macでインフォマティクス

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HTS (NGS) 関連のインフォマティクス情報についてまとめています。

ロングリードシークエンシングから環状プラスミドを同定しARGsなどのアノテーションをつける PlasmIdent

2020 mSphere plasmid clinical and diagnostic bacteria bacterial annotation automated pipeline 結果の視覚化 (visualization) 抗生物質耐性遺伝子 (ARGs) docker

 

 

　多剤耐性菌の感染は、多くの場合、治療の選択肢が限られているか、あるいは全くないままである。細菌種間での遺伝子の水平移動によるプラスミドの移動は、抗生物質耐性遺伝子（ARG）拡大の重要なモードを表している。ここでは、複数の細菌種内および細菌種間での抗生物質耐性プラスミドの移行と迅速な進化を監視するために、病院でのナノポアシークエンシングの適用を実証している。2009年には、カルバペネマーゼをコードするbla IMP-8遺伝子を持つ、広範囲の多剤耐性緑膿菌が発生した。2012年には、同遺伝子を保有するCitrobacter freundiiとCitrobacter cronaeが初めて検出された。NanoporeとIlluminaシークエンシングを用いて、当院で6年間に分離された全bla IMP-8菌（n = 54）の比較解析を行った。臨床分離株のNanoporeベースの特徴付けとARG転写のモニタリングのために、ゲノムとプラスミドのde novoアセンブリ、プラスミドの環状化、ARGのアノテーション、複数の分離株の比較ゲノム解析、および結果の可視化からなる計算プラットフォームplasmIDentを開発した。plasmIDent を用いて、P. aeruginosa と C. freundii において bla IMP-8 を保持した 40kb のプラスミドを同定し、プラスミド導入を確認した。C. freundiiでは、このプラスミドはさらに進化し、プラスミド融合を経て164kbのメガプラスミドが得られ、C. cronaeに移植された。以上のことから，当院ではプラスミド導入，プラスミド融合，ARGカセットの複数のリアレンジメントが日和見病原体の急速な進化を媒介していることが明らかとなった。

　多剤耐性菌の感染は世界的な健康への大きな脅威である。多剤耐性菌の感染は世界的に大きな脅威となっている。多剤耐性菌クローンの拡散は病院で頻繁に研究されているが、異なる細菌種間の移動性遺伝的エレメントの移行を監視することは、最近のシークエンシング技術の進歩まで困難だった。本研究では、ドイツの病院で6年間に渡って発生した多剤耐性緑膿菌、Citrobacter freundii、Citrobacter cronaeの長期発生における抗菌薬遺伝子の移動を追跡するために、ナノポア・シーケンス技術を適用した。著者らは、ゲノムとプラスミドのデノボアセンブリ、抗菌薬耐性遺伝子のアノテーションと可視化、比較解析を可能にする新しい計算機パイプライン、pathoLogicを開発した。この手法を用いて、異なる細菌種間でのプラスミド転移、プラスミド融合、抗菌抵抗性遺伝子カセットの頻繁なリアレンジメントを検出した。本研究では、病院内でのプラスミドを用いた抗菌薬耐性遺伝子の移動をほぼリアルタイムで追跡することが可能であり、プラスミドを媒介としたアウトブレイクへの対策が可能であることを示した。

 

本パイプラインは、細菌のゲノムアセンブリ中の環状プラスミドを同定するためのパイプラインで、ロングシークエンシングリードをプラスミドの候補に合わせることで、環状プラスミドを同定する。ロングリードがオーバーラップして環状プラスミドが確認されると、抵抗性遺伝子が同定され、追加のパラメータが計算される。パイプラインには以下のステップが含まれている。

  • Glimmer3による遺伝子予測
  • CARD Database RGIにおける抗生物質耐性遺伝子の同定
  • アセンブリに対するロングリードアライメント
  • Mosdepthによるカバレッジ分析
  • GC含有量とGC skew
  • プラスミドのギャップに重なるリードの同定、環状のリードを示す

 

インストール

依存

  • Linux or Mac OS
  • Java 8.x
  • Docker or Singularity container application or Conda package manager

Github

#1 docker imageをpull (dockerhub)
docker pull caspargross/plasmident
#run
docker run -it caspargross/plasmident

#2 docker imageへのjavaのインストール
apt update && apt install default-jre

#3 docker imageへのnextflowのインストール
curl -s https://get.nextflow.io | bash 
mv nextflow /usr/local/bin

#=> exitしてcommitした
docker commit xxxxxxx kazumax/plasmident

 

テストラン

docker run -itv $PWD;/data -w /root kazumax/plasmident
 
#レポジトリの取得
cd /root
git clone https://github.com/imgag/plasmIDent
cd plasmIDent/
nextflow run ../plasmIDent/ --input data/test_file_list.tsv

出力

f:id:kazumaxneo:20200824010435p:plain

f:id:kazumaxneo:20200824010443p:plain

tesData_summary.csv

f:id:kazumaxneo:20200824010541p:plain

 

引用
Tracking of Antibiotic Resistance Transfer and Rapid Plasmid Evolution in a Hospital Setting by Nanopore Sequencing

Silke Peter, Mattia Bosio, Caspar Gross, Daniela Bezdan, Javier Gutierrez, Philipp Oberhettinger, Jan Liese, Wichard Vogel, Daniela Dörfel, Lennard Berger, Matthias Marschal, Matthias Willmann, Ivo Gut, Marta Gut, Ingo Autenrieth, Stephan Ossowski

mSphere. 2020 Aug 19;5(4)

 

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