JP2023511909A - 細菌定量化方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、試料中の細菌の量または濃度を決定するための方法および薬剤に関する。本方法は、(a)試料から得た遺伝物質から細菌の標的核酸を増幅して増幅生成物を形成する工程であって、標的核酸は細菌16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分を含む工程;(b)増幅生成物の量または濃度を測定する工程;(c)増幅生成物の量または濃度をその参照レベルと比較することによって試料中の標的核酸の量または濃度を計算する工程;および(d)試料中の標的核酸の量または濃度から試料中の細菌16SrRNA遺伝子のコピー数を決定する工程であって、コピー数は試料中の細菌の量の関数であるかまたはそれと相関する工程を含むことができる。他の実施形態では、本発明は、対象における細菌による感染症の予後を決定する方法、感染症を処置するかまたは細菌による感染症の処置有効性を評価する方法、ならびにキットおよびアッセイに関する。

Description

本発明は、特に対象からの生体試料中の細菌を定量化するための方法および薬剤に一般的に関する。本発明は本発明の定量化方法に基づく細菌感染症の予後診断および処置のための方法も特徴とする。
試料中の、およびより詳細には生体試料中の細菌の迅速で正確な定量化が非常に望ましい。
第1に、および最も重要なこととして、例えば敗血症患者からとられる生体試料中の細菌の迅速で正確な定量化は、予後診断的価値があり、臨床医の治療的意思決定を支援することができる。
迅速で正確な定量化は、さもなければ生物体の幸福または溶液、材料もしくは食品の生産の品質に脅威をもたらすことがある、汚染された溶液、材料または食品中の細菌を管理、制御、根絶および/または排除するための有効な制御措置の実行において支援することもできる。
定量化は、各試料中の細菌の実数を数える能力である。細菌は非常に小さいので、従来個々の細胞を数えることはほとんど不可能だった。この問題を克服するために、科学者および臨床医は試料中の病原体の所与の数の定量化を助けるための2つの一般的方法を開発した。1番目に、目的の試料(増殖培地、血液、尿、血清等)はプレートアッセイに連続希釈された。希釈が十分に高かったとき、これらのプレートの上で増殖する個々のコロニーの数を数えることは可能であった。第2に高度な顕微鏡なしに各個々の細胞を数えることは非現実的であったので、各個々のコロニーはコロニー形成単位(CFU)と呼ばれた。これ以後、細胞の数を単位CFUで規定することが微生物学で標準になった。
敗血症患者からとられる試料中の細菌を定量化するためのゴールドスタンダードは、特化された血液培養系で病原体を増殖させることを含む。血液(8~10ml)は敗血症が疑われる患者からとられ、それは、病原体を検出可能なレベルまで増殖させるために特別な増殖培地に入れられる。機械が増殖を記録すると、培地は同定のための様々な増殖培養培地に平板培養される。このプロセスのために必要とされる2つの増殖相は、病原体を同定するためにどれくらいの時間を要するかについて重大な影響を及ぼす:細菌を決定するために12±10時間が存在する。時間がかかることは別にしてこのアプローチの問題は、患者の初期の病原体レベルを定量化する機会がないことである。初期の増殖相の後、血液1mlあたりの細菌細胞の量を正確に計算することはほぼ不可能である。最終的に、CFUを決定するためにコロニーの数がプレート上で数えられるが、これは非常に不正確である。
さらに、敗血症患者からとられる試料中の細菌を検出するための様々な分子学的方法(例えば、T2 Biosystems and AusDiagnosticsから市販されているもの)は、高レベルの増幅の後に病原体の存在を記録するだけであり、検出される病原体の特異的定量化が一般的に含まれないので、初期のCFUに関するいかなる仮定も非常に不正確になる。
したがって、試料中の細菌の正確な定量化のための迅速で信頼できる技術の必要性が認識されている。
様々な態様では、本発明は細菌を含む原核生物の間での16S(スベドベリ単位)リボソームRNA(16S rRNA)遺伝子の高い保存、ならびに試料中の16S rRNA遺伝子の細菌のコピー数に基づく試料中の細菌の同定および定量化で役立つことができるその中の複数の一塩基多型(SNP)に一部基づく。
一般的に言って、細菌を含む原核生物は16S rRNAを含有し、それは原核生物リボソームの30S小サブユニットの構成成分である。16S rRNAは長さが概ね1,500ヌクレオチドであり、16S rRNA遺伝子(16S rDNAとも呼ばれる)によってコードされ、それは、一般的に23Sおよび5S rRNA遺伝子も含有する共転写されたオペロンの一部である。16S rRNA遺伝子のDNA配列(したがって、16S rRNA分子のRNA配列)は原核生物の間で高度に保存されているが、変異領域がある(Weisberg W.G., et al., 1991)。本発明に関連して、1ゲノムあたりの16S rRNA遺伝子の遺伝子コピー数は一般的に種または株特異的であり、その中で一貫しているが、細菌種および株の間でこの遺伝子のコピー数は1から15またはそれ以上まで異なることがある(Klappenbach JA, et al., 2001)。例示的な細菌の16S rRNA遺伝子配列は、配列番号1~15および38~47に示す。
本発明の第1の態様により、試料中の細菌の量または濃度を決定する方法であって、
(a)試料から得た遺伝物質から細菌の標的核酸を増幅して増幅生成物を形成する工程であって、標的核酸は細菌16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分を含む工程;
(b)増幅生成物の量または濃度を測定する工程;
(c)増幅生成物の量または濃度をその参照レベルと比較することによって試料中の標的核酸の量または濃度を計算する工程;および
(d)試料中の標的核酸の量または濃度から細菌16S rRNA遺伝子のコピー数を決定することによって細菌を定量化する工程であって、コピー数は試料中の細菌の量の関数であるかまたはそれと相関する工程
を含む方法が提供される。
好適には、細菌16S rRNA遺伝子は、配列番号1~15および38~47に示すもの、またはそれと少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%または少なくとも99%の配列相同性または同一性を有するその変異ヌクレオチド配列から選択される。
好適には、標的核酸は、細菌16SrRNA遺伝子中の一塩基多型(SNP)の1つまたは複数を含む。特定の一実施形態では、1つまたは複数のSNPは、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647、653、737、755、762および776の少なくとも1つに対応する。
別の実施形態では、本態様の方法は、例えば1つまたは複数の対照試料から標的核酸を増幅することによって、1つまたは複数の対照試料から参照レベルを生成する工程をさらに含み、ここで、対照試料は細菌から得たかまたはそれに由来するものなどの既知の量または濃度からの遺伝物質を含む。ある特定の実施形態では、1つまたは複数の対照試料から標的核酸を増幅することは、工程(a)と実質的に同時にかまたは並行して実行される。他の実施形態では、1つまたは複数の対照試料は、1つまたは複数のさらなる細菌からの遺伝物質をさらに含む。
一実施形態では、試料および/または1つまたは複数の対照試料の遺伝物質から標的核酸を増幅することは、配列番号16~37および48~51の少なくとも1つを含むプライマーの対で実行される。
特定の実施形態では、試料および/または1つまたは複数の対照試料の遺伝物質から標的核酸を増幅することは、定量的PCR、半定量的PCR、デジタルPCR、エンドポイントPCR、リガーゼ鎖反応(LCR)、サンガー配列決定、次世代配列決定またはその何れかの組合せの使用を含む。
ある特定の実施形態では、本態様の方法は、試料中の細菌が少なくとも1つのSNPの存在の有無に基づいて同定されるように、例えば増幅生成物を少なくとも1つのSNPの存在の有無について分析することによって試料中の細菌を同定する工程をさらに含む。例として、少なくとも1つのSNPは、配列番号38に示す16S rRNA遺伝子中にあることができるかまたはそれに対応する。他の実施形態では、少なくとも1つのSNPは、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647、653、737、755、762および776の少なくとも1つに対応する位置にある。好適には、細菌は少なくとも1つのSNPの存在に基づいて同定される。
特定の実施形態では、増幅生成物を少なくとも1つのSNPの存在または不在について分析する工程は、高分解能融解分析、5’ヌクレアーゼ消化、分子ビーコン、オリゴヌクレオチドライゲーション、マイクロアレイ、制限断片長多型、抗体検出方法、直接配列決定またはその何れかの組合せの使用を含む。
好適には、コピー数は、以下の式を使用して決定され:
Figure 2023511909000001
式中、Xは増幅生成物の量であり、Nは標的核酸のヌクレオチドの長さである。
一実施形態では、試料は、対象からとられる生体試料である。好適には、対象は敗血症などの細菌による感染症を有する。
本発明の第2の態様により、対象における細菌による感染症の予後を決定する方法であって、対象からの生体試料中の細菌を第1の態様の方法により定量化し、それによって対象における感染症の予後を評価する工程を含む方法が提供される。
生体試料中の細菌の濃度または量が生体試料中で変更、モジュレートされるか、または比較的高いかもしくは低いかによって、予後は負または正であってよい。この点に関して、生体試料中の細菌の比較的高い量もしくは濃度または量もしくは濃度の増加は、対象の負の予後を示すことができるが、生体試料中の細菌の比較的低い量もしくは濃度または量もしくは濃度の低下は、対象の正の予後を示すことができる。
一実施形態では、細菌の量または濃度は、抗生物質処置などの処置の前、その間および/またはその後に決定される。
一実施形態では、予後は、少なくとも一部分、対象が感染症の処置から恩恵を受けるかどうか決定するために使用される。
一実施形態では、予後は、少なくとも一部分、対象のための処置戦略を開発するために使用される。
一実施形態では、予後は、少なくとも一部分、対象において疾患の進行または再発を決定するために使用される。
本発明の第3の態様により、対象における細菌による感染症を処置する方法であって、
対象からの生体試料中の細菌を第1の態様の方法により定量化する工程、および
定量化に基づいて、感染症の処置を開始、継続、変更または中止する工程
を含む方法が提供される。
本発明の第4の態様により、対象における細菌による感染症の処置有効性を評価する方法であって、
対象からの生体試料中の細菌を第1の態様の方法により定量化する工程、および
対象の生体試料中の細菌の前記量が低減されるかまたは存在しないかによって処置が有効かどうか決定する工程
を含む方法が提供される。
前記の態様に関して、対象は敗血症を有することができる。
本発明の第5の態様により、試料中の細菌を定量化するためのキットまたはアッセイが提供され、前記キットまたはアッセイは、第1、第2、第3または第4の態様および使用説明書により方法を実行するための1つまたは複数の試薬を含む。
一実施形態では、キットまたはアッセイは、試料中の少なくとも1つの細菌の同定、部分的同定または分類が可能である少なくとも1つの単離されたプローブ、ツールまたは試薬を含み、ここで、プローブ、ツールまたは試薬は、細菌16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分における本明細書に記載されるものなどの少なくとも1つの一塩基多型(SNP)に結合、検出すること、またはその存在の有無を特定することが可能である。特定の実施形態では、少なくとも1つのSNPは、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647、653、737、755、762および776の少なくとも1つに対応する位置にある。
一実施形態では、少なくとも1つの前記単離されたプローブ、ツールまたは試薬は、少なくとも1つの細菌を含む試料と少なくとも1つの細菌を含まない試料を区別することが可能である。
特定の実施形態では、キットまたはアッセイは、試料中の細菌および適宜1つまたは複数のさらなる細菌を同定するためのオリゴヌクレオチドプローブのアレイまたはマイクロアレイであるかまたはそれを含み、前記プローブは、上で広く記載される試料中の16S rRNA遺伝子の中の少なくとも1つのSNPにハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを含む。
別の実施形態では、キットまたはアッセイは試料中の細菌および適宜1つまたは複数のさらなる細菌を同定するための固体基質ならびに少なくとも1つのオリゴヌクレオチドプローブを含むバイオチップであるかまたはそれを含み、少なくとも1つの前記プローブは、上で広く記載される試料中の16S rRNA遺伝子の中の少なくとも1つのSNPにハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを含む。
前記態様の特定の実施形態では、試料または生体試料は、喀痰、血液、脳脊髄液および/または尿であるかまたはそれを含む。
本発明の第1~5の態様の特徴は、該当する場合、下に記載されるものであってよい。
一実施形態では、標的核酸を含有する遺伝物質は、本発明の方法での分析の前に試料から抽出されるかまたは得られる。核酸は、当技術分野で公知である任意の方法または手段によって試料から抽出するかまたは得ることができると想定される。
当業者は、細菌の標的核酸を増幅する工程は、標的核酸を増幅する1つまたは複数のオリゴヌクレオチド/プライマーを使用する、定量的PCR、半定量的PCR、デジタルPCR、エンドポイントPCR、リガーゼ鎖反応(LCR)、サンガー配列決定、次世代配列決定またはその何れかの組合せを限定されずに含む当技術分野で公知の任意の方法によって実行することができることを理解する。
特異的標的核酸が上記の方法の1つによって増幅され、蛍光シグナルなどの検出可能なシグナルを有する検出可能な量に到達するとき、シグナル強度の急増が観察される。この時点でのサイクル数は閾値サイクル(以下、Ct値と呼ぶ)と呼ぶ。PCR方法では、DNAはサイクルごとに一般的に倍増し、DNAは指数関数的に増幅される。試料中に含有される標的核酸の増幅生成物の初期の量が増加するにつれて、より少ない数のサイクルで検出することができる、結合標識による蛍光などのシグナルの量に到達し、したがってCt値は減少する。
大まかに言って、Ct値と初期の標的核酸量の常用対数の間に直線関係があり、較正曲線を規定する参照レベルをこれに基づいて作成することができる。言い換えると、そのような増幅方法による標的核酸の異なるDNA濃度を有する複数の対照試料のCt値を測定し、かつ、例えばCt値を縦軸におよびPCRの開始前の初期のDNA量を水平軸にプロットすることによって1つまたは複数の参照レベルを作成することができる。この較正曲線は、試料中の標的核酸の量または濃度とCt値の間の関係を表し、試料中に含有されるDNAの量はこの関係から次に容易に決定することができる。
16S rRNA遺伝子のコピー数は、当技術分野で公知の任意の方法またはアルゴリズム、例えばhttps://cels.uri.edu/gsc/cndna.html.のdsDNAコピー数計算機によって決定または定量化することができることが理解される。この点に関して、このコピー数計算機は以下のアルゴリズムを利用し:
Figure 2023511909000002
式中、Xは増幅生成物の量であり、Nは標的核酸のヌクレオチドの長さである。この式は、塩基対の平均重量が660ダルトンであるという仮定に基づき、そのため、塩基対の1モルの重量が約660gであり、任意の二本鎖DNA鋳型または増幅生成物の分子量は塩基対でのその長さと660の積から推定することができる。分子量の逆数は、1グラムの材料に存在する鋳型のモル数である。アボガドロ数6.022×1023分子/モルを使用して、1グラムあたりの鋳型の分子数を次に計算することができる(モル/g*分子/モル=分子/g)。最後に、試料中の16S rRNA遺伝子の分子数またはコピー数は、1*10を掛けてナノグラムに変換し、次に鋳型の量(ナノグラム)を掛けることによって推定することができる。
好適には、細菌の定量化は、工程(d)で決定される試料中の細菌16S rRNA遺伝子のコピー数を細菌中の細菌16S rRNA遺伝子の遺伝子コピー数によって割ることをさらに含む。例えば、少なくとも約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15またはその中の任意の範囲の細菌16S rRNA遺伝子の遺伝子コピー数を、問題の細菌によって使用することができる。この目的のために、前記の方法で同定されるものなどの特定の細菌の細菌16S rRNA遺伝子の遺伝子コピー数を、リボソームRNAオペロンコピー数データベース(rrndb:https://rrndb.umms.med.umich.edu/)に見出すことができる。他の実施形態では、利用される遺伝子コピー数は、細菌のいくつかの種、変異体および/または株にわたる遺伝子コピー数の平均または中央数であってよい。ある範囲の細菌種のための16S rRNA遺伝子の例示的な遺伝子コピー数は、下の表1および15で提供される。
Figure 2023511909000003

