JP6830693B2 - 細菌メタゲノム解析による心臓疾患診断方法 - Google Patents

細菌メタゲノム解析による心臓疾患診断方法 Download PDF

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Description

本発明は、細菌メタゲノム解析により心臓疾患を診断する方法に関し、さらに詳しくは、被検体由来サンプルを用いて細菌メタゲノム解析を行って特定細菌由来細胞外小胞の含量増減を分析することで心臓疾患の危険因子を診断する方法に関する。
心臓疾患は心臓に発生する疾患であり、主な疾病としては虚血性心臓疾患、冠状動脈疾患、狭心症、心筋梗塞症、及び不整脈などがある。その中で、冠状動脈疾患(coronary artery disease)は、狭心症(angina)及び心筋梗塞(myocardial infarction)などの疾患を含む疾患群であり、虚血性心臓疾患(ischemic heart disease)として知られる疾病である。心筋梗塞(myocardial infarction)は冠状動脈に血栓(thrombosis)が生じて血管が詰ることで心臓筋肉の梗塞が発生する疾患である。冠状動脈疾患の危険因子としては、高血圧、喫煙、糖尿、運動不足、肥満、高脂血症、及び飲みすぎなどが知られている。果物と野菜がたくさん入っている食べ物を服用する場合に前記疾患が予防されて、トランス脂肪が多い食べ物を食べると発生危険を高めると報告されている。
拡張性心筋症(dilated cardiomyopathy)は、心臓が拡張されてまともに収縮しない疾患であり、非冠状動脈疾患及び心筋症の最も多い原因として知られている。毒素、代謝異常、及び感染性因子などが原因因子として提示されているが、いまだに原因因子については知られていない。
狭心症(angina)とは、心臓に血液を供給する冠状動脈という血管が細くなって心臓筋肉に流れる血液量が要求量に満たないために発生する疾患である。冠状動脈血管が細くなれば、必要な血液が十分に供給されないため胸痛症状を訴えることになるが、狭心症をそのまま放置する場合、急性心筋梗塞に進行して突然死を起こし得る。狭心症は大きく安定型狭心症と不安定型狭心症、異型狭心症に分けられている。この三つの中、安定型狭心症と不安定型狭心症は大部分動脈硬化盤によって発生する一方、異型狭心症(variant angina)は発生原因が違うという意味で異型狭心症と呼ばれている。異型狭心症は血管が細くなって生ずる一般的な狭心症とは違って冠状動脈の血管の直径は正常であるが、痙攣が起きて血がよく通れずに生ずる疾患である。異型狭心症は痙攣により収縮して血流が減少または遮断されて胸痛症を発生し、このような症状は大体お酒を飲んだり、ストレスを多く受けるなどの場合に翌日の夜明けにこのような症状が現れる。
心房細動(atrial fibrillation)は、心房が持続的に無秩序に鼓動しながら早く不規則的な心拍数が発生する症状である。心房は1分に300〜400回以上鼓動するが、大部分の刺激は房屋結節(AV node)に詰り、心室まで伝達する刺激は1分におおよそ75〜175回程度となる。原因としては、根本的な心臓の問題、すなわち冠状動脈疾患、心筋梗塞、高血圧と僧帽弁(mitral valve)の問題があり、その他に心嚢炎、肺塞栓症、甲状腺機能亢進症あるいは低下症、敗血症、糖尿、過多飲酒、褐色細胞腫(pheochromocytoma)などがある。
2013年の韓国統計庁の報告資料によれば、韓国の3大の死亡原因は悪性新生物(癌)が28.3%、脳血管疾患が9.6%、心臓疾患が9.5%を占め、これは全体死因の50%を占めていて、冠状動脈疾患及び心筋症は心臓疾患による死亡原因の50%以上を占めると報告している。現代人は経済問題、職場問題などの葛藤によるストレスに接しており、そのために血圧と血糖、血中脂肪が上昇して上記のような冠状動脈疾患及び心筋症は現代人に次第に増加している肥満、喫煙、動脈硬化などの疾患と最も密接に連関されているので、心臓疾患は前記原因により症状がなかったのに急に発病することになり、これによる予後が最も良くない疾患である。したがって、心臓疾患を早期に診断して治療有効性を高める方法の開発が至急の実情であって、これに先立って心臓疾患の発病可否を事前に予測可能にすることで早期診断及び治療に対する対応方法を差別化することが最も重要であるので、これに対する研究及び技術開発が要求されている。
一方、人体に共生する微生物は100兆に上っており人間細胞よりも10倍多く、微生物の遺伝子数は人間遺伝子数の100倍を上回るものとして知られている。微生物叢(microbiota)は与えられた居住地に存在する細菌(bacteria)、古細菌(archaea)、真核生物(eukarya)を含む微生物群(microbial community)をいい、腸内微生物叢は人の生理現象に重要な役割をし、人体細胞と相互作用を介して人間の健康と疾病に大きな影響を及ぼすことが知られている。人体に共生する細菌は他の細胞への遺伝子、蛋白質などの情報を交換するためにナノメータ大きさの小胞(vesicle)を分泌する。粘膜は200ナノメータ(nm)大きさ以上の粒子が通過できない物理的な保護膜を形成し、粘膜に共生する細菌の場合には粘膜を通過することができないが、細菌由来小胞は大きさがおおよそ100ナノメータ大きさ以下なので比較的自由に粘膜を通過して人体に吸収されることになる。
環境遺伝体学とも呼ばれるメタゲノム学は環境で採取したサンプルから得たメタゲノム資料に対する分析学であるといえ、微生物が存在する自然環境でのすべての微生物群の総ゲノム(genome)を総称する意味として1998年Jo Handelsmanによって初めて使用されている(Handelsman et al.、1998 Chem.Biol.5、R245−249)。最近16sリボソームRNA(16s rRNA)塩基配列を基盤とした方法で人間の微生物叢の細菌構成を系列化することが可能となっていて、16sリボソームRNAは454FLX titanium platformを用いて配列を解析する。しかし心臓疾患の発病において、血液または尿などの人体由来物から細菌由来小胞に存在するメタゲノム解析により心臓疾患、特に、心筋梗塞、心筋症、異型狭心症、心房細動などの原因因子を同定して前記疾患を診断する方法に対してはまだ報告されていない。
