病原性細菌は依然として公衆衛生に大きな脅威を与えており、病原性細菌蔓延を制限し、感染症の発生を防ぐためには、正確で迅速な診断および分離株の分類が非常に重要である。現在の日常業務では、単離および同定は大部分が臨床微生物学的検査室で行われ、検証およびさらなる特徴付けは、国内または地域の検査室で、様々な種特異的方法を用いて行われる。病原性細菌のタイピングとサーベイランスは、主にセロタイピングやパルスフィールドゲル電気泳動（PFGE）のような、確立され標準化された表現型および分子タイピング方法に依存している（ref.1、2）（参考）。しかしながら、単離体を十分に識別するには、表現型および遺伝子型の両方のいくつかの異なるタイピング技術からのタイピング結果を組み合わせることが通常必要である。結果として、監視およびアウトブレイク検出のために適切なタイピングを実行することは面倒であり、時間がかかり、そして高価である。
（一段落省略）
WGSは理論的には細菌ゲノムの特徴のみに基づいて診断やタイピングを可能にする詳細な情報を提供するが、生成された大量のシーケンスデータから適切な情報を定義し抽出することは難しい。したがって、日常的な診断、タイピング、およびサーベイランスのためのWGSデータの使用を容易にするためには、限られたバイオインフォマティクススキルのみ持つ医師や公衆衛生専門家が簡単に解釈できる臨床関連情報にシーケンスデータを自動的かつ迅速に変換できることが重要になる 。（一部略）
この研究では、概念実証として、デンマークにおけるベロサイトトキシン産生大腸菌（VTEC）感染の日常的なタイピング、サーベイランス、およびアウトブレイク検出に対するWGSの有用性を実証する。 VTECは、志賀毒素産生性大腸菌（STEC）としても知られているが、通常は汚染された食物や水の摂取、あるいは人と人との接触によって広まる。迅速で信頼性の高い診断と集団発生集団の検出は、管理にとって最も重要になる。 VTEC感染は血性下痢を引き起こし、場合によっては溶血性尿毒症症候群（HUS）を引き起こす。これは腎不全、血小板減少症、および微小血管障害性溶血性貧血を特徴とし、幼児にとって致命的になる。 VTECの病原性は、志賀毒素（Stx）と他の多くの病原性因子によって促進される（ref.5、6）。
7週間の期間中に、デンマークの患者由来VTEC分離株のリアルタイムベンチトップシーケンスを実行した。研究期間中、デンマークでは、小規模の大腸菌O157：H7のアウトブレイクが発生し、合計13のVTEC株が単離された。 VTEC発生株はまれな毒素サブタイププロファイル（eae、vtx1a、およびvtx2a）と高い割合のHUS症例（62％）を有しており、毒素サブタイププロファイリングがVTEC株の発生調査およびリスク評価において重要であることが証明された。
この論文では、このWGSベースのタイピングアプローチがVTEC感染症の現在の日常的なタイピングの優れた代替手段であり、現在の日常的なタイピングの結果に匹敵するタイピング結果を迅速に生み出すことを示している。このアプローチは他の病原体にも適用可能であり得る。さらに、WGSデータから大腸菌の病原性遺伝子を自動検出および抽出するために作成された新しいCGE WebツールであるVirulenceFinderを紹介する。
使い方
CGE Server にアクセスする。
種と検出下限閾値、最小サイズを指定する。データベースのベストマッチが検出下限閾値以下だったり、ヒットした領域の長さが最小サイズ以下だと破棄される。
調べるデータの種類を指定する。アセンブル済みの配列（contig）かシーケンシングリードを指定する。以下のシーケンシングプラットフォームのリードに対応している。
- Illumina Solexa single end reads
- Illumina Solexa paired end reads
- Roche 454 single end reads
- Roche 454 paired end reads
- Ion-torrent single end reads
- SOLiD single end reads
- SOLiD paired end reads
- SOLiD mate paired reads
- Pacific Biosciences (PacBio)
- Oxford Nanopore
出力
ヒットしたVirulence factor名、相同性、長さ、Virulence factorが見つかったcontig名などがレポートされる。右端のアクセッションナンバーはNCBIにリンクしており、クリックすると登録されている遺伝子にジャンプする。
引用
Real-Time Whole-Genome Sequencing for Routine Typing, Surveillance, and Outbreak Detection of Verotoxigenic Escherichia coli
Katrine Grimstrup Joensen,corresponding authora,b Flemming Scheutz,b Ole Lund,c Henrik Hasman,a Rolf S. Kaas,a,c Eva M. Nielsen,b and Frank M. Aarestrupa
J Clin Microbiol. 2014 May; 52(5): 1501–1510