好適には、前記態様の方法は、細菌を同定するさらなる工程を含むことができる。細菌は当技術分野で公知である任意の手段によって同定することができると想定される。そのような同定工程は、細菌を定量化する方法の前記工程の1つまたは複数の前、後または同時にさらに実行することができる。好ましくは、細菌を同定する工程は、増幅生成物を少なくとも1つのSNP、例えば本明細書に記載されるSNPの存在の有無について分析することを含む。
一実施形態では、細菌16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分の中の1つまたは複数の前記SNPは、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647および653に対応する位置のSNPから選択される。一部の実施形態では、複数のSNPを本発明の方法で使用することができる。例えば、少なくとも2つのSNP、少なくとも3つのSNP、少なくとも4つのSNP、少なくとも5つのSNP、少なくとも6つのSNPまたはさらに少なくとも7つのSNPを使用することができる。
別の実施形態では、細菌16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分の中の1つまたは複数の前記SNPは、配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の中にあってもまたはそれに対応してもよい。配列番号38に示す細菌16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分の中の1つまたは複数のSNPは、配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の位置746、764、771または785(または、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置737、755、762または776)の少なくとも1つに対応する位置にあってもよい。少なくとも1つの前記SNP、少なくとも2つの前記SNP、少なくとも3つの前記SNPまたは少なくとも4つの前記SNPを使用することができる。
したがって、一部の実施形態では、前記方法は、試料からの細菌16S rRNA遺伝子もしくは遺伝子生成物の少なくとも一部分を、
細菌16S rRNA遺伝子の中の、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647および653に対応する位置にある一塩基多型;または
細菌16S rRNA遺伝子の中の、配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の位置746、764、771および785に対応する位置にある一塩基多型
の存在の有無について分析することを含む。
さらなる実施形態では、前記方法は、試料からの細菌16S rRNA遺伝子もしくは遺伝子生成物の少なくとも一部分を、
細菌16S rRNA遺伝子もしくは遺伝子生成物の少なくとも一部分の中の、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647、653、737、755、762および776の少なくとも4つに対応する位置にある一塩基多型
の存在の有無について分析することを含む。
一部の実施形態では、1つまたは複数の細菌は、哺乳動物(例えば、ヒト)関連の細菌、土壌関連の細菌および水関連の細菌の中から選択される。特定の実施形態では、1つまたは複数の細菌は、1つまたは複数の敗血症関連の細菌であってよい。
一実施形態では、細菌または複数の細菌は、グラム陰性細菌または複数のグラム陰性細菌であるかまたはそれから選択される。一実施形態では、細菌または複数の細菌は、グラム陽性細菌または複数のグラム陽性細菌であるかまたはそれから選択される。一実施形態では、細菌または複数の細菌は、firmicutes門からの細菌または複数の細菌であるかまたはそれから選択される。一実施形態では、細菌または複数の細菌は、actinobacteria門からの細菌または複数の細菌であるかまたはそれから選択される。一実施形態では、細菌または複数の細菌は、proteobacteria門からの細菌または複数の細菌であるかまたはそれから選択される。
一部の特定の実施形態では、細菌または複数の細菌は、以下の少なくとも1つであるかまたはその中から選択される:Acinetobacter属の種;Actinobaccillus属の種;Actinomadura属の種;Actinomyces属の種;Actinoplanes属の種;Aerococcus属の種;Aeromonas属の種;Agrobacterium属の種;Alistipes属の種;Anaerococcus属の種;Arthrobacter属の種;Bacillus属の種;Bacteroides属の種;Brucella属の種;Bulleidia属の種;Burkholderia属の種;Cardiobacterium属の種;Cedecea属の種;Citrobacter属の種;Clostridium属の種;Cornyebacterium属の種;Cronobacter属の種;Dermatophilus属の種;Dorea属の種;Enterobacter属の種;Enterococcus属の種;Erysipelothrix属の種;Escherichia属の種;Eubacterium属の種;Ewardsiella属の種;Faecalibacterium属の種;Filifactor属の種;Finegoldia属の種;Flavobacterium属の種;Francisella属の種;Gallicola属の種;Haemophilus属の種;Helococcus属の種;Holdemania属の種;Hyphomicrobium属の種;Klebsiella属の種;Lactobacillus属の種;Legionella属の種;Listeria属の種;Methylobacterium属の種;Micrococcus属の種;Micromonospora属の種;Mobiluncus属の種;Moraxella属の種;Morganella属の種;Mycobacterium属の種;Neisseria属の種;Nocardia属の種;Paenibacillus属の種;Parabacteroides属の種;Pasteurella属の種;Peptoniphilus属の種;Peptostreptococcus属の種;Planococcus属の種;Planomicrobium属の種;Plesiomonas属の種;Porphyromonas属の種;Prevotella属の種;Propionibacterium属の種;Proteus属の種;Providentia属の種;Pseudomonas属の種;Ralstonia属の種;Rhodococcus属の種;Roseburia属の種;Ruminococcus属の種;Salmonella属の種;Sedimentibacter属の種;Serratia属の種;Shigella属の種;Shewanella属の種;Solobacterium属の種;Sphingomonas属の種;Staphylococcus属の種;Stenotrophomonas属の種;Streptococcus属の種;Streptomyces属の種;Tissierella属の種;Vibrio属の種;およびYersinia属の種。
一部のより特定の実施形態では、細菌または複数の細菌は、以下の少なくとも1つであるかまたはその中から選択される:Acinetobacter baumannii;Acinetobacter calcoaceticus;Aerococcus viridans;Bacteroides fragilis;Bacteroides vulgatus;Cedecea lapagei;Citrobacter freundii;Cronobacter dublinensis;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus avium;Enterococcus cecorum;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Haemophilus influenzae;Klebsiella oxytoca;Klebsiella pneumoniae;Morganella morganii;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Shewanella putrefaciens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Staphylococcus hominis;Staphylococcus saprophyticus;Stenotrophomonas maltophilia;Streptococcus agalactiae;Streptococcus anginosus;Streptococcus constellatus;Streptococcus intermedius;Streptococcus milleri;Streptococcus mitis;Streptococcus mutans;Streptococcus oralis;Streptococcus pneumoniae;Streptococcus pyogenes;Streptococcus sanguinis;およびStreptococcus sobrinus。
特定の実施形態では、1つまたは複数の細菌は、以下の少なくとも1つの中から選択される:Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniae;およびStreptococcus pyogenes。
特定の実施形態では、1つまたは複数の細菌は、以下の少なくとも1つの中から選択される:Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniae;Streptococcus pyogenes;Listeria monocytogenes;Clostridium perfringens;Corynebacterium jeikeium;Bacteroides fragilis;Neisseria meningitides;Haemophilus influenzae;Salmonella sp.;およびStaphylococcus epidermidis。別の実施形態では、1つまたは複数の細菌は、以下の少なくとも1つの中から選択される:Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniae;Streptococcus pyogenes;Listeria monocytogenes;Clostridium perfringens;Corynebacterium jeikeium;Bacteroides fragilis;Neisseria meningitides;Haemophilus influenzae;Salmonella sp.;Staphylococcus epidermidis;Bacillus anthracis、Clostridium botulinum、Yersinia pestis、Francisella tularensis、Vibrio choleraeおよびBurkholderia pseudomallei。
一実施形態では、1つまたは複数の細菌は、セキュリティセンシティブな生体作用物質(SSBA)である。SSBAは、階層1作用物質または階層2作用物質であってよい。例示的な階層1作用物質には、以下の1つまたは複数が含まれる:Bacillus anthracis(炭疽)およびYesinia pestis(ペスト)。例示的な階層2作用物質には、以下の1つまたは複数が含まれる:Clostridium botulinum(ボツリヌス菌中毒、特に毒素産生株);Francisella tularensis(野兎病);Salmonella Typhi(腸チフス)およびVibrio cholerae(特にコレラ血清型O1またはO139)。一実施形態では、1つまたは複数の細菌は、以下からなる群の少なくとも1つの中から選択される:Bacillus anthracis、Clostridium botulinum、Yersinia pestis、Francisella tularensis、Vibrio choleraeおよびBurkholderia pseudomallei。
一実施形態では、細菌はヒト病原体である。
一部の実施形態では、本発明の方法は、全身炎症応答症候群(SIRS)を有する対象からの血液を分析して、SIRSの発生原因(例えば、細菌)を決定するために使用することができる。他の実施形態では、本発明の方法は、対象が微生物感染源を有する敗血症を有するかどうか決定するために使用することができる。両方の実施形態では、本発明の方法は、試料中に存在する細菌などの微生物の存在を判定し、それを区別しおよび/または同定するために使用することができる。
SIRSは、感染性の病因または非感染性の病因(すなわち、感染陰性のSIRSまたはinSIRS)を有することができる圧倒的な全身反応である。敗血症は、感染の間に起こるSIRSである。この場合における敗血症は、臨床医によって(感染が疑われるとき)、または生物体の培養を通して診断される。SIRSおよび敗血症は、心臓および呼吸速度、体温および白血球数における変化を含むいくつかの非特異的宿主応答パラメータによって規定される(Levy et al., 2003;Reinhart et al., 2012)。
一部の実施形態では、少なくとも1つのSNPまたは少なくとも1つのプローブ、ツールもしくは試薬は、試料中の細菌をグラム陽性の1つまたは複数の細菌またはグラム陰性の1つまたは複数の細菌として分類するために使用することができる。
例えば、一部の実施形態では、細菌は、上記のSNPのいずれか1つ、特に配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647および653の少なくとも1つに基づいてグラム陽性細菌に分類することができる。そのような一実施形態では、細菌は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273および653に対応する位置のSNPに基づいて分類することができ、ここで、273位にAがあり、653位にTがあるとき、細菌はグラム陽性であると判定される。
例えば、別の実施形態では、細菌は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の440位に対応する位置の少なくとも1つのSNPに基づいてグラム陽性に分類することができ、ここで、440位にTがあるとき、細菌はグラム陽性であると判定される。逆に、440位にTがないとき、細菌はグラム陰性であると判定される。
さらに他の実施形態では、少なくとも1つのSNPまたは少なくとも1つのプローブ、ツールもしくは試薬は、試料中の微生物、特に細菌の群を分類するために使用することができる。
例えば、一部の実施形態では、細菌は、上記のSNPから選択される少なくとも1つのSNPに基づいて特定の属に属すると分類することができる。そのような一実施形態では、細菌は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置412および647に対応する位置のSNPから選択される少なくとも1つのSNPに基づいて特定の属に属すると分類することができる。例えば、試料中の1つまたは複数の細菌は、412位にTがあるとき、Staphylococcus属に属すると分類することができる。例えば、試料中の1つまたは複数の細菌は、647位にGがあるとき、Enterococcus属に属すると分類することができる。
さらに他の実施形態では、少なくとも1つのSNPまたは少なくとも1つのプローブ、ツールもしくは試薬は、上記の通り試料中の細菌を同定するために使用することができる。
例えば、細菌Enterobacter cloacaeは、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の653位に対応する位置の少なくとも1つのSNPに基づいて試料の中で同定することができ、ここで、653位にGがあるとき、細菌Enterobacter cloacaeが同定される。
例えば、Streptococcus pneumoniae、Streptococcus agalactiaeおよびStreptococcus pyogenesから選択される細菌は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置378および488に対応する位置のSNPに基づいて試料の中で同定することができ、ここで、細菌は:378位にAがあり、488位にTがあるときはStreptococcus pneumoniaeであり;378位にAがあり、488位にAがあるときはStreptococcus agalactiaeであり;378位にGがあり、488位にAがあるときはStreptococcus pyogenesである。
例えば、一実施形態では、Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter cloacae;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenesの中から選択される細菌は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647および653に対応する位置にあるSNPに基づいて試料の中で同定することができ、ここで、細菌は:273、440および647位にAがあるときはAcinetobacter calcoaceticusであり;653位にGがあるときはEnterobacter cloacaeであり;273位にTがあり、653位にTがあるときはEscherichia coliであり;273位にTがあり、488および647位にCがあり、653位にAがあるときはKlebsiella pneumoniaeであり;440および488位にCがあり、647位にTがあるときはProteus mirabilisであり;440位にAがあり、647位にTがあるときはPseudomonas aeruginosaであり;378、488および647位にAがあるときはStreptococcus agalactiaeであり;488および647位にTがあるときはStreptococcus pneumoniaeであり;378位にGがあり、488および647位にAがあるときはStreptococcus pyogenesである。
例えば、別の実施形態では、Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter cloacae;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenes の中から選択される細菌は、表2に示すSNPの存在に基づいて試料の中で同定することができる:
Figure 2023511909000004

例えば、別の実施形態では、Escherichia coli、Streptococcus pneumoniae、Streptococcus agalactiae、Streptococcus pyogenes、Proteus mirabilis、Enterobacter cloacae、Klebsiella pneumoniae、Pseudomonas aeruginosa、Acinetobacter calcoaceticus、Enterococcus faecalis、Listeria monocytogenes、Staphylococcus aureus、Clostridium perfringens、Corynebacterium jeikeium、Bacteroides fragilis、Neisseria meningitidis、Haemophilus influenzae、Serratia marcescens、Salmonella sp.およびStaphylococcus epidermidisの中から選択される細菌は、表3に示すSNPの存在に基づいて試料の中で同定することができる:
別の実施形態では、Bacillus anthracis、Clostridium botulinumA型、Clostridium botulinumB型、Clostridium botulinumC型、Clostridium botulinumD型、Clostridium botulinumG型、Yersinia pestis、Francisella tularensis、Vibrio choleraeおよびBurkholderia pseudomalleiの中から選択される細菌は、配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の位置746、764、771または785に対応する位置のSNPに基づいて、試料の中で同定することができ、ここで、細菌は:746位にTがあり、764位にAがあり、771位にCがあり、785位にGがあるときはBacillus anthracisであり;746位にTがあり、764位にGがあり、771位にCがあり、785位にTがあるときはClostridium botulinumA型またはClostridium botulinumB型であり;746位にTがあり、764位にAがあり、771位にTがあり、785位にTがあるときはClostridium botulinumC型であり;746位にCがあり、764位にAがあり、771位にTがあり、785位にTがあるときはClostridium botulinumD型であり;746位にTがあり、764位にGがあり、771位にCがあり、785位にGがあるときはClostridium botulinumG型であり;746位にCがあり、764位にGがあり、771位にTがあり、785位にGがあるときはYersinia pestisであり;746位にTがあり、764位にAがあり、771位にGがあり、785位にGがあるときはFrancisella tularensisであり;746位にCがあり、764位にAがあり、771位にTがあり、785位にGがあるときはVibrio choleraeであり;746位にCがあり、764位にGがあり、771位にCがあり、785位にGがあるときはBurkholderia pseudomalleiである。
例えば、別の実施形態では、Bacillus anthracis、Clostridium botulinumA型、Clostridium botulinumB型、Clostridium botulinumC型、Clostridium botulinumD型、Clostridium botulinumG型、Yersinia pestis、Francisella tularensis、Vibrio choleraeおよびBurkholderia pseudomalleiの中から選択される細菌は、表4に示すSNPの存在に基づいて試料の中で同定することができる:
Figure 2023511909000005
Figure 2023511909000006


