現在、ヒトの遺伝情報の最初の一式が 解読されてから12年が経過した。ヒトゲノムの知見を活用して心疾患やがんといった病気により効果的に立ち向かうという私たちの期待の多くは、まだ数年から数十年先のことである。しかし、医療におけるDNAシーケンシングは、将来のことだけではない。すでに臨床微生物学に革命をもたらしている。何より最も刺激的なのは、薬剤耐性菌との戦いにおいて重要な手段を与えてくれていることである。これらの菌株は、人類の健康に対する 増大する主要な脅威 であり、 ちょうど 英国で一般開業医（GP）による抗生物質の処方方法に関する新たなガイドラインの策定を促したところである。
臨床微生物学とは、感染症の予防と治療に関わる医学の一分野である。それは、病気を引き起こす病原体（細菌、ウイルス、真菌）を迅速に特定することに依存している。特定が可能になれば、患者一人ひとりに合わせた治療を行い、病気の発生と拡散を効果的に監視できる。
ほとんどの細菌性病原体を特定する従来の方法は、患者の検体を培養して増殖させ、抗菌薬に対する感受性を検査し、他の細菌株と比較することである。この工程には 時間がかかる場合があり 、急速に増殖する細菌（例： E.coli）では数日、ゆっくり増殖する菌（例： Mycobacterium tuberculosis）では数か月を要することがある。
21世紀初頭には、 この分野で いくつかの大きな技術的進歩があったが、課題は依然として残っている。病原体の正確な菌株の特定は依然として困難であり、一方で感染経路の追跡や変異の監視にも多くの障壁がある。
DNAシーケンシングこそが答えかもしれない。1975年にフレッド・サンガーが率いるグループによって開発されたこの技術（サンガーの業績は、 新たなオンライン展示 で取り上げられている）。DNAシーケンシングは、ごく最近まで臨床微生物学の検査室で日常的に使われていなかった。非常に高価で、手作業による煩雑な検査と結果の入念な読み取りを伴うものだった。しかし、より安価で迅速なDNAシーケンサーと大規模な参照データベースが、この状況を徐々に変えつつある。
卓上型シーケンサーの平均価格は、 現在12万5,000ドル（8万ポンド）である。このような機器は、サンプル当たり約150ドルのコストで、1日に複数の細菌ゲノムを解読できる。2007年という最近でさえ、細菌ゲノム1つの解読には80万ドルかかる可能性があった。 今では 1回の実行で100の細菌ゲノムを解読することが可能である。
Rosie Hospital
この技術が薬剤耐性感染症への応用で持つ可能性は、初めて 注目を集めた のは、2011年に英国ケンブリッジのRosie HospitalでMRSAのアウトブレイクが発生した際のことである。新生児室で3人の赤ちゃんが同時に陽性反応を示した際、病院の感染管理チームは過去6か月分の記録を見直し、赤ちゃんたちが、時には数か月の間隔を空けて、MRSAに散発的に感染していたことを突き止めた。
しかし、これはMRSAのアウトブレイクなのか、それとも単なる無関係の感染なのか。従来の方法はほとんど役に立たなかったため、 Wellcome Trust Sanger Institute およびケンブリッジ大学に所属する全ゲノムシーケンシングの専門家が招集された。専門家らは、検体がゲノムレベルですべて関連しており、アウトブレイクを示唆していることを速やかに確認した。病院の微生物検査室データベースにある、同じ抗生物質感受性プロファイルを持つ他の細菌をシーケンシングすることで、 これが新たなMRSA株であり、 当初の見立ての2倍の感染者が出ており、さらに広く地域社会にも蔓延していることを確認した。
先の感染が発見されてから2か月後、病棟が徹底的に清掃された直後であったにもかかわらず、別の赤ちゃんが陽性反応を示した。そこで研究チームは、同病棟の職員から採取した綿棒の検体をシーケンシングし、特定の一人の職員が同じMRSA株を保有していることを突き止めた。その職員が治療を受けた後、アウトブレイクは終息した。
その後の展開
当時は、この成功例が他の場所でも再現されるという可能性について多くの議論がなされたが、その見通しは実現しつつあるようだ。2014年には、同じケンブリッジのチームが 協力して タイとオーストラリアの研究者とともに、タイ北東部の資源の乏しい病院の2つの集中治療室で、全ゲノムシーケンシングを用いてMRSAを追跡・特定できることを実証した。
特に注目すべきは、チームが同時期に病院内で検出した感染症の変異株の多さであり、これは従来の型別検査では見逃されていたものだった。この研究はまた、消毒薬耐性や抗生物質耐性をコードする遺伝子など、臨床的に重要な遺伝子の特定にも役立った。薬剤耐性菌は 特に 貧困国で問題となっているため、この結果は特に重要と考えられた。
MRSAのほかにも、 全ゲノムシーケンシングは 、2013年に英国バーミンガムのQueen Elizabeth Hospitalで、別の種類の薬剤耐性菌の拡散を食い止めた。これは Acinetobacter baumanniiのアウトブレイクであり、免疫機能の低下した重症患者に肺炎や血流感染症を引き起こす日和見菌である。この菌の新株は18か月以上にわたり病院を悩ませていた。シーケンシングの後、ウォーリック大学とバーミンガム大学の研究者は、感染が一つの病棟内で広がったとする従来の説が誤りであったことを示すことができた。実際には、別の場所にある熱傷治療用の専用ベッドから感染していたのである。
今年、Imperial College Londonの研究者たちは、 薬剤耐性株に感染した2人の患者に関わる結核の謎を解明することができた 。1人目は、2005年に薬剤耐性結核の深刻な流行が起きた南アフリカのある地域で医療従事者として働いていたが、英国に来た時点では健康であった。2人目は海外渡航歴がなく、結核にはよくあることだが、4年間まったく症状がなかった。全ゲノムシーケンシングによってのみ両者の関連が明らかになり、2人が2008年に同じ病棟で8日間を過ごしていたことが判明した。英国では薬剤耐性結核の 症例数が増加しており 、2000年の28例から2012年には81例に達した。これもまた重要な進展である。
これらの前向きな要素にもかかわらず、大きな障害が 薬剤耐性菌に対する全ゲノムシーケンシングの広範な導入を阻んでいる 。現在、臨床検体由来のシーケンシングデータを自動的に解析・解釈し、専門家でない者にも理解・臨床応用できるようにするツールはほとんどない。このため、このシステムの展開は難しく、コストをさらに下げることも妨げられている。
とはいえ、カリフォルニア州のスタンフォード大学が解決策への道を示している可能性がある。同大学の研究者らは 既に 、薬剤耐性HIVを追跡するためのウェブベースのシステムを開発している。これを細菌感染を含む他の感染症にも応用できれば、ゲノムシーケンシングは世界中の病院で日常的なものになるかもしれない。
本記事は、 The Conversationとの協力により掲載されている。掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではない。
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著者：Lara Marksは、www.whatisbiotechnology.orgの統括編集者であり、『Lock and Key of Medicine: Monoclonal antibodies and the transformation of healthcare』の著者である。
画像：ソフィアにあるブルガリア食品安全庁の微生物検査室での細菌増殖の例。REUTERS/Stoyan Nenov
