2022 Fiscal Year Annual Research Report
The establishment of basic technology for next-generation phage therapy using metagenomics and synthetic biology
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22J22026
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田村 あずみ 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2025-03-31
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| Keywords | バクテリオファージ / 合成 / O157:H7 / 食中毒 / 検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バクテリオファージ（ファージ）を利用した細菌感染症の治療法はファージ療法と呼ばれ、薬剤耐性菌に対する抗生物質の代替として期待されている。また、ファージ療法の課題であるファージの限定的な溶菌効果や宿主域の狭さ等を解決するために、近年では合成ファージの研究が行われている。しかし、ファージの合成技術は確立しておらず、比較的汎用性の高い方法であっても扱えるファージのゲノムサイズは約50 kbまでである。そのため、簡便かつゲノムサイズの大きいファージにも適用可能なファージ合成方法が必要である。
そこで、2022年度はファージ合成系の確立に取り組んだ。安価かつ時間・手間のかからない方法として、in vitro合成系の確立を目指した。まず一般的によく用いられている大腸菌T7ファージ（約 40 kb）で合成方法の条件検討を行い、より効率の良い方法を模索した。その結果を元に、腸管出血性大腸菌O157:H7に感染するファージ（約70 kb）の合成を行ったところ、O157ファージを迅速かつ容易に合成することができた。合成O157ファージは天然ファージと同等の溶菌活性を有していた。
次に、遺伝子改変としてO157ファージにタンパク質タグを載せ、O157:H7の検出を行った。この時、タグを付加する標的タンパク質を複数箇所選び、検出感度を比較した。Tail fiber proteinにタグを付加したファージで検出感度が最も良く、1 CFU/mLのO157:H7も最短7時間で検出することができた。また、臨床分離株に対しても、O157:H7を特異的に検出することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ファージin vitro合成方法の条件検討により、既報の合成ファージよりゲノムサイズの長い（約70 kb）ファージを効率良く合成することに成功した。また、タンパク質タグを載せた合成O157ファージは、O157:H7の検出において高い感度と特異度を示した。少量、短時間、簡易にO157:H7を検出できるため、大量の検体をスクリーニングすることが可能であると言える。さらに、本研究で用いた合成及び検出方法は、他の病原菌ファージに対しても容易に応用できると考えられる。
一方で、より大きいゲノムサイズのファージにも適用できるよう、合成方法をさらに改良していく必要がある。また、本研究ではファージの宿主域改変を目指しているため、今後はファージ尾部の組換えにも取り組む必要がある。
以上の理由から、本研究計画はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後もファージ合成方法の条件検討を続け、ゲノムサイズがさらに大きいファージにも適用できるような自由度の高い合成方法の確立を目指す。また、ファージの宿主域改変にも取り組む。まずは類似しているファージの間で宿主認識に関与するタンパク質を交換し、宿主域を転換する。続いて類似性の低いファージ間で宿主域の転換を行う。
さらに、メタゲノム情報から得られたファージゲノムのうち、薬剤耐性菌感染症を引き起こす腸内細菌に感染するファージのゲノム情報を収集する。そこから、ファージの宿主認識に関わるタンパク質（尾部タンパク質）の配列を特定する。目的のファージの宿主認識部位について配列情報を取得できたら、ファージ合成技術を用いて既存のファージの宿主認識部位と交換し、ファージの溶菌活性を調べる。
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[Presentation] 腸管出血性大腸菌O157:H7の検出を可能とするバクテリオファージの合成2023
Author(s)
田村 あずみ, アザム アア ハエルマン, 小島 新二郎, 近藤 恒平, 中村 暢宏, 山下 和可奈, 渡士 幸一, 高橋 宜聖, 四柳 宏, 氣駕 恒太朗
Organizer
第96回日本細菌学会総会, 2023.3.16（木）-18（土） アクリエ姫路, ポスター
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[Presentation] Endless battle between phage and bacteria: discovery of bacterial defense system and phage anti-defense system2023
Author(s)
Aa Haeruman Azam, Kohei Kondo, Tomohiro Nakamura, Shinjiro Ojima, Azumi Tamura, Wakana Yamashita, Koichi Watashi, Yoshimasa Takahashi, Longzhu Cui, Kotaro Kiga
Organizer
第96回日本細菌学会総会, 2023.3.16（木）-18（土） アクリエ姫路, 口頭
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[Presentation] 大腸菌に感染する広域宿主域バクテリオファージの単離と性状解析2023
Author(s)
小島 新二郎, 田村 あずみ, 山下 和可奈, Azam Aa Haeruman, 近藤 恒平, 中村 暢宏, 岩野 英知, 高橋 宜聖, 渡士 幸一, 氣駕 恒太朗
Organizer
第96回日本細菌学会総会, 2023.3.16（木）-18（土） アクリエ姫路, ポスター
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[Presentation] ファージ由来溶菌酵素の殺菌力と作用域の調査2023
Author(s)
山下 和可奈, 小島 新二郎, アア ハエルマン アザム, 近藤 恒平, 中村 暢宏, 田村 あずみ, 渡士 幸一, 崔 龍洙, 常田 聡, 氣駕 恒太朗
Organizer
第96回日本細菌学会総会, 2023.3.16（木）-18（土） アクリエ姫路, ポスター
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