上記の生物体を同定するために使用された4つのSNPの累積差別指数は、1SNPでは0.667;2SNPでは0.889;3SNPでは0.944;および4SNPでは0.972である。
配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の746位は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の737位に対応する。配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の764位は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の755位に対応する。配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の771位は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の762位に対応する。配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の785位は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の776位に対応する。
したがって、別の実施形態では、Bacillus anthracis、Clostridium botulinumA型、Clostridium botulinumB型、Clostridium botulinumC型、Clostridium botulinumD型、Clostridium botulinumG型、Yersinia pestis、Francisella tularensis、Vibrio choleraeおよびBurkholderia pseudomalleiの中から選択される細菌は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置737、755、762または776に対応する位置のSNPに基づいて試料の中で同定することができ、ここで、細菌は:737位にTがあり、755位にAがあり、762位にCがあり、776位にGがあるときはBacillus anthracisであり;737位にTがあり、755位にGがあり、762位にCがあり、776位にTがあるときはClostridium botulinumA型またはClostridium botulinumB型であり;737位にTがあり、755位にAがあり、762位にTがあり、776位にTがあるときはClostridium botulinumC型であり;737位にCがあり、755位にAがあり、762位にTがあり、776位にTがあるときはClostridium botulinumD型であり;737位にTがあり、755位にGがあり、762位にCがあり、776位にGがあるときはClostridium botulinumG型であり;737位にCがあり、755位にGがあり、762位にTがあり、776位にGがあるときはYersinia pestisであり;737位にTがあり、755位にAがあり、762位にGがあり、776位にGがあるときはFrancisella tularensisであり;737位にCがあり、755位にAがあり、762位にTがあり、776位にGがあるときはVibrio choleraeであり;737位にCがあり、755位にGがあり、762位にCがあり、776位にGがあるときはBurkholderia pseudomalleiである。
細菌は、上記のSNPの1つまたは複数に基づいて部分的に同定または分類することができる。
SNPは、以下を限定されずに含む、当技術分野で公知の任意の方法によって分析することができる:高分解能融解分析、5’ヌクレアーゼ消化(5’ヌクレアーゼ消化を含む)、分子ビーコン、オリゴヌクレオチドライゲーション、マイクロアレイ、制限断片長多型;抗体検出方法;直接配列決定または任意のその組合せ。一実施形態では、方法における分析工程は、高分解能融解分析、5’ヌクレアーゼ消化、分子ビーコン、オリゴヌクレオチドライゲーション、マイクロアレイ、制限断片長多型、抗体検出方法;直接配列決定または任意のその組合せを使用して少なくとも1つのSNPの存在の有無を判定することを含む。SNPは、以下を限定されずに含む当技術分野で公知の任意の方法によって検出することができる:ポリメラーゼ連鎖反応(PCR);リガーゼ連鎖反応(LCR);ハイブリダイゼーション分析;高分解能融解分析;5’ヌクレアーゼ消化を含むヌクレアーゼによる消化;分子ビーコン;オリゴヌクレオチドライゲーション;マイクロアレイ;制限断片長多型;抗体検出方法;直接配列決定;または任意のその組合せ。
例えば、一部の実施形態では、細菌を同定または分類することは、上で広く記載されるSNPおよびそれらの周囲のDNA配列のDNA融解特性、好ましくは本明細書に参照により組み込まれるPCT/AU2018/050471に記載されるような高分解能融解分析にさらに基づくことができる。
例えば、一部のそのような実施形態では、本発明の方法は、上で広く記載されるSNPおよびそれらの周囲のDNA配列のDNA融解特性をさらに分析するために、高分解能融解(HRM)分析をさらに含むことができる。特定の実施形態では、HRM分析は、SNPの少なくとも1つおよび少なくとも1つの挿入蛍光色素を含有するDNA増幅生成物(すなわち、アンプリコン)を形成すること、ならびにその融点(T)を通してDNA増幅生成物を加熱することを含むことができる。DNA増幅生成物に組み込まれている蛍光色素を使用して、HRMはリアルタイムでモニタリングされる。蛍光レベルは、二本鎖のDNAの量が低減するに従って蛍光が低減するので温度上昇に伴いモニタリングされる。蛍光および温度における変化は、融解曲線として知られるグラフにプロットすることができる。
熟練した受取人が理解するように、2つのDNA鎖が分離するDNA増幅生成物のTは予測可能であり、DNA増幅生成物を形成するヌクレオチド塩基の配列に依存する。したがって、融解曲線は異なって出現するので、多型(すなわち、1つまたは複数のSNP)を含有するDNA増幅生成物を含むDNA増幅生成物を区別することが可能である。実際、一部の実施形態では、周囲のDNA配列における差に基づいて、同じ多型を含有するDNA増幅生成物を区別することが可能である。
例えば、Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenesの中から選択される細菌は、表5に示すSNPの存在ならびにSNPおよびそれらの周囲のDNA配列のDNA融解特性に基づいて試料の中で同定することができる:
Figure 2023511909000007

例えば、Escherichia coli、Streptococcus pneumoniae、Streptococcus agalactiae、Streptococcus pyogenes、Proteus mirabilis、Enterobacter cloacae、Klebsiella pneumoniae、Pseudomonas aeruginosa、Acinetobacter calcoaceticus、Enterococcus faecalis、Listeria monocytogenes、Staphylococcus aureus、Clostridium perfringens、Corynebacterium jeikeium、Bacteroides fragilis、Neisseria meningitidis、Haemophilus influenzae、Serratia marcescens、Salmonella sp.、Staphylococcus epidermidisの中から選択される細菌は、表3に示すSNPの存在ならびにSNPおよびそれらの周囲のDNA配列のDNA融解特性に基づいて試料の中で同定することができる。
一実施形態では、Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenesから選択される細菌は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647および653に対応する位置にあるSNPならびにSNPおよびそれらの周囲のDNAの高分解能融解曲線分析に基づいて試料の中で同定することができる。
例えば、Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter cloacae;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenesの中から選択される細菌は、上記のSNP位置および/またはSNPおよびそれらの周囲のDNAの高分解能融解曲線分析に基づいて試料の中で同定することができる。
一部の実施形態では、Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Serratia marcescensおよびEnterobacter aerogenesから選択される細菌は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置412、440、488および647に対応する位置にあるSNPに基づいて試料の中で個々に同定することができ、ここで:Staphylococcus aureusおよびStaphylococcus epidermidisは、412位にTがあるとき同定することができ、次に、412位のSNPの周囲のDNAの高分解能融解曲線分析に基づいてお互いからさらに区別することができ;Enterococcus faecalisおよびEnterococcus faecium は、647位にGがあるとき同定することができ、次に、647位のSNPの周囲のDNAの高分解能融解曲線分析に基づいてお互いからさらに区別することができ;Serratia marcescensおよびEnterobacter aerogenesは、440および647位にCがあり、488位にTがあるとき同定することができ、次に、位置440、488および647のいずれか1つにあるSNPの周囲のDNAの高分解能融解曲線分析に基づいてお互いからさらに区別することができる。
他の実施形態では、Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Streptococcus agalactiaeおよびStreptococcus pyogenesから選択される細菌は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の378位に対応する位置の少なくとも1つのSNP、および378位のSNPの周囲のDNAの高分解能融解曲線分析に基づいて試料の中で同定することができる。
例えば、Bacillus anthracis、Clostridium botulinumA型、Clostridium botulinumB型、Clostridium botulinumC型、Clostridium botulinumD型、Clostridium botulinumG型Yersinia pestis、Francisella tularensis、Vibrio choleraeおよびBurkholderia pseudomalleiの中から選択される細菌は、表6に示すSNPの存在ならびにSNPおよびそれらの周囲のDNA配列のDNA融解特性に基づいて試料の中で同定することができる:
Figure 2023511909000008

上記のように、配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の746位は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の737位に対応する。配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の764位は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の755位に対応する。配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の771位は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の762位に対応する。配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の785位は、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の776位に対応する。
一実施形態では、Bacillus anthracis、Clostridium botulinumA型、Clostridium botulinumB型、Clostridium botulinumC型、Clostridium botulinumD型、Clostridium botulinumG型、Yersinia pestis、Francisella tularensis、Vibrio choleraeおよびBurkholderia pseudomalleiから選択される細菌は、配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の位置746、764、771または785(または、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置737、755、762または776)に対応する位置にあるSNPならびにSNPおよびそれらの周囲のDNAの高分解能融解曲線分析に基づいて試料の中で同定することができる。
例えば、Bacillus anthracis、Clostridium botulinumA型、Clostridium botulinumB型、Clostridium botulinumC型、Clostridium botulinumD型、Clostridium botulinumG型、Yersinia pestis、Francisella tularensis、Vibrio choleraeおよびBurkholderia pseudomalleiの中から選択される細菌は、上記のSNP位置および/またはSNPおよびそれらの周囲のDNAの高分解能融解曲線分析に基づいて試料の中で同定することができる。
一部の実施形態では、本発明の方法は、例えば抗生物質または抗微生物剤などの治療剤を対象に投与することをさらに含むことができる。別の実施形態では、処置有効性を評価する方法(例えば本発明の第4の態様におけるように)は、少なくとも1つの細菌が治療剤に少なくとも一部分に感受性および/または耐性であるかどうか決定する工程をさらに含むことができる。
一実施形態では、本明細書に記載される方法は、試料または生体試料中の細菌の量または濃度に基づいて感染症のための処置を選択する工程をさらに含む。
感染症を処置する方法は、その処置を促進する1つまたは複数の治療剤の治療的有効量の投与を含むことができることが理解される。例としてだけであるが、これらは:抗生物質剤(小分子抗生物質、本来抗微生物性である分子、天然もしくは合成のペプチド抗微生物薬および/または抗微生物特性を有するタンパク質を含む)、抗炎症剤(例えば、非ステロイド系抗炎症剤(NSAID)、コルチコステロイド)、免疫抑制剤、免疫調節剤、酸素、静脈内液および昇圧剤を含むことができる。
例示的な抗生物質剤には、フルオロキノロン(シプロフロキサシンを含む)、テトラサイクリン(ドキシサイクリンを含む)、マクロライド(エリスロマイシン、セスロマイシン、アジスロマイシンおよびクラリスロマイシンを含む)、3-ラクタム(ペニシリン、イミペネムおよびアンピシリンを含む)、アンサマイシン(リファンピンを含む)、フェニコール(クロラムフェニコールを含む)、ストレプトグラミン(キヌプリスチン-ダルフォプリスチンを含む)、アミノグリコシド(ゲンタマイシンを含む)、オキサゾリジノン(リネゾリドを含む)、テトラサイクリン、グリシルグリシン(チゲサイクリンを含む)、環状リポペプチド(ダプトマイシンを含む)およびリンコサミン(クリンダマイシンを含む)が含まれる。他の抗生物質剤の具体例には、フシジン酸、トリメトプリム、スルファジアジン、スルファメトキサゾール、ペニシリン、モノバクタム、ペナム、ペネム、クラバム、クラベム、カルボペナム、カルボペネム、セファム、セフェム、オキサセファム、オキサセフェム、カルボセファム、カルボセフェム、セファロスポリン、テトラサイクリン、テトラサイクリン由来の抗菌剤、グリシルサイクリン、グリシルサイクリン由来の抗菌剤、ミノサイクリン、ミノサイクリン由来の抗菌剤、サンサイクリン、サンサイクリン由来の抗菌剤、メタサイクリン、メタサイクリン由来の抗菌剤、オキサゾリジノン抗菌剤、アミノグリコシド抗菌剤、キノロン抗菌剤、ダプトマイシン、ダプトマイシン由来の抗菌剤、リファマイシン、リファマイシン由来の抗菌剤、リファンピン、リファンピン由来の抗菌剤、リファラジル、リファラジル由来の抗菌剤、リファブチン、リファブチン由来の抗菌剤、リファペンチン、リファペンチン由来の抗菌剤、リファキシミンおよびリファキシミン由来の抗菌剤が含まれる。
理解されるように、生体試料中の細菌の量または濃度は疾患の進行につれて一般的に増加する。
この点に関して、処置を受ける対象の生体試料中の細菌の量または濃度の増加は、対象での疾患の進行を、および処置が無効であること(例えば、薬物耐性)を示す可能性があり、処置を受ける対象の生体試料中の細菌の量または濃度の低下は、対象における疾患の寛解または退行を、したがって処置が有効であることを一般的に示す。
一部の実施形態では、感染症を有する対象の処置の前、その間および/またはその後の複数の時点を選択し、これらの複数の時点で対象からとられる生体試料中の細菌の量または濃度を決定して、予後または処置有効性を決定することができる。例えば、細菌の量または濃度は、最初の時点で、次に再び1、2、3またはそれより多くの以降の時点で決定することができる。
好適には、生体試料をとる時点は処置サイクル全体から、または所望の期間から選択することができる。所望の期間では、例えば、時点は処置の前、処置の途中、および/または処置の完了後であってよい。好適には、第1から第2および/または第3の時点からの生体試料中の細菌の変更またはモジュレートされた量または濃度レベル、例えば低下または低減は、本発明の方法によって利用することができ、細菌感染症を有する対象の正の予後診断を提供することができる。あるいは、第1から第2および/または第3の時点からの本発明の方法によって利用される生体試料中の細菌の変更またはモジュレートされた量または濃度レベル、例えばその中の増加は、細菌感染症を有する対象の劣った予後診断を提供することができる。
当業者によって理解されるように、前記生体試料中の細菌の量または濃度は、感染症の重症度、ステージ、再発または進行および/または処置の有効性に関連している可能性もある。
一実施形態では、生体試料は、診断時に対象から、および次に処置の各サイクルの前に供給および/または収集することができる。好適には、対象ならびに感染症の性質および/またはステージによって、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15および/または20サイクルを限定されずに含む任意の数の処置サイクルがあってよい。処置サイクルは、接近していてもよく、一定期間に分散してもよく、および/または一定の期間にわたる規定の時点の集中サイクル、または上記の何れかの組合せであってよい。
さらなる実施形態では、試料は処置の間および/または処置の完了後の両方でとることができる。好適には、試料は処置の完了後の任意の時点で対象から供給することができ、その例としては、処置の1、2、3、4、5、10、15、20、25および/または30日後、処置の1、2および/または3週後、および/または処置の1、3、6および/または9カ月後、および/または処置の1、2、3、4、5、10、15、20および/または30年後が挙げられる。対象および感染症によって、対象が寛解期にあるかまたは少なくとも1つまたは複数の処置サイクルの後に処置を完了することができる。
一実施形態では、任意の好適な試料、例えば環境試料および生体試料を、本発明の方法で使用することができる。例示的な生体試料は、喀痰、唾液、血液、脳脊髄液または尿試料を含むことができる。本明細書で使用されるように、用語「血液」は、従来規定される通り全血または血液の任意の分画、例えば血清および血漿を包含する。
一部の実施形態により、増幅生成物を定量化するための内部または外部標準を使用することができる。
プローブ、ツールまたは試薬は、限定されずに、オリゴヌクレオチド、プライマー、核酸、ポリヌクレオチド、DNA、cDNA、RNA、ペプチドまたはポリペプチドであってよい。これらは、例えば、一本鎖もしくは二本鎖であってよく、天然に存在するか、単離されたか、精製されたか、化学改変されたか、組換えか、または合成されたかであってよい。
プローブ、ツールまたは試薬は、限定されずに、少なくとも1つのSNPを含有する試料中の16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分に特異的に結合するか、それを検出するかまたは同定することが可能である、抗体または他のタイプの分子または化学実体であってよい。
プローブ、ツールまたは試薬は、上記のものの何れかの数または組合せであってよく、数および組合せは、達成すべき所望の結果-例えば、ゲノムレベル(遺伝子タイピング)またはRNA転写レベルでのSNPの検出に依存する。
プローブ、ツールまたは試薬は、単離されたものであってよい。プローブ、ツールまたは試薬は、検出可能に標識化されてもよい。検出可能な標識は、増幅反応に含まれてもよい。適する標識には、蛍光色素、例えばフルオレセインイソチオシアネート(FITC)、ローダミン、テキサスレッド、フィコエリトリン、アロフィコシアニン、6-カルボキシフルオレセイン(6-FAM)、2’,7’-ジメトキシ-4’,5’-ジクロロ-6-カルボキシフルオレセイン(JOE)、6-カルボキシ-X-ローダミン(ROX)、6-カルボキシ-2’,4’,7’,4,7-ヘキサクロロフルオレセイン(HEX)、5-カルボキシフルオレセイン(5-FAM)またはN,N,N’,N’-テトラメチル-6-カルボキシローダミン(TAMRA)、放射性標識、例えば32P、35S、H;等が含まれる。標識は、高親和性結合パートナー、例えばアビジン、特異的抗体等を有する、増幅されたDNAがビオチン、ハプテン等にコンジュゲートされる2段階システムであってよく、ここで、結合パートナーは、検出可能な標識にコンジュゲートされる。標識は、プライマーの片方または両方にコンジュゲートされてもよい。あるいは、増幅において使用されるヌクレオチドのプールは、増幅生成物に標識を組み込むために標識化される。
特定の実施形態では、少なくとも1つのプローブ、ツールまたは試薬は、ゲノムレベルまたは転写レベルでの、好ましくは前者でのSNPの特異的結合、検出または同定のためである。
好ましい実施形態では、少なくとも1つのプローブ、ツールまたは試薬は、本明細書に記載されるように少なくとも1つのSNPを含有する試料中の16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分に特異的に結合、検出または同定するためのものである。
本方法のために、単一のプローブ(特にプライマー)を各試料および/または対照試料で使用することができるか、複数のプローブ(特にプライマー)を各試料および/または対照試料で(すなわち、1ポットの中で)使用することができる。そのようなプローブ(特にプライマー)は、増幅(PCRなど)から得た生の溶液に加えることができる。
一実施形態では、少なくとも1つのプローブ、ツールまたは試薬は2つのプライマーを含むことができ、その各々は、上記のSNPを含有する、細菌16S rRNA遺伝子(または遺伝子生成物)の少なくとも一部分にハイブリダイズする。
一実施形態では、少なくとも1つの前記プローブ、ツールまたは試薬は、配列番号16~37の少なくとも1つに示す配列と、少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%または100%の配列相同性または同一性を有するヌクレオチド配列を有する(または含むもしくはそれからなる)オリゴヌクレオチドを含む。前記プローブ、ツールまたは試薬は、プライマーであってよい。前記プローブ、ツールまたは試薬は、配列番号16~37の少なくとも1つに示すヌクレオチド配列を有するオリゴヌクレオチドを含むことができる。
配列番号38に示す16S rRNA配列の中のSNPの同定(特に、表4のSNPの同定)のために適するプライマーは、下の表7に示す通りであってよい。
Figure 2023511909000009