本発明者は、心筋梗塞、心筋症、異型狭心症、心房細動などの心臓疾患を診断するために、被検体由来サンプルである血清を用いて細菌由来小胞から遺伝子を抽出し、これに対してメタゲノム解析を行い、その結果心臓疾患の原因因子として作用し得る細菌由来細胞外小胞を同定し、これに基づいて本発明を完成した。
ここで、本発明は、細菌由来細胞外小胞に対するメタゲノム解析により心臓疾患を診断するための情報提供方法を提供することを目的とする。
しかし、本発明が達成しようとする技術的課題は、上記で言及した課題に制限されず、言及しないさらに他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
上記のような本発明の目的を達成するために、本発明は下記の段階を含む、心臓疾患診断のための情報提供方法を提供する:
(a)被検体サンプルから分離した細胞外小胞からDNAを抽出する段階;
(b)前記抽出したDNAに対して配列番号1及び配列番号2のプライマー対を用いてPCRを行う段階;及び
(c)前記PCR産物の配列解析を介して正常人由来サンプルと細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較する段階。
そして、本発明は下記の段階を含む、心臓疾患診断方法を提供する:
(a)被検体サンプルから分離した細胞外小胞からDNAを抽出する段階;
(b)前記抽出したDNAに対して配列番号1及び配列番号2のプライマー対を用いてPCRを行う段階;及び
(c)前記PCR産物の配列解析を介して正常人由来サンプルと細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較する段階。
また、本発明は下記の段階を含む、心臓疾患の発病危険度の予測方法を提供する:
(a)被検体サンプルから分離した細胞外小胞からDNAを抽出する段階;
(b)前記抽出したDNAに対して配列番号1及び配列番号2のプライマー対を用いてPCRを行う段階;及び
(c)前記PCR産物の配列解析を介して正常人由来サンプルと細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較する段階。
本発明の一実施形態において、前記被検体サンプルは血液であって、
前記(c)段階で、Acidobacteria、Firmicutes、Crenarchaeota、Planctomycetes、Chloroflexi、Euryarchaeota、WS3、Nitrospirae、WPS−2、AD3、Verrucomicrobia、Gemmatimonadetes、Proteobacteria、TM7、及びCyanobacteriaからなる群から選択される1種以上の門(phylum)細菌由来細胞外小胞、
Acidobacteriia、DA052、Methanomicrobia、Thaumarchaeota、Clostridia、Coriobacteriia、Betaproteobacteria、Ktedonobacteria、Planctomycetia、Solibacteres、Erysipelotrichi、Verrucomicrobiae、TM7−3,Bacteroidia、Phycisphaerae、MCG、Nitrospira、Pedosphaerae、Thermoleophilia、Saprospirae、PRR−12、Spartobacteria、Acidimicrobiia、TM1、Deltaproteobacteria、Anaerolineae、Thermoplasmata、Chthonomonadetes、Acidobacteria−6、Fusobacteriia、Fimbriimonadia、Actinobacteria、Flavobacteriia、及びChloroplastからなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞、
Lactobacillales、Acidobacteriales、Enterobacteriales、Xanthomonadales、Clostridiales、Coriobacteriales、Ellin6513,Burkholderiales、Erysipelotrichales、Solibacterales、Verrucomicrobiales、Rhodospirillales、Gemmatales、Thermogemmatisporales、Saprospirales、Acidimicrobiales、Pedosphaerales、Bifidobacteriales、Chthoniobacterales、Solirubrobacterales、Syntrophobacterales、Bacteroidales、Nitrospirales、Ktedonobacterales、WD2101、iii1−15、Ellin329、Thiotrichales、Myxococcales、Stramenopiles、Vibrionales、Pseudomonadales、Bacillales、Sphingomonadales、Turicibacterales、Fimbriimonadales、Deinococcales、Pasteurellales、Flavobacteriales、Actinomycetales、Rhodobacterales、及びStreptophytaからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞、
