance of Streptococcus mutans within dual-species cariogenic biofilms. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi, Y., Yamamoto, T., Obana, N., Toyofuku, M., Nomura, N. and Kaneko, A.
  • 雑誌名: Microbes Environ. 巻: 33 ページ: 455-458
  • DOI: Doi:10.1264/jsme2.ME18113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 薬剤耐性遺伝子の巨大リザーバとしての水圏環境：遺伝子のシンクとリンク. (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 聡
  • 雑誌名: 日本臨床腸内微生物学会誌 巻: 20 ページ: 47-52
  • DOI: -
• [雑誌論文] 細菌が放出するベシクルの新奇形成機構の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本達也, 野村暢彦, 豊福雅典
  • 雑誌名: オレオサイエンス 巻: 18 ページ: 227-232
  • DOI: -
• [雑誌論文] 細胞間情報伝達のデジタル化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 森永花菜, 鬼澤里奈, 野村暢彦, 豊福雅典
  • 雑誌名: 生物工学会誌 巻: 96 ページ: 451-453
  • DOI: -
• [雑誌論文] ベシクルから視えてくる細菌間相互作用の姿. (2018)
  • 著者名/発表者名: 豊福雅典, 森永花菜, 安田まり奈, 野村暢彦
  • 雑誌名: 日本微生物生態学会誌 巻: 33 ページ: 43-49
  • DOI: -
  • 査読あり
• [学会発表] ゲノム疫学・衛生微生物学的アプローチにより見出された浴室細菌叢の特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸山史人
  • 学会等名: 第2回感染症診断と治療におけるゲノム解析
  • 招待講演
• [学会発表] Bacterial 16S rRNA gene profiling by portable DNA sequencer from shower water, shower head, bathtub inlet in Japan. (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸山史人
  • 学会等名: 第30回日本臨床微生物学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] バイオフィルムによる環境における生存戦略と感染症との関わり (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村暢彦
  • 学会等名: 第34回日本環境感染症学会総会・学術集会,
  • 招待講演
• [学会発表] バイオフィルムの内部構造を探る、バイオイメージング最前線, (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村暢彦
  • 学会等名: 日本歯科薬物療法学会・日本有病者歯科治療学会 合同学会
  • 招待講演
• [学会発表] 細菌メンブレンベシクルの生態的意義を考える (2019)
  • 著者名/発表者名: 野村暢彦
  • 学会等名: 日本農芸化学会
  • 招待講演
• [学会発表] 抗生物質の添加に対する活性汚泥中の耐性遺伝子の応答 (2019)
  • 著者名/発表者名: 澁木理央，西山正晃，Chiemchaisri Chart，Chiemchaisri Wilai，渡部徹
  • 学会等名: 平成30年度土木学会東北支部技術研究発表会
• [学会発表] タイと日本の活性汚泥からのバンコマイシン耐性腸球菌およびESBL産生大腸菌の検出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西山正晃，Chiemchaisri Chart，Chiemchaisri Wilai，渡部徹
  • 学会等名: 平成30年度土木学会東北支部技術研究発表会
• [学会発表] 水処理過程から単離した腸球菌の抗菌薬に対する薬剤感受性と病原遺伝子との関係 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西山正晃，Afriani Dhewi Shinta，Abdurrahman Muhammad Fikri Rasdi，渡部徹
  • 学会等名: 第53回日本水環境学会年会
• [学会発表] Possible mechanisms of dissemination of antibiotic resistance genes in aquatic environment. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, S
  • 学会等名: First Indonesian Symposium on Microbial Ecology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Conjugative gene transfer between marine bacteria and E. coli under nutritious and oligotrophic conditions. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, S
  • 学会等名: IWA World Water Congress & Exhibition 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dissemination of antibiotic resistance genes in the aquatic environment. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, S
  • 学会等名: 30th World Buiatrics Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Population structure and local adaptation of MAC lung disease agent Mycobacterium avium and their surrounding microbial community. (2018)
  • 著者名/発表者名: Maruyama, F
  • 学会等名: International Symposium: “Advances in Environmental Microbiology and Microbial Biotechnology”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Population structure and local adaptation of MAC lung disease agent Mycobacterium avium subsp. hominissuis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Maruyama, F
  • 学会等名: The 1st International Scientific Meeting on Clinical Microbiology and Infectious Diseases (ISM-CMID)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フィールドマイクロバイオームからハウスマイマイクロバイオームまでの道のり (2018)
  • 著者名/発表者名: 丸山史人
  • 学会等名: 第91回日本生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] 微生物間相互作用にみられる“複雑なタペストリー" (2018)
  • 著者名/発表者名: 野村暢彦
  • 学会等名: 日本微生物資源学会つくば大会
  • 招待講演
• [学会発表] 細菌が放つメンブレンベシクル～細胞死と言霊～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 野村暢彦
  • 学会等名: 第36回物性物理化学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 細菌のダイイングメッセージ (2018)
  • 著者名/発表者名: 野村暢彦
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Population Structure and Local Adaptation of MAC Lung Disease Agent Mycobacterium avium subsp. hominissuis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yano, H., Iwamoto, T., Nishiuchi, Y. and Maruyama, F.
  • 学会等名: Microbiology of the Built Environment, Gordon Research Conference.
  • 国際学会
• [学会発表] Bacterial 16S rRNA gene profiling by portable DNA sequencer from shower water, shower head, bathtub inlet in Japan. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujiyoshi, S,, Muto, A. and Maruyama, F.
  • 学会等名: Microbiology of the Built Environment, Gordon Research Conference.
  • 国際学会
• [学会発表] Search of bacteria resistant to three kinds of antibiotics in activated sludge for municipal wastewater treatment. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miura, I., Nishiyama, M., Pu, J., Prayoga, W., Chiemchaisri, C., Chiemchaisri, W. and Watanabe, T.
  • 学会等名: IWA World Water Congress & Exhibition 2018
  • 国際学会
• [図書] 現代コロイド界面化学の基礎 (2018)
  • 著者名/発表者名: 豊福雅典，野村暢彦
  • 総ページ数: 548
  • 出版者: 丸善
  • ISBN: 978-4-621-30291-0