本明細書に記載される特徴のいずれも、本発明の範囲内の本明細書に記載される他の特徴のいずれか1つまたは複数との何れかの組合せで組み合わせることができる。
上記は、主に16S rRNA遺伝子の使用を議論する。しかし、上記は、16S rRNAおよび他の16S rRNA遺伝子生成物にも適用可能である。したがって、一部の実施形態では(該当する場合)、上下の16S rRNA遺伝子への言及は、16S rRNA遺伝子生成物(または、16S rRNA)で置き換えることができる。
この明細書におけるいかなる先行技術への言及も、その先行技術が普通の一般的な知識の一部をなすということの承認でもいかなる形の示唆でもなく、それととるべきでもない。
本発明の様々な実施形態が、以下の図面を参照して記載される。
図1は、アンプリコンDNA(ng)を試料容量(μL)と相関させる、対照試料から作成された標準曲線を示す。 図2は、既知の細菌濃度の一連の対照試料を作製するための対照血液のスパイキングおよびその系列希釈を図式的に示す。 図3は、E. coliおよびS. aureusのための比較フローサイトメトリーおよびプレート計数データの結果を提供する。 図4は、実施例2で試験したBacteroides fragilisのための混入された血液対照試料の高分解能融解(HRM)曲線を示す。 図5は、実施例2で試験したHaemophilus influenzaeのための混入された血液対照試料の高分解能融解(HRM)曲線を示す。 図6は、実施例2で試験したPseudomonas aeruginosaのための混入された血液対照試料の高分解能融解(HRM)曲線を示す。 図7は、実施例2で試験したStreptococcus pneumoniaeのための混入された血液対照試料の高分解能融解(HRM)曲線を示す。 図8は、実施例2で試験したKlebsiella pneumoniaeのための混入された血液対照試料の高分解能融解(HRM)曲線を示す。 図9は、実施例2で試験したEscherichia coliのための混入された血液対照試料の高分解能融解(HRM)曲線を示す。 図10は、実施例2で試験したEnterobacter cloacaeのための混入された血液対照試料の高分解能融解(HRM)曲線を示す。 図11は、実施例2で試験したSerratia marcescensのための混入された血液対照試料の高分解能融解(HRM)曲線を示す。 図12は、実施例2で試験したProteus mirabilisのための混入された血液対照試料の高分解能融解(HRM)曲線を示す。 図13は、以下の細菌種からの16S rRNA分子をコードする代表的遺伝子のCLUSTALW配列アラインメントを示す:Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenes。CLUSTALWアラインメントによって判定される可変配列を取り出した。配列番号1に示すE. coliからの16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647および653に対応する位置にあるSNPは、整列させた配列の中の対応するヌクレオチドと一緒に強調されている。 図14は、Ct対対数コピー数(図14A)の一般的な標準曲線の例であり、PCRの20サイクルと40サイクルの間の5つの標準の正規化シグナルの変化(コピー数で示される)を示す増幅プロットから得たC値を例示する(図14B)。
配列表への鍵
配列番号1:図13におけるEscherichia coliの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_102804.1);
配列番号2:図13におけるStaphylococcus aureusの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_075000.1);
配列番号3:図13におけるStaphylococcus epidermidisの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_074995.1);
配列番号4:図13におけるStreptococcus pneumoniaeの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_074564.1);
配列番号5:図13におけるStreptococcus agalactiaeの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_040821.1);
配列番号6:図13におけるStreptococcus pyogenesの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_074091.1);
配列番号7:図13におけるEnterococcus faecalisの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_074637.1);
配列番号8:図13におけるEnterococcus faeciumの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_042054.1);
配列番号9:図13におけるProteus mirabilisの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_074898.1);
配列番号10:図13におけるSerratia marcescensの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_041980.1);
配列番号11:図13におけるEnterobacter aerogenesの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_024643.1);
配列番号12:図13におけるEnterobacter cloacaeの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_028912.1);
配列番号13:図13におけるKlebsiella pneumoniaeの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_036794.1);
配列番号14:図13におけるPseudomonas aeruginosaの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号NR_074828.1);
配列番号15:図13におけるAcinetobacter calcoaceticusの16S rRNA遺伝子(Genbank受託番号AB302132.1);
配列番号16:フォワードプライマー(CCTCTTGCCATCGGATGTG);
配列番号17:リバースプライマー(CCAGTGTGGCTGGTCATCCT);
配列番号18:フォワードプライマー(GGGAGGCAGCAGTAGGGAAT);
配列番号19:フォワードプライマー(CCTACGGGAGGCAGCAGTAG);
配列番号20:リバースプライマー(CGATCCGAAAACCTTCTTCACT);
配列番号21:フォワードプライマー(AAGACGGTCTTGCTGTCACTTATAGA);
配列番号22:リバースプライマー(CTATGCATCGTTGCCTTGGTAA);
配列番号23:フォワードプライマー(TGCCGCGTGAATGAAGAA);
配列番号24:フォワードプライマー(GCGTGAAGGATGAAGGCTCTA);
配列番号25:フォワードプライマー(TGATGAAGGTTTTCGGATCGT);
配列番号26:リバースプライマー(TGATGTACTATTAACACATCAACCTTCCT);
配列番号27:リバースプライマー(AACGCTCGGATCTTCCGTATTA);
配列番号28:リバースプライマー(CGCTCGCCACCTACGTATTAC);
配列番号29:フォワードプライマー(GTTGTAAGAGAAGAACGAGTGTGAGAGT);
配列番号30:リバースプライマー(CGTAGTTAGCCGTCCCTTTCTG);
配列番号31:フォワードプライマー(GCGGTTTGTTAAGTCAGATGTGAA);
配列番号32:フォワードプライマー(GGTCTGTCAAGTCGGATGTGAA);
配列番号33:フォワードプライマー(TCAACCTGGGAACTCATTCGA);
配列番号34:リバースプライマー(GGAATTCTACCCCCCTCTACGA);
配列番号35:リバースプライマー(GGAATTCTACCCCCCTCTACAAG);
配列番号36:フォワードプライマー(GTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAG);
配列番号37:リバースプライマー(TCGTTTACCGTGGACTACCAGGG);
配列番号38:Bacillus anthracis株2000031664の16SリボソームRNA遺伝子、部分配列(GenBank受託番号AY138383.1);
Figure 2023511909000010
配列番号39:Burkholderia pseudomalleiの16S rRNA遺伝子(GenBank受託番号AJ131790.1);
Figure 2023511909000011
配列番号40:Clostridium botulinumA型の16S RNA rrn遺伝子(GenBank受託番号X68185.1);
Figure 2023511909000012
配列番号41:Clostridium botulinumB型の16S RNA rrn遺伝子(GenBank受託番号X68186.1);
Figure 2023511909000013
配列番号42:Clostridium botulinumC型の16S rRNA rrn遺伝子(GenBank受託番号X68315.1);
Figure 2023511909000014
配列番号43:Clostridium botulinumD型の16S RNA rrn遺伝子(GenBank受託番号X68187.1);
Figure 2023511909000015
配列番号44:Clostridium botulinumG型の16S rRNA rrn遺伝子(GenBank受託番号X68317.1);
Figure 2023511909000016
配列番号45:Francisella tularensis株B-38の16SリボソームRNA、部分配列(GenBank受託番号/NCBI参照配列:NR_029362.1);
Figure 2023511909000017
配列番号46:Vibrio cholerae株DL2の16SリボソームRNA遺伝子、部分配列(GenBank受託番号MG062858.1);
Figure 2023511909000018
配列番号47:Yersinia pestisの16S rRNA遺伝子、単離株:SS-Yp-116(GenBank受託番号AJ232238.1);
Figure 2023511909000019
配列番号48:フォワードプライマー(TCCTACGGGAGGCAGCAGTAGGG);
配列番号49:リバースプライマー(CCGCTACACATGGAATTCCAC);
配列番号50:フォワードプライマー(GACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGG);
配列番号51:リバースプライマー(GGTATTAACTTACTGCCCTTCCTCCC);
1.定義
特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての専門用語および科学用語は、本発明が属する分野の当業技術者が通常理解するのと同じ意味を有する。本明細書に記載されるそれらに類似するかまたは同等であるいかなる方法および材料も本発明の実施または試験で使用することができるが、好ましい方法および材料が記載されている。本発明の目的上、以下の用語が下で定義される。
冠詞「a」および「an」は、本明細書でその冠詞の文法上の目的語の1つまたは複数(すなわち、少なくとも1つ)を指すために使用される。例として、「要素」は1つの要素または複数の要素を意味する。
「増幅生成物」または「アンプリコン」は、核酸増幅技術によって生成された核酸生成物を意味する。
本明細書で用いる用語「生体試料」は、患者または対象由来の、抽出されたか、未処置であるか、処置されたか、希釈されたか、または濃縮されたものであってよい試料を意味する。好適には、生体試料は、毛髪、皮膚、爪、組織または体液、例えば喀痰、唾液、脳脊髄液、尿および血液を限定されずに含む、患者または対象の体の何れかの部分から選択される。
本明細書およびクレーム(あるならば)では、単語「含んでいる(comprising)」ならびに「含む(comprises)」および「含む(comprise)」を含むその派生語は、明記された整数の各々を含むが、1つまたは複数のさらなる整数の含有を排除しない。
本明細書で「コピー数」という用語は、試験試料中に存在する核酸配列、例えば16S rRNA遺伝子またはその一部分のコピー数を意味する。
本明細書で用いるように、「対応する」核酸位置またはヌクレオチドは、2つ以上の核酸分子の整列した遺伝子座に存在する位置またはヌクレオチドを意味する。関連したかまたは変異体のポリヌクレオチドは、当業者に公知である任意の方法によって整列させることができる。そのような方法は一致を一般的に最大にし、手動アラインメントの使用、ならびに利用可能な多数のアラインメントプログラム(例えば、BLASTN)および当業者に公知である他のものの使用などの方法を含む。ポリヌクレオチドの配列を整列させることによって、当業者は、同一のヌクレオチドをガイドとして使用して、対応するヌクレオチドまたは位置を同定することができる。例えば、E. coliの16S rRNA(配列番号1に示す)をコードする遺伝子の配列を、別の種からの16S rRNAをコードする遺伝子と整列させることによって、当業者は、保存されたヌクレオチドをガイドとして使用して対応する位置およびヌクレオチドを同定することができる。
「遺伝子」は、ゲノム上の特異的座位を占有し、転写および/もしくは翻訳の調節配列ならびに/またはコード領域ならびに/または非翻訳配列(すなわち、イントロン、5’および3’非翻訳配列)からなる遺伝形質の単位を意味する。
「遺伝子生成物」は、遺伝子の生成物を意味する。例えば、16S rRNA遺伝子の遺伝子生成物は、16S rRNAを含む。遺伝子生成物は、例えば、rRNA配列に由来するcDNA配列も含む。遺伝子生成物は、rRNA遺伝子の中のSNPが生成物において対応する変化をもたらすだろうrRNAの生成物を含むこともできる。
本明細書で使用されるように、用語「遺伝子コピー数」は、細胞中の核酸分子のコピー数を意味する。遺伝子コピー数は、細胞のゲノム(染色体)DNA中の遺伝子コピー数を含む。細菌では、正常な状態で、16S rRNA遺伝子などの核酸のコピー数は、種の間で異なることができる。したがって、16S rRNA遺伝子のコピー数は、問題の具体的な細菌によって1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15等であってよい。
「相同性」は、同一であるかまたは保存的置換を構成する核酸またはアミノ酸の百分率を意味する。相同性は、GAP(Deveraux et al. 1984)などの配列比較プログラムを使用して判定することができ、それは参照により本明細書に組み込まれる。この方法では、本明細書に引用されるものに類似のまたは実質的に異なる長さの配列はアラインメントへのギャップの挿入によって比較することができ、そのようなギャップは、例えばGAPによって使用される比較アルゴリズムによって判定される。
本明細書において、「ハイブリダイゼーション」は、DNA-DNAハイブリッドまたはDNA-RNAハイブリッドを生成するための相補性ヌクレオチド配列の対形成を表すために使用される。DNAでは、AはTと対になり、CはGと対になる。RNAでは、UはAと対になり、CはGと対になる。この点に関しては、本明細書で用いる用語「一致」および「ミスマッチ」は、相補性核酸鎖における対形成ヌクレオチドのハイブリダイゼーションの可能性を意味する。上で指摘した古典的A-TおよびG-C塩基対などのマッチしているヌクレオチドは、効率的にハイブリダイズする。ミスマッチは、効率的にハイブリダイズしないヌクレオチドの他の組合せである。ヌクレオチド記号は、表8に示す:
Figure 2023511909000020
「単離された」は、その天然の状態においてそれに通常付随する構成成分が実質的にまたは事実上含まれない材料を意味する。
本明細書で用いる用語「オリゴヌクレオチド」は、ホスホジエステル結合を通して連結される多数のヌクレオチド残基(デオキシヌクレオチドまたはリボヌクレオチド、またはその関連した構造変異体もしくは合成類似体)で構成されるポリマーを指す(または、その関連した構造変異体または合成類似体)。したがって、用語「オリゴヌクレオチド」はヌクレオチド残基およびそれらの間の連結が天然に存在するヌクレオチドポリマーを一般的に意味するが、この用語が、ペプチド核酸(PNA)、ホスホロアミデート、ホスホロチオエート、メチルホスホネート、2-O-メチルリボ核酸などを限定されずに含む様々な類似体もその範囲に含むことが理解される。分子の正確なサイズは、特定の適用によって異なることができる。オリゴヌクレオチドは長さが一般的に約10から30ヌクレオチド残基と一般的にかなり短いが、しかしこの用語は任意の長さの分子を指すことができるが、用語「ポリヌクレオチド」または「核酸」は大きなオリゴヌクレオチドのために一般的に使用される。
用語「患者」および「対象」は互換的に使用され、ヒトまたは他の哺乳動物の患者および対象を指し、本発明の方法を使用して検査または治療される任意の個体を含む。しかし、「患者」は、症状が存在することを暗示していないことが理解される。本発明の範囲に含まれる適した哺乳動物には、限定されずに、霊長類、畜産動物(例えば、ヒツジ、雌ウシ、ウマ、ロバ、ブタ)、臨床試験動物(例えば、ウサギ、マウス、ラット、モルモット、ハムスター)、コンパニオン動物(例えば、ネコ、イヌ)および狩猟野生動物(例えば、コアラ、クマ、野生のネコ、野生のイヌ、オオカミ、ディンゴ、キツネなど)が含まれる。
本明細書で用いる用語「多型」は、別の個体の相同領域におけるヌクレオチドまたはアミノ酸配列と比較したときの、所与の領域のヌクレオチドまたはアミノ酸配列における差、特に、同じ種の個体の間で異なっている所与の領域のヌクレオチドまたはアミノ酸配列における差を意味する。多型は、参照配列に対して一般的に規定される。多型は、単一ヌクレオチドの差、複数のヌクレオチドにおける差ならびに単一または複数のヌクレオチドの挿入、反転および欠失;ならびに単一アミノ酸の差、複数のアミノ酸の配列における差ならびに単一または複数のアミノ酸の挿入、反転および欠失を含む。「多型部位」は、変異が起こる遺伝子座である。多型が核酸配列に存在し、多型部位の特定の1つまたは複数の塩基の存在に言及する場合、本発明はその部位の相補鎖の上の1つまたは複数の相補的塩基を包含することを理解すべきである。
本明細書で用いる用語「ポリヌクレオチド」または「核酸」は、mRNA、RNA、rRNA、cRNA、cDNAまたはDNAを意味する。本用語は、長さが30ヌクレオチド残基より大きいオリゴヌクレオチドを一般的に意味する。