Koribacteraceae、Comamonadaceae、Enterobacteriaceae、Streptococcaceae、Coriobacteriaceae、Lachnospiraceae、Prevotellaceae、Ruminococcaceae、Xanthomonadaceae、Propionibacteriaceae、Hyphomicrobiaceae、Verrucomicrobiaceae、Solibacteraceae、Acidobacteriaceae、Erysipelotrichaceae、Ktedonobacteraceae、Thermogemmatisporaceae、Moraxellaceae、Veillonellaceae、Burkholderiaceae、Rhodospirillaceae、Bifidobacteriaceae、Gemmataceae、Streptomycetaceae、Chitinophagaceae、Brucellaceae、Rhizobiaceae、Chthoniobacteraceae、Sinobacteraceae、Conexibacteraceae、Oxalobacteraceae、Isosphaeraceae、Ellin515、Piscirickettsiaceae、Methylocystaceae、Pseudomonadaceae、Clostridiaceae、Sphingomonadaceae、Turicibacteraceae、Staphylococcaceae、Deinococcaceae、Methylobacteriaceae、Aerococcaceae、Fusobacteriaceae、Fimbriimonadaceae、Bacillaceae、Planococcaceae、Bacteroidaceae、Weeksellaceae、Desulfovibrionaceae、Flavobacteriaceae、Rikenellaceae、S24−7、Pasteurellaceae、Rhodobacteraceae、Gordoniaceae、及びEnterococcaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞、または
Delftia、Agrobacterium、Stenotrophomonas、Faecalibacterium、Candidatus Koribacter、Akkermansia、Streptococcus、Salinispora、Candidatus Solibacter、Citrobacter、Collinsella、Burkholderia、Coprococcus、Rhodoplanes、Acinetobacter、Prevotella、Propionibacterium、Lactococcus、Bifidobacterium、Methanobacterium、Micrococcus、Methanocella、Brevibacterium、Streptacidiphilus、Streptomyces、Ochrobactrum、Methanosaeta、Lysinibacillus、Cupriavidus、Pseudomonas、Clostridium、Sphingomonas、Staphylococcus、Thermoanaerobacterium、Neisseria、Enhydrobacter、Actinomyces、Turicibacter、Phascolarctobacterium、Catenibacterium、Bacillus、Deinococcus、Fusobacterium、Adlercreutzia、Chryseobacterium、Enterococcus、Alcanivorax、Psychrobacter、Bacteroides、Geobacillus、Haemophilus、Veillonella、Paracoccus、Kocuria、Halomonas、Ruminococcus、及びPorphyromonasからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較する段階を含むことができる。
本発明の一実施形態において、前記心臓疾患は心筋梗塞、心筋症、異型狭心症、または心房細動であってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Acidobacteria、Firmicutes、Crenarchaeota、Planctomycetes、Chloroflexi、Euryarchaeota、WS3,Nitrospirae、WPS−2、及びAD3からなる群から選択される1種以上の門(phylum)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋梗塞を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Acidobacteriia、DA052、Methanomicrobia、Thaumarchaeota、Clostridia、Coriobacteriia、Betaproteobacteria、Ktedonobacteria、Planctomycetia、Solibacteres、Erysipelotrichi、Verrucomicrobiae、TM7−3,Bacteroidia、Phycisphaerae、MCG、Nitrospira、Pedosphaerae、Thermoleophilia、Saprospirae、PRR−12、Spartobacteria、Acidimicrobiia、TM1、Deltaproteobacteria、Anaerolineae、Thermoplasmata、Chthonomonadetes、及びAcidobacteria−6からなