大阪大学産業科学研究所の谷口正輝教授、微生物病研究所の松浦善治教授（現：感染症総合教育研究拠点拠点長・特任教授（常勤））、大学院医学系研究科の朝野和典教授（現：大阪府立健康安全基盤研究所理事長）らの研究グループは、AIとナノポアの革新的融合技術の開発により、唾液の5分間計測で、新型コロナウイルスを90%以上の感度・特異度で診断できることに成功しました。

ワクチンと治療薬とともに、迅速で高い精度の検査法は、新型コロナウイルスの蔓延を防止するために必要です。早さと精度の両方を満たす新型コロナウイルス検査法がないことが、病院での即時診断や、多くの人が集まる場所でのスクリーニング検査の大きなハードルとなっていました。

今回、谷口教授らの研究グループは、1個のウイルスを電気的に検出して識別する革新的技術を開発することにより、新型コロナウイルス患者の唾液検体の5分間の計測で、感度90%、特異度96%を達成しました。これにより、臨床現場即時診断とスクリーニング検査が実現されると期待されます。

本研究成果は、英国科学誌「Nature Communications」に、6月17日（木）18時（日本時間）に公開されました。

図. 新型コロナウイルス検査の原理。電流波形を機械学習する

ワクチンと治療薬とともに、検査は、新興感染症の蔓延を防ぐために必須です。現在、ＰＣＲ検査が、新型コロナウイルス検査として使われていますが、検査のスピードと精度に課題がありました。

谷口教授らの研究グループでは、1個のウイルスを電流で計測できるナノポアと、電流波形を学習するAIを融合させることで、1個のウイルスを高速・高精度に識別するAIナノポア技術を開発しました。AIナノポアにより、培養されたSARS、MERS、SARS-2、229Eコロナウイルスを高精度に識別し、唾液検体を5分間計測するだけで、陽性・陰性を感度90%・特異度96%で検査できることを実証しました。また、培養された新型コロナウイルスとインフルエンザウイルスＡ型の高精度な識別にも成功しました。このように、AIナノポアは異なるウイルスをAI学習することで新規の病原体検出法も迅速に構築することが可能であり、今後起こりうる新興感染症に素早く対応できると期待されます。

本検査法を用いた大規模フィールドテストを2021年の春のセンバツ高校野球で実施し、PCR検査との一致率100%を達成しました。本研究成果により、新型コロナウイルスの臨床現場即時診断とスクリーニング検査の実現が期待されます。

本研究成果は、2021年6月17日（木）18時（日本時間）に英国科学誌「Nature Communications」（オンライン）に掲載されました。

タイトル：“Combining machine learning and nanopore construction creates an artificial intelligence nanopore for coronavirus detection”
著者名：Masateru Taniguchi, Shohei Minami, Chikako Ono, Rina Hamajima, Ayumi Morimura, Shigeto Hamaguchi, Yukihiro Akeda, Yuta Kanai, Takeshi Kobayashi, Wataru Kamitani, Yutaka Terada, Koichiro Suzuki, Nobuaki Hatori, Yoshiaki Yamagishi, Nobuei Washizu, Hiroyasu Takei, Osamu Sakamoto, Norihiko Naono, Kenji Tatematsu, Takashi Washio, Yoshiharu Matsuura, and Kazunori Tomono
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-021-24001-2

なお、本研究は、AMEDウイルス等感染症対策技術開発事業（実証・改良研究支援）／ナノポア技術と機械学習を用いた新型コロナウイルス検査法に関する研究の一環として行われ、微生物病研究所　松浦善治教授（現：感染症総合教育研究拠点拠点長・特任教授（常勤））、大学院医学系研究科　朝野和典教授（現：大阪府立健康安全基盤研究所　理事長）、大阪大学医学部附属病院、阪大微生物病研究会（BIKEN財団）、アイポア株式会社、株式会社アドバンテストの協力を得て行われました。