「プライマー」は、DNAの鎖と対にしたとき、適する重合剤の存在下でプライマー伸長生成物の合成を開始することが可能であるオリゴヌクレオチドを意味する。プライマーは増幅の最高効率のために好ましくは一本鎖であるが、代わりに二本鎖であってもよい。プライマーは、重合剤の存在下で伸長生成物の合成をプライミングするのに十分に長くなければならない。プライマーの長さは、適用、用いる温度、鋳型反応条件、他の試薬およびプライマーの供給源を含む多くの因子に依存する。例えば、標的配列の複雑性によって、オリゴヌクレオチドプライマーは15~35またはより多くのヌクレオチド残基を一般的に含有するが、それはより少ないヌクレオチド残基を含有することができる。プライマーは、例えば約200ヌクレオチドから数キロベースまたはより多くの大きなポリヌクレオチドであってもよい。プライマーは、それがハイブリダイズして合成開始のための部位の役割をするように設計される鋳型の上の配列に「実質的に相補的である」ように選択することができる。「実質的に相補的である」は、標的ポリヌクレオチドとハイブリダイズするためにプライマーが十分に相補的であることを意味する。一部の実施形態では、プライマーはそれがハイブリダイズするように設計されている鋳型とのミスマッチを含有しないが、これは必須でない。例えば、非相補的ヌクレオチド残基をプライマーの5’末端に付着させることができるが、プライマー配列の残りは鋳型に相補的である。あるいは、非相補的ヌクレオチド残基またはひと続きの非相補的ヌクレオチド残基をプライマーに散在させることができるが、ただし、プライマー配列が、それとハイブリダイズし、それによってプライマーの伸長生成物の合成のための鋳型を形成するために、鋳型の配列と十分な相補性を有する場合に限る。
「プローブ」は、特異的配列または部分配列または別の分子の他の部分に結合する分子を意味する。別途指示がない限り、用語「プローブ」は、相補的塩基対形成を通して、しばしば「標的ポリヌクレオチド」と呼ばれる別のポリヌクレオチドに結合するポリヌクレオチドプローブを一般的に意味する。プローブは、ハイブリダイゼーション条件のストリンジェンシーによっては、プローブとの完全な配列相補性を欠いている標的ポリヌクレオチドに結合することができる。プローブは、直接または間接的に標識化することができる。
用語「予後」および「予後の」は、臨床結果(医学処置の有無にかかわらず)を予測すること、適当な治療クールを選択すること(または、処置が有効かどうか)、および/または現行の処置をモニタリングし、潜在的に処置を変更することを可能にする、予後診断を含むものとして本明細書で使用される。これは、細菌の同定と組み合わせることができる、本発明の方法によって細菌を定量化することに少なくとも部分的に基づくことができる。予後診断は、細菌感染症が首尾よく処置されたかさもなければ解消した後に対象が患う、感染症の任意の永続的または恒久的な身体的または精神的な影響の予測、予想または予期を含むこともできる。さらに、予後診断は、敗血症の可能性または発生、治療応答性の決定、適当な処置療法の実行、療法の後の感染症再発の確率、見込みまたは可能性の決定、および確立された療法(例えば、抗生物質)への抵抗性の発達の予測のうちの1つまたは複数を含むことができる。正の予後診断は、対象の細菌感染症の再発のない長期生存などの有益な臨床結果または展望を一般的に指し、負の予後診断は、細菌感染症の再発または進行などの負の臨床結果または展望を一般的に意味すると理解され得る。
本明細書で使用されるように、用語「定量化する」は、増幅生成物などの生成物、標的核酸、16S rRNA遺伝子のコピー数および/または細菌の量または濃度の、好ましくは定量的、半定量的または相対的な方法による測定、計算または推定を意味する。
本明細書で使用されるように「抵抗性」は、生物体、疾患、組織または細胞、例えば細菌の、処置、例えば化学物質または薬物(例えば、抗生物質)の意図された有効性への応答の減少または消失を意味する。処置への抵抗性は、診断時または処置の開始時に既に存在してもよいか(すなわち、内因性抵抗性)、または処置によりもしくはその後に発達することがある(すなわち、後天性抵抗性)。
本明細書において、用語「敗血症」は、臨床医学におけるその通常の意味に従って使用され、例えば、細菌感染症などの全身性および/または血液媒介性の感染症を含む。
用語「敗血症関連細菌」は、対象において敗血症を引き起こすことができると同定されたか、または敗血症の対象の血液において同定された細菌を意味する。したがって、「哺乳動物(例えば、ヒト)敗血症関連細菌」は、哺乳動物(例えば、ヒト)対象において敗血症を引き起こすことができると同定されたか、または敗血症の哺乳動物(例えば、ヒト)対象の血液において同定された細菌を意味する。哺乳動物(例えば、ヒト)敗血症関連細菌の例には、Acinetobacter baumannii、Actinobacillus hominis、Actinomyces massiliensis、Aeromonas hydrophila、Bacillus anthracis、Bacteroides fragilis、Brucella abortus、Burkholderia cepacia、Campylobacter coli、Campylobacter fetus、Campylobacter jejuni、Campylobacter lari、Cardiobacterium valvarum、Chlamydia trachomatis、Chlamydophila abortus、Chlamydophila pneumoniae、Citrobacter freundii、Clostridium difficile、Clostridium perfringens、Corynebacterium diphtheriae、Corynebacterium jeikeium、Corynebacterium urealyticum、Dermatophilus congolensis、Edwardsiella tarda、Enterobacter aerogenes、Enterobacter cloacae、Enterococcus faecalis、Enterococcus faecium、Erysipelothrix rhusiopathiae、Escherichia coli、Eubacterium desmolans、Flavobacterium ceti、Haemophilus ducreyi、Haemophilus influenzae、Haemophilus parahaemolyticus、Haemophilus parainfluenzae、Helicobacter cinaedi、Helicobacter pylori、Klebsiella oxytoca、Klebsiella pneumonia、Lactobacillus intestinalis、Legionella pneumophila、Leptospira interrogans、Listeria monocytogenes、Micrococcus luteus、Mobiluncus curtisii、Moraxella catarrhalis、Morganella morganii、Mycobacterium tuberculosis、Neisseria gonorrhoeae、Neisseria meningitidis、Nocardia asteroids、Nocardia brasiliensis、Pasteurella multocida、Peptostreptococcus stomatis、Porphyromonas gingivalis、Prevotella buccae、Prevotella intermedia、Prevotella melaninogenica、Proteus mirabilis、Providencia alcalifaciens、Pseudomonas aeruginosa、Rhodococcus equi、Salmonella enterica、Serratia marcescens、Shigella dysenteriae、Shigella sonnei、Staphylococcus aureus、Staphylococcus epidermidis、Staphylococcus haemolyticus、Staphylococcus hominis、Staphylococcus saprophyticus、Stenotrophomonas maltophila、Streptococcus agalactiae、Streptococcus anginosus、Streptococcus bovis、Streptococcus constellatus、Streptococcus dysgalactiae、Streptococcus intermedins、Streptococcus mitis、Streptococcus mutans、Streptococcus oralis、Streptococcus pneumoniae、Streptococcus pyogenes、Streptococcus sanguinis、Streptococcus sobrinus、Streptomyces anulatus、Streptomyces somaliensis、Veillonella atypica、Veillonella denticariosi、Veillonella dispar、Veillonella parvula、Veillonella rogosae、Vibrio cholerae、Yersinia enterocoliticaおよびYersinia pestisが含まれる。
本明細書で用いるように、「敗血症」は、推定されたかまたは確認された感染過程を有するSIRSであると規定される。感染過程の確認は、感染因子の微生物学的な培養または単離を使用して判定することができる。免疫学的観点から、敗血症は微生物または全身感染への全身性応答であると見ることができる。
本明細書で用いるように、「全身炎症性応答症候群(SIRS)」は、以下の測定可能な臨床特性の2つ以上を有する非特異的傷害から生じる臨床応答を指す;38度を超えるかもしくは36度未満の体温、毎分90を超える心拍数、毎分20を超える呼吸数、1mmにつき12,000を超えるかもしくは1mmにつき4,000未満の白血球数(全白血球)、または10%を超えるバンド好中球百分率。免疫学的観点から、それは、傷害(例えば、大手術)または全身性炎症への全身性応答を表すものと見ることができる。したがって、本明細書で用いるように、「感染陰性SIRS(inSIRS)」は、上記の、しかし識別可能な感染過程の不在下での臨床応答を含む。
本明細書で用いる用語「配列同一性」は、比較ウインドウにわたって配列がヌクレオチドベースまたはアミノ酸ベースで同一である程度を意味する。したがって、「配列同一性百分率」は、比較ウインドウにわたって2つの最適に整列させた配列を比較し、同一の核酸塩基(例えば、A、T、C、G)が両方の配列に存在する位置の数を決定してマッチした位置の数を与え、マッチした位置の数を比較ウインドウの中の位置の総数(すなわち、ウインドウサイズ)で割り、結果を100倍にして配列同一性百分率(%配列同一性)を与えることによって計算される。
本明細書で用いるように、用語「一塩基多型」または「SNP」は、ゲノム配列の中の単一のヌクレオチド(A、T、CまたはG)が変更される(例えば、置換、付加または欠失を通して)ときに起こる、ヌクレオチド配列変異を意味する。SNPは、原核生物または真核生物の微生物のゲノムなどのゲノムのコード(遺伝子)および非コード領域の両方に存在することができる。
本明細書で用いるように、用語「治療」、「治療する」などは、所望の薬理学的および/または生理的効果を得ることを意味する。この効果は、感染、状態もしくはその症状を完全にもしくは部分的に予防する点から予防的であってもよく、ならびに/または、感染、状態および/またはその感染もしくは状態に起因する有害作用のための部分的もしくは完全な治癒の点で治療的であってもよい。本明細書で用いる「治療」は、哺乳動物(例えば、ヒト)における感染または状態のいかなる治療も包含し、(a)感染または状態を抑制すること、すなわちその発達を抑えること;および(b)感染または状態を軽減すること、すなわち感染または状態の退行を引き起こすことを含む。
2.16S rRNAにおけるSNPおよび遺伝子コピー数の変動を使用した細菌の定量化
本発明は、対象からの生体試料などの試料中の細菌を定量化する方法を提供する。この目的のために、本発明は、特定の細菌に特異的である16S rRNA遺伝子の(したがって、16S rRNA分子の中の)SNPおよび遺伝子コピー数が、細菌の個々の種または株を定量化するために使用することができるとの決定に一部基づく。
最も詳細には、本発明は、以下の中から選択される細菌種などの微生物を定量化する方法を提供する:Aerococcus viridans;Acinetobacter calcoaceticus;Bacteroides fragilis;Cedecea lapagei;Citrobacter freundii;Cronobacter dublinensis;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus cecorum;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Haemophilus influenzae;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Shewanella putrefaciens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenes。一実施形態では、本発明は、以下の中から選択される細菌種などの微生物を定量化する方法を提供する:Acinetobacter calcoaceticus; Bacteroides fragilis;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Haemophilus influenzae;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Staphylococcus aureus; Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenes。
例えば、試料中の上の段落に掲載される細菌の1つを定量化する方法は、試料から得た遺伝物質からの問題の微生物の細菌16SrRNA遺伝子から標的核酸を増幅して増幅生成物を形成すること、増幅生成物の量または濃度を測定すること、および増幅生成物の量または濃度をその参照レベルと比較することによって試料中の標的核酸の量または濃度を計算することを含む。
好適には、標的核酸は、定量的PCR、半定量的PCR、デジタルPCRおよびエンドポイントPCRなどのPCRまたはリガーゼ鎖反応(LCR)によって増幅される。
PCRの間、DNA(例えば、標的核酸)の量は、理論的には増幅生成物を生成するようにサイクルごとに倍増する。各サイクルの後、増幅生成物中のDNAの量は以前の概ね2倍である。
試料中の標的核の絶対量は、好ましくは1つまたは複数の対照試料または外部標準から生成される参照レベル、曲線または値を使用して決定される。対照試料は、対照試料の遺伝物質が標的核酸の配列中のそれらと同一であるべきであるプライマー結合部位を含有するように、通常試料に非常に類似している。このことは、1つまたは複数の対照試料および試料中の標的核酸が同等の効率で増幅されることを確実にし、それは定量化のために一般的に必要とされる。特定の実施形態では、対照試料は、既知の量または濃度の細菌から得られる遺伝物質を含む。これは、その既知の量または濃度の生細菌および/もしくは死細菌、ならびに/または既知の量または濃度の細菌から抽出される遺伝物質を含むことができる。代わりの実施形態では、対照試料は、標的核酸を含む既知の量または濃度の合成オリゴヌクレオチドを含み、例えば、前記標的核酸は、既知の量または濃度の細菌と実質的に同等であってよい。好ましくは、実験間(例えば、ランの間、機械間)の変動の問題を回避するために、1つまたは複数の対照試料から標的核酸を増幅することは、試料から標的核酸を増幅するのと実質的に同時にまたは並行して実行される。
1つまたは複数の対照試料は、上に記載されるものなどの1つまたは複数のさらなる細菌からの遺伝物質をさらに含むことができると想定される。この目的のために、本方法は、試料中の少なくとも2つの細菌、少なくとも3つの細菌、少なくとも4つの細菌、少なくとも5つの細菌、少なくとも6つの細菌、少なくとも7つの細菌、少なくとも8つの細菌、少なくとも9つの細菌、少なくとも10の細菌等を定量化するために利用することができる。
さらに、試料中の細菌は未知であってよいが、一旦同定されると、増幅生成物は同定された細菌に由来する1つまたは複数の対照試料に対応する参照レベルと比較することができる。
定量的PCRなどのPCR技術を使用して、蛍光標識などの検出可能な標識をPCRサーモサイクラーで検出、測定し、生成物の指数関数的増加に対応するその幾何学的増加を使用して、各反応で閾値サイクル(C)を決定する。
好適には、試料および対照試料の各々からの細菌の標的核酸は、別々のチューブ内で増幅される。対照試料の異なる希釈を使用して、標準曲線(C値/標準の量のlogに対する交差点のプロット)を次に作成することができる。未知試料のC値は、適当な細菌綱、属または種の結果参照レベルまたは標準曲線と次に比較され、試料中の標的核酸の初期の量の計算を可能にする。標準曲線を作成するために、好適には標的核酸の少なくとも2、少なくとも3、少なくとも4、少なくとも5または少なくとも6つの異なる量を定量化すべきであり、試料中の標的核酸の量は標準曲線の範囲内に入るべきである。
本明細書に記載される定量化方法は、試料中の細菌を同定する工程をさらに含むことができる。当業者ならば理解するように、これは本方法の前、後またはそれと同時に実行することができる。さらに、および先に述べたように、細菌の同定は、同定される特定の細菌綱、属および/または種に対応する適当な参照レベルおよび遺伝子コピー数の選択を支援することができる。
一実施形態では、細菌を同定する工程は、増幅生成物を少なくとも1つのSNPの存在の有無について分析することを含む。本明細書に記載される通り、配列番号1に示すE. coli16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647および653のいずれか1つに対応する16S rRNAをコードする遺伝子(したがって、16S rRNA分子自体)のヌクレオチド位置の多型は、特に哺乳動物(例えば、ヒト)病原体(血液培養によって単離される最も一般的に見出される細菌種を含む(Karlowsky et al.2004))を含む、試料中の細菌を同定するために使用することができる。
