腸内細菌科（エンテロバクター科）のプラスミド同定ツール PlasmidFinder

　プラスミドは、自律複製が可能であり、異なるバクテリア種とクローンとの間で移動可能な二本鎖の環状または線状DNA分子である。既知のプラスミドのほとんどは、抗生物質耐性または病原性遺伝子のようなバクテリア宿主上で陽性選択される表現型を付与するため、同定されてきた。このような特徴は、異なる起源および地理的起源のバクテリア間で異なるプラスミド型の普及を助けている。抗微生物耐性遺伝子または病原性遺伝子を保有するプラスミドを獲得することによって、毒性または多剤耐性細菌クローンの蔓延が大幅に変わる可能性がある。したがって、異なるバクテリアクローンの分子疫学を研究するだけでなく、転移可能なプラスミドの分子疫学を研究し、理解することも重要である。この特定の目的のためには、プラスミドタイピングシステムが必要である。

　ほとんどのプラスミドは、複製をアクティブにし制御することができる機能をコードするレプリコンと呼ばれる特定の領域を含む（論文より　ref.1）。 2005年以来、腸内細菌科のメンバー（ref.2）に存在する主要なプラスミドファミリーのレプリコンを、multiplex PCRでターゲットにするPCRベースのレプリコンタイピング（PBRT）スキームが利用可能である。この方法は当初、腸内細菌科（Enterobacteriaceae）の18の主要非適合性（Inc）群に属するプラスミドのレプリコンを検出するために開発された（ref.3）。より最近では、新規レプリコンおよびプラスミド型が全ゲノムおよびプラスミドハイスループットシーケンスによって同定され、PBRTを25の異なるレプリコン（ref.4、-9）の同定にまで拡張した。しかしながら、この方法はmultiplex PCRに基づいており、これはさらに多くの群をカバーするためには困難であり、特にこの変異がプライマー結合部位内にある場合にはレプリコン変異体の検出には必ずしも適していない。（すなわち、耐性遺伝子含量、multilocus sequence typing [MLST]、系統樹、血清型などによって決定される配列タイプ[ST]）、plasmid typing（PBRTまたは縮重プライマーMOBタイピング[ 10]による）は、疫学調査中に無関係な関連株の比較分析に使用されている。

（２段落省略）

　ここでは、腸内細菌科のプラスミドの迅速な同定に有用な2つの新しい使いやすいWebツールの設計について説明する。このツールは、プラスミドに関連する抗菌剤耐性の広がりの疫学的および臨床的微生物学的研究にとって重要である。現在、GenBankで利用可能なプラスミド配列の大部分は自動的にアノテーションされており、多くの場合、レプリコン配列の注釈はプラスミド分類スキーム（Incグループまたはrelaxaseグループ）を参照していない。従って、BLASTnによるNCBIへの直接的なsubmitは、研究中のプラスミドの系統を認識するために容易に使用することができない。　　　PlasmidFinder Webツールは、微生物学者に管理された、全ゲノムシーケンス（WGS）から腸内細菌科由来のプラスミドを同定するキュレートされたプラスミドレプリコンのデータベースであり、バイオインフォマティクススキルを要求するハイスループットのrawシーケンスリードやアセンブリコンティグ、アセンブリされたサンガー配列の使用なしに利用することができる。PlasmidFinderは、WGS内のレプリコンの検出だけでなく、研究中のプラスミドをIncグループの既存情報系統にアサインし、可能な基準プラスミドを示唆する。pMLST Webツールは、現在利用可能なpMLSTスキームを持つ5つの非互換性グループについて、同じ種類のデータに対してpMLST解析を実行できる。

Bitbucket

https://bitbucket.org/genomicepidemiology/plasmidfinder

BinPacker に関するツイート

マニュアル

https://cge.cbs.dtu.dk/services/PlasmidFinder/instructions.php

webサーバ（使用法はIntroduction参照）

https://cge.cbs.dtu.dk/services/PlasmidFinder/

データをアップロードする。入力はcontigのFASTAか、NGSのリード(454、illumina、Ion torrent、SOLiD）。

指定した相同性の範囲内でplasmidとhitしたcontigが表示される。

f:id:kazumaxneo:20171218114715j:plain

出力の詳細は公式の説明を参照。

https://cge.cbs.dtu.dk/services/PlasmidFinder/output.php

ローカルへのインストール

git clone https://bitbucket.org/genomicepidemiology/plasmidfinder.git 
cd plasmidfinder

cd /path/to/plasmidfinder 
./INSTALL_DB test_database

# Check all DB scripts works, and validate the database is correct
./UPDATE_DB test_database
./VALIDATE_DB test_database

#Perlbrew is used to manage isolated perl environments. To install it run: 
bash brew.sh

#At last PlasmidFinder has several Perl dependencies. To install them (this requires CPAN minus as package manager): 
make install 


perl plasmidfinder.pl #動作確認