薬剤耐性（AMR）は、感染症を予防および治療する能力を損ない、世界的な公衆衛生の脅威になる[ref.1]。現在、抗生物質耐性による世界中の年間死亡者数は、2050年までに1,000万人を超えると推定されている[ref.2]。これに対応して、多くの国内および国際機関は、クリニックおよび環境設定の両方で監視を拡大することを求めている。特に、環境モニタリングは、抗生物質耐性細菌と抗生物質耐性遺伝子（ARG）の人間と農業のインプットだけでなく、耐性病原体の進化と拡散に寄与する要因についての洞察を提供する。（一部略）
分子ベースのモニタリングは、環境内の抗生物質耐性を追跡するための培養ベースの技術よりも多くの利点を提供する。これは、複雑な微生物群集内のARGの運搬と移動に関する豊富な情報を回収できる可能性に関して特に当てはまる。培養ベースの手法は時間がかかり、一度に1つの対象種に関する情報のみを提供するため、AMRの拡散に寄与する重要な微生物生態学的プロセスを見落とす可能性がある。したがって、細菌宿主を超越することを懸念する「汚染物質」としてARGを直接ターゲットにすることが人気を集めている。特に、水平遺伝子導入（HGT）[ref.7]は、新しい耐性株の出現と微生物生態系におけるAMRの普及[ref.8]で重要な役割を果たす。細菌間でのARGの細胞間移動は、トランスポゾン、プラスミド、インテグロンなどの可動性遺伝因子（MGE）を介して促進される[ref.9]。インテグロンは、複数のARGの捕捉を促進するため、重要な遺伝的要素であり、したがって多剤耐性の普及の媒体として効果的に機能する[ref.10]。 HGTに関与するメカニズムには、接合、形質転換、形質導入、および相同組換えが含まれ、DNAは転位、複製、および統合によって組み込まれる[ref.9]。
多剤耐性は、主要な臨床的課題として浮上している。たとえば、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）は、特にバンコマイシンに耐性がある場合、主要な病院感染症の原因であり、治療の選択肢はほとんどない[ref.11]。最近、ニューデリーメタロベータラクタマーゼ（blaNDM-1）は、強力なラストリゾートカルバペネム抗生物質に対する耐性をコードし、多剤耐性に関連する非常に可動性の高い遺伝エレメントに搭載されているため、主要な関心事として浮上している。この例は、理想的には、モニタリング技術により、ARGの迅速かつ堅牢な特性評価、およびMGEとの関連性、多剤耐性、病原体宿主による保菌を提供する必要があることを強調している。この点で、ショットガンメタゲノムシーケンス手法は、さまざまな環境で見つかった多様なARGアレイの特性評価の有望なツールとして登場した[ref.4、15、16、17]。特に、イルミナプラットフォーム[ref.18]や454パイロシーケンシング[ref.19、20]などのハイスループット次世代DNAシーケンス技術により、環境でのARGモニタリングの新しい次元展開が可能になった。
（複数段落省略）
ナノポアのロングリードは、共起とモビリティの可能性の観点からARGのコンテキストを調査するユニークな機会を提供する。キメラ配列を生成する可能性のあるショートリードの新規アセンブリ[ref.48]とは異なり、ナノポアシーケンスは本質的に長い配列を生成するため、キメラの可能性が低下する。したがって、ナノポアシーケンスは、ARG、MGE、およびMRGの共存を特定するための強力なツールになる可能性がある。このようなアプローチは、環境モニタリングのアプローチを大幅に進歩させ、ARGおよび他の関連遺伝子と遺伝要素の同時発生と共選択を通じてAMRの潜在的な普及に関する洞察を提供する[ref.49,50,51]。また、ARGとMGEの同時発生により、HGTなどの目的の遺伝的事象の証拠を追跡できる[ref.46]。
ここでは、ナノポアシーケンスデータを使用して環境サンプル中のARGの包括的なプロファイリングを可能にするユーザーフレンドリーなオンラインプラットフォームであるNanoARGを紹介する。包括的なARGプロファイリングに加えて、NanoARGは、MRG、MGE、分類マーカー、既知の病原体との類似性が高い配列の識別、および同じDNA鎖上のこれらのさまざまな要素間の結合のインタラクティブな視覚化も提供する。環境ARGプロファイリングに対するNanoARGの可能性を実証するために、環境および臨床サンプルを含むいくつかのナノポアシーケンスライブラリを分析した。 Webサービスはhttps://bench.cs.vt.edu/nanoargから無料で入手できる。ナノポアシーケンスデータをアップロードして処理するには、ユーザーログインとサブスクリプションが必要である。
使い方
https://bench.cs.vt.edu/nanoarg/#/にアクセスする。
Loginする。初回はユーザー登録が必要。
Loginしたらプロジェクトを作成する。
続いてview projectをクリック。少しわかりにくいが、この緑のAdd Sampleをクリックする。
nanoporeの1D、または2D / 1D2のリードのFASTAをアップロードする。
nextを押して次に進めていく。
しばらくたつと結果が表示される。
リード長分布
Antibiotic resistance hits distribution
Distribution of Metal Resistance Genes (MRGs)
１プロジェクトに複数のデータをアップして、比較解析できるようになっています。マニュアルを読んでみてください。
引用
NanoARG: a web service for detecting and contextualizing antimicrobial resistance genes from nanopore-derived metagenomes
Arango-Argoty GA, Dai D, Pruden A, Vikesland P, Heath LS, Zhang L
Microbiome. 2019 Jun 7;7(1):88