一実施形態では、同定される細菌は、以下からなる群から選択される:Aerococcus viridans;Acinetobacter calcoaceticus;Bacteroides fragilis;Cedecea lapagei;Citrobacter freundii;Cronobacter dublinensis;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus cecorum;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Haemophilus influenzae;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Shewanella putrefaciens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenes。一実施形態では、同定される細菌は、以下からなる群から選択される:Acinetobacter calcoaceticus;Enterobacter aerogenes;Enterobacter cloacae;Enterococcus faecalis;Enterococcus faecium;Escherichia coli;Klebsiella pneumoniae;Proteus mirabilis;Pseudomonas aeruginosa;Serratia marcescens;Staphylococcus aureus;Staphylococcus epidermidis;Streptococcus agalactiae;Streptococcus pneumoniaeおよびStreptococcus pyogenes。
上記のSNPを使用した試料中の上記細菌種を同定するための一般規則は、上に記載される。
試料中の1つまたは複数の細菌種を同定するために、1つまたは複数のSNPを検出するための当技術分野で公知の任意の方法を本明細書に記載される方法で使用することができる。特定の実施形態では、本方法は、別のものではなく1細菌種を絞り込むことか、または一部の場合には確認することを促進する。試料中の一塩基多型に対応する特定の位置でのヌクレオチドの存在を判定するために、多数の方法が当技術分野で公知である。多型の検出のための様々なツールには、限定されずに、DNA配列決定、スキャン技術、ハイブリダイゼーションベースの技術、伸長ベースの分析、高分解能溶融分析、組込みベースの技術、制限酵素ベースの分析およびライゲーションベースの技術が含まれる。
核酸は、対象からの生体試料から、または環境試料、例えば空気、土もしくは水試料、濾液、食物または製造品、または表面から、例えば医療器具もしくは作業場所表面からのスワップからであってよい。対象は、ヒト対象または非ヒト対象、例えば哺乳動物対象、例えば霊長類、畜産動物(例えば、ヒツジ、雌ウシ、ウマ、ロバ、ブタ)、臨床試験動物(例えば、ウサギ、マウス、ラット、モルモット、ハムスター)、コンパニオン動物(例えば、ネコ、イヌ)および狩猟野生動物(例えば、コアラ、クマ、野生のネコ、野生のイヌ、オオカミ、ディンゴ、キツネなど)であってよい。対象からの生体試料は、体液、例えば血液、唾液、喀痰、尿、脳脊髄液、糞便、細胞、組織または生検を非限定的に含む、対象の体の任意の部分からであってよい。他の例では、核酸は、培養細胞から得られる。
本発明の方法によって分析される核酸は、試料の中にある間に分析することができるか、または、分析の前に先ず試料から抽出、例えば試料から単離してもよい。試料から核酸を単離するための任意の方法を本発明の方法において使用することができ、そのような方法は当業者に周知である。抽出された核酸は、DNAおよび/またはRNA(mRNAまたはrRNAを含む)を含むことができる。一部の例では、分析の前に逆転写のさらなる工程が方法に含まれてもよい。したがって、分析される核酸は、16S rRNA遺伝子、16S rRNA、16S rRNAのDNAコピー、またはその何れかの組合せを含むことができる。核酸は、16S rRNA遺伝子、16S rRNA、または16S rRNAのDNAコピーの部分を含有することもでき、SNPについて分析される核酸位置を含有する部分を提供する。
そのような方法は、例えば1つまたは複数のSNPを含有する標的ポリヌクレオチドに選択的にハイブリダイズする増幅プライマー対を含む、1つまたは複数のオリゴヌクレオチドプローブまたはプライマーを利用することができる。本発明の方法の実施において有益なオリゴヌクレオチドプローブは、例えば、SNPの位置を含む標的ポリヌクレオチドの一部に相補的でありそれにまたがるオリゴヌクレオチドを含むことができ、多型部位(すなわち、SNP)の特異的ヌクレオチドの存在は、プローブの選択的ハイブリダイゼーションの存在の有無によって検出される。そのような方法は、標的ポリヌクレオチドおよびハイブリダイズしたオリゴヌクレオチドをエンドヌクレアーゼと接触させること、および多型部位のヌクレオチドの存在がプローブの対応するヌクレオチドに相補的であるかどうかによってプローブの切断生成物の存在の有無を検出することをさらに含むことができる。
プライマーは、任意の便利な合成方法を使用して製造することができる。そのような方法の例は、「Protocols for Oligonucleotides and Analogues; Synthesis and Properties」、Methods in Molecular Biology Series, Volume 20, Ed. Sudhir Agrawal, Humana ISBN: 0-89603-247-7, 1993に見出すことができる。検出を促進するために、プライマーを標識化することもできる。
SNPの検出のために有益な任意の方法を本発明において使用することができ、SNP遺伝子タイピングのための多くの異なる方法が当技術分野で公知である(レビューについては、Syvanen, A. C. (2001);Kim, S. and Misra, A., (2007)、を参照する)。そのような方法は、「反応」(例えば、ハイブリダイゼーション、ライゲーション、伸長および切断)および続く「分離」(例えば、固相マイクロタイタープレート、微粒子またはアレイ、ゲル電気泳動、溶液相均一または半均一)を含む、連続した3工程の使用からなることができる。全ての適用のために理想的なSNP遺伝子タイピング方法は1つもなく、様々なパラメータ、例えば分析するSNPの試料サイズおよび数を考慮して最も適当な方法を決定することは当業者の技術の範囲内である。
臨床使用に特に役立ち、少数のSNPへの照会に依存する例示的技術は、迅速、高感度(試料中の核酸の増幅を通して)、一段階、リアルタイム測定出力、多重化および自動化可能、比較的安価、ならびに正確であり、例には、限定されずに、TaqMan(登録商標)アッセイ(5’ヌクレアーゼアッセイ、Applied Biosystems)、高分解能融解分析、LUX(登録商標)(Invitrogen)またはScorpion(登録商標)プローブ(Sigma Aldrich)などの分子ビーコンプローブ、および鋳型による(template directed)色素組込み(TDI、Perkin Elmer)が含まれる。
例えば、TaqMan(登録商標)(Applied Biosystems)は、対立遺伝子特異的プローブとのハイブリダイゼーション、均一溶液相および蛍光共鳴エネルギー転移の組合せを使用する。TaqMan(登録商標)アッセイは、核酸を増幅するためのフォワードおよびリバースプライマーならびにTaq DNAポリメラーゼと共に、SNP部位(複数可)にわたって結合するように設計された標識プローブを分解するためのTaq DNAポリメラーゼの5’-ヌクレアーゼ活性に依存する。反応、分離および検出は全て同時に実行し、反応の進行に従って結果をリアルタイムに読み取ることができる。そのようなアプローチは多数のSNPを同時に分析することに役立たないが、それは、少数のSNPを相応な費用で速やかに、高感度におよび正確に照会するのに特に適する。
一部の方法が他より適することがあるが、試料中の細菌および/または複数の細菌を分類および/または同定するために、1つまたは複数のSNPを検出するための当技術分野で公知の任意の方法を本明細書に記載される方法において使用することができる。
しかし、好ましい一実施形態では、少なくとも1つのSNPの存在の有無を検出することは、高分解能融解(HRM)分析の使用を含む。この目的のために、本方法での高分解能融解分析の利用は、細菌16SrRNA遺伝子の標的核酸の単一の増幅工程から細菌の定量化および同定の両方が達成されることを有利に可能にする。
HRMは、挿入蛍光色素によって染色されたPCR生成物(すなわち、アンプリコン)がその融点(T)を通して加熱されるときの、蛍光変化の正確なモニタリングに基づく。伝統的な融解と対照的に、HRM分析における情報は、計算されたTだけでなく融解曲線の形で含有されるので、HRMは分光法の形と考えることができる。HRM分析は単一工程の閉鎖的なチューブ方法であり、増幅および融解はリアルタイムPCR機器の上で単一のプロトコールとして実行することができる。
本発明の実施形態では、この方法は、本明細書に記載されるSNPの1つまたは複数を含有する標的ポリヌクレオチドに選択的にハイブリダイズする増幅プライマー対を利用する。増幅反応混合物は蛍光色素を含有し、それは結果として生じるアンプリコンに組み込まれる。
結果として生じるアンプリコンは、約50℃から約95℃の範囲内の温度の漸増(すなわち、0.01~0.5℃)によるHRMに次に付される。この過程の間のある時点で、アンプリコンの融点に到達し、DNAの2本の鎖は分離するかまたは別々に「融解」する。
アンプリコンに組み込まれる蛍光色素を使用して、HRMはリアルタイムでモニタリングされる。色素の蛍光レベルは温度が上昇する間中モニタリングされ、二本鎖DNAの量が低減するに従って蛍光は低減する。蛍光および温度における変化は、融解曲線として知られるグラフにプロットすることができる。
熟練した受取人が理解するように、2本のDNA鎖が分離するアンプリコンのTは予測可能であり、アンプリコンを形成するヌクレオチド塩基の配列に依存する。したがって、融解曲線は異なって出現するので、多型(すなわち、1つまたは複数のSNP)を含有するアンプリコンを含むアンプリコンを区別することが可能である。実際、一部の実施形態では、周囲のDNA配列における差に基づいて、同じ多型を含有するアンプリコンを区別することが可能である。
HRM曲線は、多くの異なる戦略によってお互いから識別することができる。例えば、多くの場合、HRM曲線は、曲線形状における明らかな差に基づいておよび/またはTmに基づいて識別することができ、0.2℃の差が有意であると考えられている。他の場合には、規定の曲線がベースラインとして使用され、他の正規化曲線がベースラインに対してプロットされる、差グラフ分析を使用することができる(Price, E.P. et al. 2007を参照する)。さらに他の場合には、全ての温度での蛍光のための平均±1.96標準偏差から第3および第97パーセンタイル値を導くことを含む、差グラフに基づく方法を使用することができる(Andersson, P. et al., 2009およびMerchant-Patel, S. et al. 2008を参照する)。
3.キット
本明細書は、16S rRNA遺伝子の様々なSNPおよび遺伝子コピー数を、試料中の細菌を定量化するための「ツール」としてどのように使用することができるかについて説明する。本発明のこれらの知見は、試料中の細菌を定量化するための遺伝子/対立遺伝子ベースのおよび遺伝子生成物ベースのプローブ、ツール、試薬、方法およびアッセイを発明者が開発することを可能にする。
この点に関して、キットは、参照レベル、値もしくは曲線の決定、および/または参照レベル、値もしくは曲線を得ることに関する情報のための、本明細書に記載されるものなどの1つまたは複数の対照試料を含むことができる。一部の実施形態では、キットは、本明細書に記載されるように、細菌を定量化するためのキットの使用に関する使用説明書をさらに含むことができる。
一実施形態では、キットまたはアッセイは、試料中の少なくとも1つの細菌の同定、部分的同定または分類が可能である少なくとも1つの単離されたプローブ、ツールまたは試薬を含み、ここで、プローブ、ツールまたは試薬は、細菌16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分における本明細書に記載されるものなどの少なくとも1つの一塩基多型(SNP)に結合、検出すること、またはその存在の有無を特定することが可能である。特定の実施形態では、少なくとも1つのSNPは、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647、653、737、755、762および776の少なくとも1つに対応する位置にある。
一実施形態では、少なくとも1つの前記単離されたプローブ、ツールまたは試薬は、少なくとも1つの細菌を含む試料と少なくとも1つの細菌を含まない試料を区別することが可能である。
特定の実施形態では、キットまたはアッセイは、試料中の細菌および適宜1つまたは複数のさらなる細菌を同定するためのオリゴヌクレオチドプローブのアレイまたはマイクロアレイであるかまたはそれを含み、前記プローブは、上で広く記載される試料中の16S rRNA遺伝子の中の少なくとも1つのSNPにハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを含む。
別の実施形態では、キットまたはアッセイは、試料中の細菌および適宜1つまたは複数のさらなる細菌を同定するための固体基質ならびに少なくとも1つのオリゴヌクレオチドプローブを含むバイオチップであるかまたはそれを含み、少なくとも1つの前記プローブは、上で広く記載される試料中の16S rRNA遺伝子の中の少なくとも1つのSNPにハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを含む。
試料および/または1つまたは複数の対照試料の中の標的核酸を増幅するために、ならびに/または本発明による16S rRNA遺伝子中の1つまたは複数のSNPを検出するために必要とされる全ての必須の材料および試薬は、キットの中に一緒に集めることができる。キットは、標識の検出、陽性および陰性対照、蛍光色素、洗浄溶液、ブロッティングメンブラン、マイクロタイタープレート、希釈緩衝液などのために、適当な試薬を含んでもよい。例えば、多型の同定のための核酸ベースの検出キットは、以下の1つまたは複数を含むことができる:(i)グラム陽性細胞および/またはグラム陰性細胞からの核酸(陽性対照として使用することができる);および(ii)分析するSNP位置(複数可)を含有する16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分に特異的にハイブリダイズするプライマーおよび/またはプローブ、ならびに適宜、疑われるSNP部位の、またはその周囲の1つまたは複数の他のマーカー。増幅のために必要な反応混合物を提供するために、様々なポリメラーゼ(用いる核酸増幅技術によって、逆転写酵素、Taq、Sequenase(商標)DNAリガーゼ等)を含む核酸増幅に適する酵素、デオキシヌクレオチドおよび緩衝液が含まれてもよい。そのようなキットは、適する手段の中に、各個々の試薬および酵素、ならびに各プライマーまたはプローブのための個別の容器も一般的に含む。キットは、本明細書に記載されるアッセイの1つを実行するための様々な装置および試薬;および/または本明細書に規定されるSNPの存在を同定するためにキットを使用するための印刷された説明書を特徴として有することもできる。
一部の実施形態では、本明細書に一般的に記載される方法は、少なくとも一部、適切にプログラムされたコンピュータシステムなどの処理システムによって実行される。上記の方法の実行を可能にするマイクロプロセッサー実行アプリケーションソフトを備えた、独立型コンピュータを使用することができる。あるいは、本方法は、少なくとも一部、分散型アーキテクチャの一部として動作する1つまたは複数の処理システムによって実行することができる。例えば、増幅生成物の量または濃度を測定し、増幅生成物の量または濃度をその参照レベルと比較することによって試料中の標的核酸の量または濃度を計算するために、および/または試料中の標的核酸の量または濃度からゲノムコピー数を決定することによって細菌を定量化するために、処理系を使用することができる。処理系は、1つまたは複数のSNPの検出に基づいて細菌を同定するために使用することもできる。一部の例では、ユーザーによって処理システムに入力されるコマンドは、これらの判定において処理システムを支援することができる。
一例では、処理システムは、少なくとも1つのマイクロプロセッサー、メモリ、入力/出力装置、例えばキーボードおよび/または表示装置、ならびにバスを通して相互接続される外部インターフェースを含む。外部インターフェースは、処理システムを周辺装置、例えば通信ネットワーク、データベースまたは記憶装置に接続するために利用することができる。マイクロプロセッサーは、SNP検出および/または細菌定量化プロセスの実行を可能にするために、ならびにコンピュータシステムとの通信などの任意の他の要求される処理を実行するために、メモリに格納されるアプリケーションソフトの形の命令を実行することができる。アプリケーションソフトは1つまたは複数のソフトウェアモジュールを含むことができ、適する実行環境、例えばオペレーティングシステム環境などの中で実行することができる。
3.1 16S rRNA遺伝子のためのプライマー、プローブ、キットおよび処理システム
細菌種の16S rRNAの中の、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647および/または653に対応する位置のSNPが分析される、本発明の方法のために有益であるプライマーおよびプローブの非限定的な例を下に示す。
例えば、273位のSNPを検出するために、例示的なフォワードプライマーには、CCTCTTGCCATCGGATGTG(配列番号16)が含まれ、例示的なリバースプライマーには、CCAGTGTGGCTGGTCATCCT(配列番号17)、CGATCCGAAAACCTTCTTCACT(配列番号20)、CTATGCATCGTTGCCTTGGTAA(配列番号22)、TGATGTACTATTAACACATCAACCTTCCT(配列番号26)、AACGCTCGGATCTTCCGTATTA(配列番号27)、CGCTCGCCACCTACGTATTAC(配列番号28)、CGTAGTTAGCCGTCCCTTTCTG(配列番号30)、GGAATTCTACCCCCCTCTACGA(配列番号34)、およびGGAATTCTACCCCCCTCTACAAG(配列番号35)が含まれる。
378位のSNPを検出するために、例示的なフォワードプライマーには、CCTCTTGCCATCGGATGTG(配列番号16)、CCTACGGGAGGCAGCAGTAG(配列番号18)、GGGAGGCAGCAGTAGGGAAT(配列番号19)、およびGGTATTAACTTACTGCCCTTCCTCCC(配列番号48);が含まれ、例示的なリバースプライマーには、CGATCCGAAAACCTTCTTCACT(配列番号20)、CTATGCATCGTTGCCTTGGTAA(配列番号22)、TGATGTACTATTAACACATCAACCTTCCT(配列番号26)、AACGCTCGGATCTTCCGTATTA(配列番号27)、CGCTCGCCACCTACGTATTAC(配列番号28)、CGTAGTTAGCCGTCCCTTTCTG(配列番号30)、GGAATTCTACCCCCCTCTACGA(配列番号34)、GGAATTCTACCCCCCTCTACAAG(配列番号35)、およびCCGCTACACATGGAATTCCAC(配列番号49)が含まれる。
408位のSNPを検出するために、例示的なフォワードプライマーにはGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGG(配列番号50)が含まれ、例示的なリバースプライマーにはGGTATTAACTTACTGCCCTTCCTCCC(配列番号51)が含まれる。