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋梗塞を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Lactobacillales、Acidobacteriales、Enterobacteriales、Xanthomonadales、Clostridiales、Coriobacteriales、Ellin6513,Burkholderiales、Erysipelotrichales、Solibacterales、Verrucomicrobiales、Rhodospirillales、Gemmatales、Thermogemmatisporales、Saprospirales、Acidimicrobiales、Pedosphaerales、Bifidobacteriales、Chthoniobacterales、Solirubrobacterales、Syntrophobacterales、Bacteroidales、Nitrospirales、Ktedonobacterales、WD2101、iii1−15、Ellin329、Thiotrichales、Myxococcales、Stramenopiles、及びVibrionalesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋梗塞を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Koribacteraceae、Comamonadaceae、Enterobacteriaceae、Streptococcaceae、Coriobacteriaceae、Lachnospiraceae、Prevotellaceae、Ruminococcaceae、Xanthomonadaceae、Propionibacteriaceae、Hyphomicrobiaceae、Verrucomicrobiaceae、Solibacteraceae、Acidobacteriaceae、Erysipelotrichaceae、Ktedonobacteraceae、Thermogemmatisporaceae、Moraxellaceae、Veillonellaceae、Burkholderiaceae、Rhodospirillaceae、Bifidobacteriaceae、Gemmataceae、Streptomycetaceae、Chitinophagaceae、Brucellaceae、Rhizobiaceae、Chthoniobacteraceae、Sinobacteraceae、Conexibacteraceae、Oxalobacteraceae、Isosphaeraceae、Ellin515、Piscirickettsiaceae、及びMethylocystaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋梗塞を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Delftia、Agrobacterium、Stenotrophomonas、Faecalibacterium、Candidatus Koribacter、Akkermansia、Streptococcus、Salinispora、Candidatus Solibacter、Citrobacter、Collinsella、Burkholderia、Coprococcus、Rhodoplanes、Acinetobacter、Prevotella、Propionibacterium、Lactococcus、Bifidobacterium、Methanobacterium、Micrococcus、Methanocella、Brevibacterium、Streptacidiphilus、Streptomyces、Ochrobactrum、Methanosaeta、Lysinibacillus、及びCupriavidusからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋梗塞を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Gemmatimonadetes、及びPlanctomycetesからなる群から選択される1種以上の門(phylum)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Verrucomicrobiae、Fusobacteriia、Acidobacteriia、Planctomycetia、DA052、Deltaproteobacteria、及びAcidimicrobiiaからなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Pseudomonadales、Bacillales、Acidobacteriales、Sphingomonadales、Verrucomicrobiales、Turicibacterales、Acidimicrobiales、Ellin6513,Xanthomonadales、及びGemmatalesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Pseudomonadaceae、Clostridiaceae、Comamonadaceae、Oxalobacteraceae、Moraxellaceae、Verrucomicrobiaceae、Koribacteraceae、Sphingomonadaceae、Turicibacteraceae、Xanthomonadaceae、Gemmataceae、及びStaphylococcaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Pseudomonas、Clostridium、Cupriavidus、Acinetobacter、Citrobacter、Sphingomonas、Candidatus