大阪大学微生物病研究所松本悠希特任研究員（常勤）と中村昇太特任准教授（常勤）らの研究グループは、琉球大学大学院医学研究科の金城武士助教らと共同で、少量のデータで非結核性抗酸菌(NTM;Non-TuberculousMycobacteria)の菌種を迅速・正確に見分ける（同定する）手法を開発しました。

NTMとはマイコバクテリウム属細菌 のうち結核菌群やらい菌を除いた種の総称であり、人の肺や皮膚にNTM症 を引き起こす病原体として知られています。菌種・亜種ごとに治療方針が異なるため、適切な治療を行うためには亜種レベルでの正確な同定が必要となりますが、多種多様なNTMの亜種を正確に同定できる方法はこれまで存在していませんでした。

今回、中村特任准教授らの研究グループは、大規模なゲノムシーケンス （図1） によってNTMのゲノムデータベースの拡張、さらにMLST(Multi-Locus Sequence Typing) と呼ばれる、ゲノム配列を比較して同定を行う手法とあわせて用いることで、正確 （図2A） かつ迅速 （図2B） にNTMを同定する手法を開発しました。今回の研究成果により、10分程度のシーケンスで得られるごく少量のデータから、175種にも及ぶNTMの正確な同定が可能となりました。また、NTM症患者から分離されたNTMについて、従来の手法では同定できなかった16株を含む29株すべてを亜種レベルまで同定することに成功しました。

本研究成果により、NTMが正確に同定されることで、NTM症患者は病原体に応じた適切な治療を受けられるようになることが期待されるとともに、同定にかかる時間が劇的に短縮される可能性があります。これにより、NTM症の早期発見による予防や新たな治療方法の確立へ貢献することが期待されます。

本研究成果は、英国科学誌「Emerging Microbes & Infections」に、2019年7月9日（火）に公開されました。

図1　NTM同定のワークフロー。
MinIONシーケンサー(図中央)を用いてゲノム配列を解読し、同定を行う。

図2
A）従来手法(左)と今回開発した同定法（右）の比較。白い点が相同性の高いスコア、つまりターゲットとなる菌種である可能性が高いことを表す。従来法では複数の種に対して高いスコアを示したのに対し、今回開発した手法ではターゲットとなる種に対してのみ高いスコアを示した。
B）データ量と同定スコア。今回開発した手法ではX軸の値が低い位置でも同定スコアがプラトーに達しており、極めて少ないデータ量で菌種を同定できていることがわかる。
図は論文中より抜粋。

マイコバクテリウム属細菌はさまざまな感染症を引き起こすことが知られており、大きく分けて結核を引き起こす結核菌、ハンセン病の原因となるらい菌、そしてそれら以外の非結核性抗酸菌(NTM;Non-Tuberculous Mycobacteria)の3つに分類されます。NTMは主に呼吸器感染症を引き起こしますが（肺NTM症）、本邦を含め世界的にその罹患率の増加が報告されています。結核菌、ハンセン病については予防法や治療法が確立されているのに対して、NTM症にはいずれの対策も十分に確立されていないことから、公衆衛生上、重要な感染症に位置付けられています。NTM症の治療方針を立てる上でまず重要なことは原因菌種・亜種の同定ですが、従来法では亜種レベルまでの正確な同定はできないのが問題となっていました。

中村特任准教授らの研究グループでは、複数の遺伝子の塩基配列を同定に用いるMLSTをマイコバクテリウム属細菌の同定に応用することで、極めて高速・高精度な同定を可能にする手法を新たに開発しました。またそれを実現するために、ゲノム情報が十分に知られていなかった63種のNTMについて、最新の次世代シーケンシング技術 を用いることで、全ての菌種においてほぼ完全長のゲノム配列を得ることに成功しています。得られたゲノム配列は同定のためのデータベース構築に利用されたほか、それらを比較解析することにより、歴史的経緯から過去にM.terraeとして統合されていたM.novumがゲノム配列の観点から別種である可能性などが新たに示唆されました。

本研究成果により、NTMが正確に同定されることで、NTM症患者は病原体に応じた適切な治療を受けられるようになることが期待されます。肺NTM症の中でも特に難治性で、近年本邦で増加しているM.abscessusは、日常診療レベルではこれまで亜種レベルの同定ができなかった種の一つですが今回の成果により、同定が可能となりました。

また本研究成果を応用することにより同定にかかる時間が劇的に短縮される可能性があります。現在一般的に行われているNTM同定では、まず細菌を特別な培地で培養することで単離してくる必要がありますが、NTMは生育の極めて遅いものもおり、培養には数か月を要することもあります。本研究成果は少量のデータからでも菌種同定が可能であるため、NTM症患者の喀痰などに含まれるわずかなゲノムDNAから、培養なしに直接NTMの同定を成し得る可能性があります。これによりNTM症の早期発見による予防や新たな治療方法の確立へ貢献することが期待されます。

NTMは我々の非常に身近な水場や土壌にも生息しているため、感染のリスクはどうしても避けられません。NTMはとても強固な細胞壁を持っているため、抗生物質に強い耐性を示すものが多く、一度症状が進行してしまうと、完治まで非常に長い時間がかかることが知られています。本研究の成果の応用がNTM症の早期発見に繋がり、患者の皆様の治療に生かされることを期待します。

本研究成果は、2019年7月9日（火）に英国科学誌「Emerging Microbes & Infections」（オンライン）に掲載されました。
タイトル：“Comprehensive subspecies identification of 175 nontuberculous mycobacteria species based on 7547genomic profiles”
著者名：Yuki Matsumoto, Takeshi Kinjo, Daisuke Motooka, Daijiro Nabeya, Nicolas Jung, Kohei Uechi, Toshihiro Horii, Tetsuya Iida, Jiro Fujita, Shota Nakamura

なお、本研究は、沖縄感染症事業，革新的先端研究開発支援事業（AMED-CREST）、戦略的情報通信研究開発推進事業（SCOPE）ならびに科学研究費助成事業の一環として行われ、琉球大学大学院医学研究科藤田次郎教授との共同研究として行われました。