412位のSNPを検出するために、例示的なフォワードプライマーには、CCTCTTGCCATCGGATGTG(配列番号16)、CCTACGGGAGGCAGCAGTAG(配列番号18)、GGGAGGCAGCAGTAGGGAAT(配列番号19)、およびAAGACGGTCTTGCTGTCACTTATAGA(配列番号21);が含まれ、例示的なリバースプライマーには、CTATGCATCGTTGCCTTGGTAA(配列番号22)、TGATGTACTATTAACACATCAACCTTCCT(配列番号26)、AACGCTCGGATCTTCCGTATTA(配列番号27)、CGCTCGCCACCTACGTATTAC(配列番号28)、CGTAGTTAGCCGTCCCTTTCTG(配列番号30)、GGAATTCTACCCCCCTCTACGA(配列番号34)、およびGGAATTCTACCCCCCTCTACAAG(配列番号35)が含まれる。
440位のSNPを検出するために、例示的なフォワードプライマーには、CCTCTTGCCATCGGATGTG(配列番号16)、CCTACGGGAGGCAGCAGTAG(配列番号18)、GGGAGGCAGCAGTAGGGAAT(配列番号19)、AAGACGGTCTTGCTGTCACTTATAGA(配列番号21)、TGCCGCGTGAATGAAGAA(配列番号23)、GCGTGAAGGATGAAGGCTCTA(配列番号24)、およびTGATGAAGGTTTTCGGATCGT(配列番号25);が含まれ、例示的なリバースプライマーには、TGATGTACTATTAACACATCAACCTTCCT(配列番号26)、AACGCTCGGATCTTCCGTATTA(配列番号27)、CGCTCGCCACCTACGTATTAC(配列番号28)、CGTAGTTAGCCGTCCCTTTCTG(配列番号30)、GGAATTCTACCCCCCTCTACGA(配列番号34)、およびGGAATTCTACCCCCCTCTACAAG(配列番号35)が含まれる。
488位のSNPを検出するために、例示的なフォワードプライマーには、CCTCTTGCCATCGGATGTG(配列番号16)、CCTACGGGAGGCAGCAGTAG(配列番号18)、GGGAGGCAGCAGTAGGGAAT(配列番号19)、AAGACGGTCTTGCTGTCACTTATAGA(配列番号21)、TGCCGCGTGAATGAAGAA(配列番号23)、GCGTGAAGGATGAAGGCTCTA(配列番号24)、TGATGAAGGTTTTCGGATCGT(配列番号25)、およびGTTGTAAGAGAAGAACGAGTGTGAGAGT(配列番号29);が含まれ、例示的なリバースプライマーには、CGTAGTTAGCCGTCCCTTTCTG(配列番号30)、GGAATTCTACCCCCCTCTACGA(配列番号34)、およびGGAATTCTACCCCCCTCTACAAG(配列番号35)が含まれる。
647位および/または653位のSNPを検出するために、例示的なフォワードプライマーには、CCTCTTGCCATCGGATGTG(配列番号16)、CCTACGGGAGGCAGCAGTAG(配列番号18)、GGGAGGCAGCAGTAGGGAAT(配列番号19)、AAGACGGTCTTGCTGTCACTTATAGA(配列番号21)、TGCCGCGTGAATGAAGAA(配列番号23)、GCGTGAAGGATGAAGGCTCTA(配列番号24)、TGATGAAGGTTTTCGGATCGT(配列番号25)、GTTGTAAGAGAAGAACGAGTGTGAGAGT(配列番号29)、GCGGTTTGTTAAGTCAGATGTGAA(配列番号31)、GGTCTGTCAAGTCGGATGTGAA(配列番号32)、およびTCAACCTGGGAACTCATTCGA(配列番号33);が含まれ、例示的なリバースプライマーには、GGAATTCTACCCCCCTCTACGA(配列番号34)、およびGGAATTCTACCCCCCTCTACAAG(配列番号35)が含まれる。
同様に、細菌種の16S rRNA遺伝子または16S rRNAの中の、配列番号38に示す16S rRNA遺伝子の位置746、764、771または785(または、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置737、755、762または776)に対応する位置にあるSNPが分析される本発明の方法のために有益であるプライマーおよびプローブの非限定的な例には、表7に記載されるものが含まれる。
4.本発明の方法の適用
本発明の方法は、試料、例えば対象からの試料、または環境試料、例えば土もしくは水の試料、または、装置もしくは機器(例えば、医療もしくは手術機器)もしくは作業台の表面からとられる試料の中の1つまたは複数の細菌を定量化するために有益である。そのような定量化は、例えば、細菌を取り除くか、根絶するか、またはその数を低減するための治療クールを決定するために次に使用することができる。本発明の方法の任意の2つ以上を組み合わせてもよい。例えば、細菌感染症を有する対象からの生体試料中の細菌は、その対象の予後、ならびにその感染症を処置する方法を決定するために定量化することができる。
クリニック、救急室、一般病棟および集中治療室の臨床医のところに、感染症または疑わしい感染症を有する対象がしばしば診察に訪れる。そのような患者は、異常な体温、増加した心拍数および呼吸数、ならびに異常な白血球数の非診断的臨床徴候をしばしば有する。臨床医は、患者が感染を有するかどうか、感染の重症度、患者を病院に入院させるかどうか(まだ入院していない場合)、感染源、抗生物質を使用するかどうか、もしそうならば抗生物質の種類、経路および用量を決めなければならない。患者における感染の存在は、最も一般的には、患者から試料をとって培養液の中で生物体を増殖させることによって調査されている。生物体が増殖すると、それをグラム染色して同定することができる。しかし、そのような方法は、対象における細菌感染症のレベルを正確に定量化せず、したがって患者の予後の展望を提供することができない。細菌を定量化しない場合、臨床医は、対象の治療法を決定するために彼または彼女の臨床判断に頼らなければならない。
したがって、本発明の方法は、感染症を引き起こす細菌の定量化および適宜同定に基づいて、予後、適当な治療クールおよび処置有効性を臨床医が決定するのを助けるのに特に有益である。特定の実施形態では、本発明の方法は、対象で抗生物質耐性を決定するために使用することができる。
本発明の方法は、効率的な時間で実行することも可能であり、そのため、数日内ではなく数時間以内にその結果が臨床医に利用可能である。そのような属性は、臨床医が対象で細菌のレベルを鋭敏に定量化して、処置に関する情報に基づいた決定を下すことを可能にする。これらの改善は、不必要に入院させられる患者数の低減、細菌、感染の重症度の高感度検出、広域抗生物質/医薬品の使用の低減、広域抗生物質の下の患者時間の低減、抗生物質/医薬品からの毒性の低減、および医薬品への耐性(特に抗生物質耐性)の発達の低減をもたらすことができる。
本発明の方法の結果に基づいて、必要な場合、対象を適切に管理し、療法を投与することができる。例えば、細菌感染症の管理は、例えば、治療的に有効な抗生物質のクールなどの治療剤の投与を含むことができる。
一般的に、治療剤は、薬学的に許容される担体と一緒に医薬(または、対象が非ヒト対象である場合は獣医学的)組成物の形で、およびそれらの意図された目的を達成するのに有効な量で投与される。対象に投与される活性化合物の用量は、感染の症状の低減もしくは軽減および/または対象からの細菌の低減もしくは排泄などの有益な応答を対象において経時的に達成するのに十分であるべきである。投与すべき薬学的に活性な化合物(複数可)の量は、治療される対象、例えば、その年齢、性別、体重および一般健康状態に依存してもよい。この点に関しては、投与のための活性化合物(複数可)の正確な量は、開業医の判断に依存する。細菌感染症の治療または予防において投与される活性化合物(複数可)の有効量の決定では、開業医は、感染の重症度、ならびに、炎症、血圧異常、頻脈、呼吸促迫、発熱、悪寒、嘔吐、下痢、皮膚発疹、頭痛、錯乱、筋痛および発作を含む、感染に伴う任意の症状の重症度を評価することができる。いかなる事象においても、当業者は、治療剤および適する治療レジメンの適する投薬量を不相応な実験なしで容易に決定することができる。
主要器官への酸素供給を増加させるため、主要器官への血流を増加させるためおよび/または炎症性応答を低減するために、治療剤は補助的(対症的)療法と協調して投与することができる。そのような補助的療法の例示的な例には、非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)、静脈内生理食塩水および酸素が含まれる。
この明細書全体で「一実施形態」または「実施形態」への言及は、その実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、この明細書全体の様々な場所における語句「一実施形態では」または「ある実施形態では」の出現は、同じ実施形態を必ずしも全て指しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、1つまたは複数の組合せの中で任意の適する方法で組み合わせることができる。
法規に従って、本発明は、構造的または方法論的特徴に多かれ少なかれ特異的な言葉で記載された。本明細書に記載される手段が本発明の実行の好ましい形態を含むので、本発明は、示されるかまたは記載される特異的特徴に限定されないことを理解すべきである。したがって、本発明は、当業者によって適切に解釈される添付の請求項(あるならば)の正しい範囲の中のその形態または改変形のいずれかの形で請求される。
本明細書で言及される全てのコンピュータプログラム、アルゴリズム、特許、受託番号および科学文献は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。
本発明が容易に理解され、実際に実行されるように、特定の好ましい実施形態が以下の非限定的な実施例を通して記載される。
実施例1
本方法(InfectID(登録商標))は、所与の患者試料中の病原体を正確に定量化し、同定するために、リアルタイムPCR(qPCR)および高分解能融解(HRM)のコア原理を使用する。このプロセスは、患者から血液を直接とり、病原体DNAを抽出し、それを増幅し、HRM曲線を測定して種を区別することを含む。他の分子同定系のように、InfectID(登録商標)プロセスは、DNAを検出可能なレベルまで増幅する。しかし、重要な差は、既知量で存在する対照DNAの試料と一緒にDNAが増幅されることである。これらの量は勾配を形成するので、DNA(ng)を容量(μl)と相関させる最良適合の線を引くことができる。例を図1に示す。
HRM曲線分析および種分化のためにそれが別々にされるのは、増幅の間にDNA量が測定される後だけである。DNAの量がナノグラム(ng)で測定されると、細菌細胞またはゲノムコピーの数はゲノムコピー数式を使用して計算することができる。
遺伝子コピー数は、所与の病原体の遺伝子型における遺伝子のコピー数である。InfectID(登録商標)は16S遺伝子の領域を同定して増幅し、細菌は1つの染色体を有するだけなので、試料中の16S分子の数を測定することは細菌細胞の数と直接相関する。異なる病原体はそれらの染色体に異なる数の16S遺伝子を有し、例えば、Staphylococcus aureusは16Sの5遺伝子コピーを有し、Klebsiella pneumoniaeは8コピーを有する。この変動を考慮し、遺伝子コピーの総数をゲノム中の16Sコピーの数で割り算することによって、例えば下のアルゴリズムによって既知の値を使用して全細菌数を計算することができる。
Figure 2023511909000021
式中:
・X=アンプリコンの量(ng)
・N=dsRNAアンプリコンの長さ
・660g/モル=1bp dsRNAの平均質量
結果
InfectID(登録商標)の感度の要約を、下の表9に示す。これらの細胞値はRotorgeneからのDNAデータから定量化され、これは上のゲノムコピー数式で次に使用した。
Figure 2023511909000022
InfectID(登録商標)の主要な障害物は現行の命名法を破壊し、臨床医および病理学者が感受性ゲノムコピー数がどうであるか、ならびにこれがCFUおよび全細胞にどのように関連するか理解するのを助けている。これを実行するために、本発明者は、所与の試料中の病原性細胞の数を定量化するために複数の実験を行った。目的のいくつかの種のコロニーを種によって12~16時間増殖させ、その後、既知の病原性細胞濃度の単一のコロニーを試料に混入した。一例として、12時間にわたるE.coliの増殖は、10~10細胞のコロニーをもたらす。E.coliは最も成長の速い細菌であるので、第一に全ての他のコロニーはより少ない細胞を有するだろうし、そのことはInfectID(登録商標)感度の強度をさらに示す。血液およびスパイキングは、図2に示すように系列希釈で10倍に希釈した単一のコロニーで実行した。
InfectID系で実験を行うとき、感度および特異性を試験するためにPBSおよび血液に目的の病原体を混入した。この間に、混入した成分の試料を従来の培養プレートアッセイの上に平板培養した。生じたCFU数を、下の表10に例示されるようにInfectIDの結果と比較した。
Figure 2023511909000023
フローサイトメトリーは、サイズおよび蛍光に基づく個々の分子の直接的計数である。これに関連して、細菌細胞は蛍光色素で染色し、個々の細菌をそれらがレーザーを通して一度に1細胞を調べられるときに計数した。
定量化実験の結果は、図3に示す。より低い希釈で個々のコロニーを計数する限定的な能力のために、プレート計数のためにより高い希釈だけで結果を記録した。下に示す細胞の総数は、350μLであるInfectID(登録商標)で使用された試料の容量に関係する。表11は図3に例示されるデータを示し、下で提供される。
Figure 2023511909000024
実施例2
背景
本発明の方法は、毎年数百万の命を奪い、数10億の費用がかかる世界的な公衆健康脅威である敗血症の影響を低減することを支援することができる。
敗血症は、感染症に対する潜在的に生命にかかわる反応である。感染症の起因である病原体およびその後の最も有効な治療クールを特定することは、多くの時間、数日さえもとる。一方、臨床医は、この動きが速くて頻繁に致命的な状態を抑えるのにどの抗生物質が必要かについて推測することができるだけである。その結果として、試験結果を待つ間、医師は広範囲抗生物質を一般的に投与するが、それはしばしば不適当であり、したがって効果がない。
InfectID(登録商標)は、敗血症を引き起こす病原体を血液(培養は必要としない)から直接検出する。InfectID(登録商標)は、目的の複数の病原体を分離して同定するために少数のSNPを試験することに基づく。これを実行するために、InfectID(登録商標)は、血液中の病原体の種を正確に直接示すために、リアルタイムPCRと続く高分解能融解曲線分析(MCA)を使用する。
敗血症患者の血液に見出される細菌の極めて低いレベル(1~100細胞数/mL)は、迅速な診断の困難な課題を増加させる(Reimer et al., 1997)。2つのさらなる試験は、患者が敗血症の臨床症状を示し始めるとき、血液中に存在する細菌の濃度は非常に低い(成人では1~100CFU/mL(Yagupsky et al., 1990)および新生児では<10CFU/mL(Reier-Nilsen et al., 2009)ことも示した。血流感染症および敗血症の診断のための現行のゴールドスタンダードは血液培養であり、ゴールドスタンダードの厳しい限界は、懸濁液中の細菌の濃度を検出することができるまでにそれらが一般的に108CFU/mLに上昇しなければならないことである(Smith et al., 2008)。
菌血症および敗血症ショックをもつ一連の20人の成人では、Hall and Gold (1955)は、>100CFU/mL血液を有する全ての6人の患者は死亡し、より少ない菌血症の患者のわずか41%が死亡したことを見出した。血液中の微生物数は敗血症ショックの発生および重症度と中等度の相関を示したが、300CFU/mL血液の高い細菌数を有する一部の患者はショックを患わなかった。別の試験では、Weil and Spink (1958)は、グラム陰性敗血症患者における菌血症の重大さと致命的な結果の間の相関を見出した。5CFUを有する8人の患者の死亡率は、患者の血液から単離され、死亡率は84%に増加した。
InfectID(登録商標)は、血流感染症および敗血症と最も一般的に関連する上位20種の細菌および5種の酵母病原体を同定する、非常に特異的で感度の高い血液から直接診断する検査であることが実証された。血流感染症および敗血症の重症度を決定するツールとしてのInfectID(登録商標)の有用性は、患者の抗生物質処置に重要な影響を及ぼすかもしれない。
本実施例の狙いは、InfectID(登録商標)を使用して混入されたEDTA血液で敗血症を引き起こす細菌種を検出することの限界を決定することであった。
方法
1.合計で、最も多発する細菌種のうちの20種をこの試験で検査した。
2.20種のアメリカ基準株保存機構(ATCC)細菌種を、37℃で一晩、脳心臓浸出液寒天で培養した。
3.1mLのEDTA血液に混入するために各細菌種からの単一の細菌コロニーを使用し、それを1:9倍に次に連続希釈し、混入血液の希釈系列を作成した。
4.DNAは、Roche MagNApureシステムを使用して混入血液試料から抽出した。
5.さらに、Royal Brisbane & Women’s Hospitalに入院した患者から得たEDTA血液の1mLを、Roche Magnapureシステムを使用したDNA抽出にもかけた。
6.InfectID(登録商標)SNPプライマー(Integrated DNA Technologies、Australia)は、高度に差別的なSNPを包含する領域を増幅するように設計された。PCR生成物のサイズは、79bp~96bpの範囲内だった。
7.混入血液ならびに患者血液中の20細菌種の濃度を決定するために、定量的リアルタイムPCR(qPCR)を使用した。qPCRプロセスは以下の通りであった:1マイクロリットルの抽出したDNA(1~3ng)を、2×Type-it-HRM Mastermix(Qiagen、Australia)の10μlおよび各プライマーの8pmolを含有する19μlの反応mastermixに加えた。これらの反応の温度サイクルは以下の通りだった:50℃で2分間、95℃で2分間、続いて40サイクルの95℃で15秒間、52℃で20秒間および72℃で35秒間、72℃で2分間の保持、50℃で20秒間の保持(RotorGeneQ、Qiagen、Australia)。
8.RotorGeneQ(Qiagen、Australia)ソフトウェアは、ユーザーがHRMデータを複数の方法で可視化することを可能にする。正規化された生の融解曲線は、減少する蛍光対増加する温度、および差曲線を表し、それはユーザー定義の曲線をベースライン(すなわちx軸)として示し、そのベースラインに対する他の正規化された曲線を表す。
結果
試験した様々な細菌種の検出限界は表13に示し、このデータの融解曲線分析は図6に示す。
患者試料の試験および細菌定量化に関するデータは、表14に例示する。
Figure 2023511909000025

