2018年11月16日(金)

手のひらサイズの遺伝子解読機、感染症の現場に

コラム(ビジネス)
科学&新技術
2018/8/23 11:30
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NIKKEI BUSINESS DAILY 日経産業新聞

手のひらにのる遺伝子解読装置を使って、自分の病気を調べる――。そんな時代が10年後にやってくるかもしれない。この装置は次々世代シーケンサーと呼ばれる。現在、主流の次世代型の遺伝子解読装置に比べて精度で劣るものの、血液などから短時間で遺伝情報を解読できる。細菌感染症の早期診断やマラリア治療薬の効きやすさの判定、難病の診断に応用する研究が進んでいる。

東海大学の今西教授のグループは手のひらサイズの遺伝子解読装置で細菌の種を判定する研究を進める

東海大学の今西教授のグループは手のひらサイズの遺伝子解読装置で細菌の種を判定する研究を進める

「できるだけ早く医療現場に応用したい」――。東海大学医学部の今西規教授は手のひらにのる小さな「MinION(ミナイオン)」という次々世代の遺伝子解読装置を使って、感染症の原因となる細菌の種類を判定する臨床研究を9月にも開始する。

高齢者がかかりやすい肺炎や敗血症などの患者約500人を対象に、どんな細菌の種類に感染しているか調べる。

感染している細菌の種類を判定するには、現在、患者の血液などから採取した細菌を培養して調べている。ただ、2日ほど時間がかかるうえ、培養できない細菌も存在する。有効な抗生物質の投与が遅れ、効かない薬を長期間投与し続けることで薬剤耐性菌が現れるリスクが高まる。このため、できるだけ早く感染症の原因菌を判定する方法が求められている。

今西教授らは、ミナイオンと2台のノート型パソコンをつないだシステムで、患者の血液などから抽出したDNAを使って、2時間以内に細菌の種類を判定する。医師はこの結果を参考にして患者の症状などから、有効と思われる抗生物質を投与。どのくらいの患者が回復したかを3年ほどかけて調べる。

ミナイオンは英国のオックスフォード・ナノポアテクノロジーズが3年ほど前に本格的に販売を開始した。樹脂製の膜にナノ(ナノは10億分の1)サイズの超微細な穴が開いたたんぱく質が埋め込んである。この穴を糸状の長いDNAが通過するとき、「アデニン(A)」、「チミン(T)」、「シトシン(C)」、「グアニン(G)」という4種類の塩基という物質からなる遺伝情報を電流の値の違いとして読み取る。

一方、現在、がん患者の個別化医療などに使われている「次世代シーケンサー」は、化学反応を利用して遺伝情報を読んでいる。次々世代シーケンサーは、次世代型より装置が安価で小型、短時間で遺伝情報を解読できるメリットがある。ただ、精度は92~95%で次世代型のほぼ100%に比べて劣る。

今西教授は「次世代シーケンサーでは2日はかかる細菌種の判定が、ミナイオンなら2時間以内で済む。臨床研究を経て医療現場に導入するには5年以上はかかるだろう」と話す。

「病院などの医療施設がない地域で感染症が流行したとき、現地に携帯型の装置を持って行き、その場で治療薬が効くかどうかを判定するのに使える」と東京大学の鈴木穣教授は話す。

鈴木教授らは、インドネシアで熱帯熱マラリアの原因となる原虫が、マラリアの標準的な治療薬(アルテミシニン)に対して治療効果を弱める遺伝子変異を持っているかどうかを調べている。

インドネシアのサムラトランギ大学と共同で熱帯熱マラリア患者の血液を集め、ミナイオンでアルテミシニンの耐性に関係する遺伝子にどんな変異が生じているか調査中だ。

次々世代シーケンサーは、DNAを構成する塩基を一度に1万個以上も読めるので、難病患者の原因遺伝子の特定に役立つのではないかと期待されている。

横浜市立大学の三橋里美助教は、体の筋肉が衰える筋ジストロフィーの中でも成人に多い「顔面肩甲上腕型筋ジストロフィー」という病気の診断にミナイオンが使える可能性を示した。この病気でない人は3300個の塩基配列が11~100回繰り返しているが、繰り返し配列が10回以下になると発症する。

こうした長い塩基配列が何回繰り返しているかを次世代シーケンサーでは読むのは難しい。三橋助教らが、すでにミナイオンで解読されている人のDNAの塩基配列をコンピューターで解析したところ、塩基配列の繰り返し回数を特定することに成功した。

「難病患者の原因遺伝子は次世代シーケンサーでも7割程度は特定できない。今後、患者の血液などを使って、次々世代のシーケンサーで原因遺伝子の変異を突き止めることができれば治療にも役立つ」と三橋助教は期待する。

次々世代シーケンサーの普及には、さらなるコストの引き下げと、精度の向上が求められる。こうした課題が解決できれば、一気に医療機関などに普及することになりそうだ。(西山彰彦)

[日経産業新聞 2018年8月21日付]

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