真菌性血流感染症は生命を脅かす可能性があり、原因となる真菌種を正確に同定することは、臨床医が適切な治療を行ううえで重要です。日本の研究者たちは、Microbiology Spectrum 誌に最近公表された研究の中で、従来の方法よりもはるかに迅速に血液サンプル中の真菌種を同定する革新的なワークフローを開発しました。彼らのアプローチは、各患者が特定の真菌感染症に最も適した治療を可能な限り早く受けられるよう支援する可能性があります。
Our method may enable clinicians to initiate appropriate antifungal treatment earlier, potentially improving outcomes for patients with life-threatening fungal bloodstream infections
Hiroki Takahashi
血流感染は入院患者にとって継続的な脅威であり、特に真菌によるものは危険度が高いです。世界の侵襲性真菌感染症の多くの原因は Candida 属の菌種であり、院内で発生する血流感染症の主要な原因の一つとして全体の上位に位置づけられています。異なる真菌種は抗真菌薬への反応が異なることがあるため、治療を開始する前に感染の原因となる真菌を正確に同定する努力が医師には求められます。
しかし従来の診断は血液培養に依存しており、患者の血液を培養して微生物が検出可能なレベルまで成長させる必要があります。この過程とその後の同定検査を合わせると、完了までに数日を要することがあります。この待機期間の間、臨床医は広域の抗真菌薬を投与したり、より標的を絞った治療を開始するのを待つことが多くなります。
この課題に対応するため、日本の千葉大学医学真菌学研究センターの高橋教授が率いる研究チームは、病原真菌をより迅速に同定するワークフローを開発しました。研究は千葉大学の Isato Yoshioka 博士、Momotaka Uchida 博士、Professor Akira Watanabe、Takashi Yaguchi 博士らと共同著者として発表されています。
提案されたワークフローは、まだ培養が続く血液培養サンプルを対象とする3つの主要ステップから成ります。まず、研究者らはヒトの細胞を選択的に分解し、ベンゾナーゼと呼ばれる酵素を用いてヒトDNAを分解します。真菌と細菌のDNAには影響を及ぼさず、これによりサンプル中の微生物DNAの割合がヒトDNAに対して大幅に高まります。次いで、研究者らはPCRベースの全ゲノム増幅を用いて、サンプル中のゲノム全体からDNA断片を多数コピーし、シーケンスに十分な遺伝物質を生み出します。
増幅されたDNAは、携帯型デバイス上でのナノポアシーケンシングに読み込まれます。ナノポアシーケンシングは、DNA分子がナノスケールの孔を通過する際に配列を決定する技術です。従来のランを完了してから結果を評価する必要があるシーケンス法と異なり、ナノポアシーケンシングは走査が進行する間、リアルタイムでDNA配列データを生成します。得られた配列は、血流感染症に関連する真菌および細菌病原体を含む幅広い微生物の遺伝情報を含むカスタム参照データベースと照合して解析されます。 「配列解析とゲノミクスのバックグラウンドを持つ私は、この専門知識を、臨床上の重要な課題である真菌感染症の理解、診断、そして最終的な治療の改善に活かせる機会を見出しました」と高橋教授は説明します。「現代のゲノム技術を用いて、これらの感染症の理解、診断、治療を改善する可能性に特に動機づけられました」と語っています。
8種類の真菌種を代表する48件の臨床血液培養サンプルを用いた試験では、提案されたワークフローは約7時間程度で種レベルの同定を達成し、驚くべき高い精度を示しました。特に、Candida albicans、Nakaseomyces glabratus、Candida parapsilosis、Candida tropicalis、Cryptococcus neoformans などの多様な真菌病原体を同定できることが分かりました。さらに、一部のサンプルでは、2つの真菌種が混在する感染や、真菌と細菌の混合感染を含む混合感染を検出しています。
この新規アプローチの重要な特徴は、その迅速さです。従来の培養系が陽性になる前に、血液培養サンプルから直接真菌病原体を同定できる可能性があるのです。「私たちの方法は、臨床医が適切な抗真菌薬治療をより早く開始できるようにし、生命を脅かす真菌性血流感染症の患者の転帰を改善する可能性がある」と高橋教授は述べています。さらに、このワークフローが病原体の全ゲノムを捕捉するため、薬剤耐性に関連する遺伝子の変異を検出することもできます。
研究者らは、培養中の最適なサンプル採取時期を決定し、混合感染で細菌の強い増殖により真菌信号が覆い隠される場合の検出を改善するためのさらなる検証が必要だと指摘しています。さらなる検証が進めば、致命的な真菌感染症の迅速診断手順の開発に寄与し、効果的な治療開始の遅延を短縮し、最終的には影響を受けた患者のケアの改善につながる可能性があります。
出典: 千葉大学