Figure 2023511909000026

結論
この試験は、血流感染症および敗血症を引き起こすことが知られている上位20の細菌種の非常に低いゲノムコピー数を検出するInfectID(登録商標)の能力を実証する。これは、混入血液および患者血液試料の両方で実証された。
実施例3
Royal Brisbane and Women’s HospitalおよびMackay Base Hospitalの入院した患者から得られた380個の患者全血試料を調査した。血液培養(BacTAlert)結果は、Pathology Queenslandから得られた。さらに、同じ試料をInfectID(登録商標)にかけ、それは、試料中に存在する細菌を同定すること、および本発明の方法を使用して350μLの血液中に存在する細菌細胞を定量化すること(これは同じ調査の中で同時に達成された)を含んだ。最後に、全ての患者臨床メタデータを評価し、臨床評価判定基準に基づいて患者を高、中、低リスクにランクするために分類した。結果を、下の表17に提供する。
血液培養プロセス:
全身性血流感染症の存在のために検査するために、血液培養を使用する。別々の部位から(一般的に患者の腕の静脈から)2つ以上の血液試料を採血した。複数の試料の収集は、感染症を検出する可能性を増加させることができる。収集の後、血液はBacT/ALERT(登録商標)培地などの血液培養ボトルに移される。これらのボトルはルーチンの診断検査室へ送られ、そこで、ボトルはBacT/ALERT(登録商標)機械などのインキュベーションシステムに入れられる。細菌または酵母が患者血液中に存在するならば、これらの微生物は血液培養ボトルの中で成長し、COが生成される。機械はCOの量を定期的に測定し、閾値量が生成されると、血液培養ボトルは標識され、検査技術者は機械からボトルを取り出し、標準の微生物培養技術を使用して微生物の同定のために患者試料を処理する。
InfectID(登録商標)プロセス
標準曲線方法を使用した絶対的定量化では、未知のものは既知の量に基づいて定量化される。第1に、既知の濃度の10倍連続希釈参照DNAを用いて標準曲線を作成し、これはInfectID(登録商標)試験のためのインプット試料として使用される。これらの反応は未知試料と一緒に実行され、次に未知のものは標準曲線と比較され、標準曲線から値が推定され、それはリアルタイムPCR増幅からのサイクル時間(C)に基づく。
対対数コピー数の一般的な標準曲線の例は、図14Aに例示する(Yun JJ, Heisler L, Hwang IIL, Wilkins O. 2006. Genomic DNA functions as a universal external standard in quantitative real-time PCR. Nucleic Acids Research, 34(12): e85)。線を含む点は、コピー数で標識される。図14Bは、増幅プロットから得たC値を示し、それは、PCRの20サイクルと40サイクルの間の5つの標準の正規化シグナルの変化(コピー数で示される)を示す。Cは、蛍光が閾値と交差するサイクルである。
InfectID(登録商標)プロセスは、実施例2のそれと同様に実行された。簡潔には:
1.既知濃度の参照試料(表15を参照する)を10倍に希釈して参照試料を提供した。上記の患者血液試料も使用した。
2.Roche MagNApureシステムを使用して、参照試料および患者血液試料からDNAを抽出した。
3.同じ条件の下の定量的リアルタイムPCR(qPCR)を、参照試料および患者血液試料で実行した。これは、細菌種が患者血液試料中に存在するかどうかを決定する。もしそうならば、存在する細菌の濃度を決定するためにqPCRデータを上で概説されるように分析した。qPCRプロセスは以下の通りであった:1マイクロリットルの抽出したDNA(1~3ng)を、2×Type-it-HRM(登録商標)Mastermix(Qiagen、Australia)の10μlおよび各プライマーの8pmolを含有する19μlの反応mastermixに加えた(プライマーは、16SrRNAの高度に差別的なSNPを包含する領域(配列番号16~37および48~51を参照する)を増幅するように設計された)。これらの反応のための温度サイクルは、以下の通りだった:50℃で2分間、95℃で2分間、続いて40サイクルの95℃で15秒間、52℃で20秒間および72℃で35秒間、72℃で2分間の保持、50℃で20秒間の保持(RotorGeneQ、Qiagen、Australia)。PCR生成物のサイズは、79bp~96bpの範囲内だった。
4.RotorGeneQ(Qiagen、Australia)ソフトウェアは、ユーザーがHRMデータを複数の方法で可視化することを可能にする。正規化された生の融解曲線は減少する蛍光対増加する温度、および差曲線を表し、それはユーザー定義の曲線をベースライン(すなわちx軸)として示し、そのベースラインに対する他の正規化された曲線を表す。
5.上記の式を使用して、存在する細菌の濃度を決定した。
Figure 2023511909000027


Figure 2023511909000028

臨床評価判定基準
臨床評価判定基準(表16に提供される)に基づいて患者を高、中、低にランクするために、患者メタデータをEmergency Department Adult Sepsis Pathway for Tertiary and Secondary Facilities、Queensland、により評価して分類した。
Figure 2023511909000029
Figure 2023511909000030


Figure 2023511909000031

参照
1. Reimer LG, Wilson ML, Weinstein MP. Update on detection of bacteremia and fungemia. Clin Microbiol Rev. 1997; 10:444-65.
2. Yagupsky P., Nolte F. 1990. Quantitative aspects of septicemia. Clin. Microbiol. Rev. 3:269-279.
3. Reier-Nilsen T., Farstad T., Nakstad B., Lauvrak V., Steinbakk M. 2009. Comparison of broad range 16S rDNA PCR and conventional blood culture for diagnosis of sepsis in the newborn: a case control study. BMC Pediatr. 9:5.
4. Smith, J., Y. Serebrennikova, D. Huffman, G. Leparc, and L. Garcia Rubio. 2008. A new method for the detection of microorganisms in blood cultures: Part I. Theoretical analysis and simulation of blood culture processes. Can. J. Chem. Eng. 86:947-959.
5. Hall, W. H., and D. Gold. 1955. Shock associated with bacteremia. Arch. Intern. Med. 96:403-412.
6. Weil, M. H., and W. W. Spink. 1958. The shock syndrome associated with bacteremia due to gram-negative bacilli. Arch. Intern. Med. 101:184-193.
7. Yun JJ, Heisler L, Hwang IIL, Wilkins O. 2006. Genomic DNA functions as a universal external standard in quantitative real-time PCR. Nucleic Acids Research, 34(12): e85.

Claims (21)

  1. 試料中の細菌の量または濃度を決定する方法であって、
    (a)前記試料から得た遺伝物質から前記細菌の標的核酸を増幅して増幅生成物を形成する工程であって、前記標的核酸は細菌16S rRNA遺伝子の少なくとも一部分を含む工程;
    (b)前記増幅生成物の量または濃度を測定する工程;
    (c)前記増幅生成物の量または濃度をその参照レベルと比較することによって前記試料中の前記標的核酸の量または濃度を計算する工程;および
    (d)前記試料中の前記標的核酸の量または濃度から前記試料中の前記細菌16S rRNA遺伝子のコピー数を決定する工程であって、前記コピー数は前記試料中の前記細菌の量の関数であるかまたはそれと相関する工程
    を含む方法。
  2. 前記標的核酸が、前記細菌16S rRNA遺伝子中の一塩基多型(SNP)の1つまたは複数を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 1つまたは複数のSNPが、配列番号1に示す16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647、653、737、755、762および776の少なくとも1つに対応する、請求項2に記載の方法。
  4. 1つまたは複数の対照試料から前記参照レベルを生成する工程をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記参照レベルを生成する工程が前記1つまたは複数の対照試料から前記標的核酸を増幅することを含み、前記対照試料が既知の量または濃度の遺伝物質を含む、請求項4に記載の方法。
  6. 前記1つまたは複数の対照試料から前記標的核酸を増幅することが、工程(a)と実質的に同時にまたは並行して実行される、請求項5に記載の方法。
  7. 前記1つまたは複数の対照試料が、1つまたは複数のさらなる細菌からの遺伝物質をさらに含む、請求項4から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記試料および/または前記1つまたは複数の対照試料の遺伝物質から前記標的核酸を増幅することが、配列番号16から37および48から51の少なくとも1つを含むプライマーの対で実行される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記試料および/または前記1つまたは複数の対照試料の遺伝物質から前記標的核酸を増幅することが、定量的PCR、半定量的PCR、デジタルPCR、エンドポイントPCR、リガーゼ鎖反応(LCR)、サンガー配列決定、次世代配列決定またはその何れかの組合せの使用を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記試料中の前記細菌を同定する工程をさらに含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記細菌を同定する工程が、前記増幅生成物を少なくとも1つのSNPの存在の有無について分析することを含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記少なくとも1つのSNPが、配列番号1に示す前記16S rRNA遺伝子の位置273、378、408、412、440、488、647、653、737、755、762および776の少なくとも1つに対応する位置にある、請求項11に記載の方法。
  13. 前記増幅生成物を前記少なくとも1つのSNPの存在の有無について分析する工程が、高分解能融解分析、5’ヌクレアーゼ消化、分子ビーコン、オリゴヌクレオチドライゲーション、マイクロアレイ、制限断片長多型、抗体検出方法、直接配列決定またはその何れかの組合せの使用を含む、請求項11または12に記載の方法。
  14. 前記細菌16S rRNA遺伝子のコピー数が、以下の式を使用して決定され:
    Figure 2023511909000032
    式中、Xは前記増幅生成物の量であり、Nは前記標的核酸のヌクレオチドの長さである、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記試料が、対象からとられる喀痰、血液、脳脊髄液または尿などの生体試料である、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記対象が前記細菌による感染症を有する、請求項15に記載の方法。
  17. 対象における細菌による感染症の予後を決定する方法であって、前記対象からの生体試料中の前記細菌を請求項1から16のいずれか一項に記載の方法により定量化し、それによって前記対象における前記感染症の予後を評価する工程を含む方法。
  18. 対象における細菌による感染症を処置する方法であって、
    前記対象からの生体試料中の前記細菌を請求項1から16のいずれか一項に記載の方法により定量化し、前記定量化に基づいて、前記感染症の処置を開始、継続、変更または中止する工程を含む方法。
  19. 対象における細菌による感染症の処置有効性を評価する方法であって、
    前記対象からの生体試料中の前記細菌を請求項1から16のいずれか一項に記載の方法により定量化すること;および
    前記対象の生体試料中の前記細菌の前記量が低減されるかまたは存在しないかによって処置が有効かどうか決定することを含む方法。
  20. 前記対象が敗血症を有する、請求項16から19のいずれか一項に記載の方法。
  21. 試料または生体試料中の細菌を定量化するためのキットまたはアッセイであって、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法を実行するための1つまたは複数の試薬および使用説明書を含むキットまたはアッセイ。
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