Koribacter、Staphylococcus、Thermoanaerobacterium、Micrococcus、Akkermansia、Neisseria、Enhydrobacter、Actinomyces、Turicibacter、Phascolarctobacterium、Lactococcus、Delftia、及びStenotrophomonasからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心筋症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Planctomycetes、Gemmatimonadetes、Chloroflexi、及びEuryarchaeotaからなる群から選択される1種以上の門(phylum)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して異型狭心症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Verrucomicrobiae、Acidobacteriia、Fimbriimonadia、Erysipelotrichi、Ktedonobacteria、及びDeltaproteobacteriaからなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して異型狭心症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Pseudomonadales、Erysipelotrichales、Fimbriimonadales、Acidobacteriales、Verrucomicrobiales、Xanthomonadales、Myxococcales、Deinococcales、及びRhodospirillalesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して異型狭心症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Koribacteraceae、Oxalobacteraceae、Comamonadaceae、Moraxellaceae、Pseudomonadaceae、Hyphomicrobiaceae、Erysipelotrichaceae、Deinococcaceae、Clostridiaceae、Verrucomicrobiaceae、Sinobacteraceae、Rhodospirillaceae、Methylobacteriaceae、Aerococcaceae、Fusobacteriaceae、Fimbriimonadaceae、Bacillaceae、及びPlanococcaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して異型狭心症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Citrobacter、Acinetobacter、Cupriavidus、Clostridium、Catenibacterium、Pseudomonas、Lactococcus、Stenotrophomonas、Akkermansia、Bacillus、Delftia、Agrobacterium、Deinococcus、Fusobacterium、及びAdlercreutziaからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して異型狭心症を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Proteobacteria、TM7、Chloroflexi、Acidobacteria、及びCyanobacteriaからなる群から選択される1種以上の門(phylum)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心房細動を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Clostridia、Bacteroidia、Actinobacteria、Flavobacteriia、Erysipelotrichi、TM7−3,及びChloroplastからなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心房細動を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Pseudomonadales、Clostridiales、Bacteroidales、Enterobacteriales、Xanthomonadales、Bifidobacteriales、Pasteurellales、Flavobacteriales、Actinomycetales、Rhodobacterales、Coriobacteriales、Erysipelotrichales、及びStreptophytaからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心房細動を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Lachnospiraceae、Bacillaceae、Streptococcaceae、Bacteroidaceae、Moraxellaceae、Ruminococcaceae、Weeksellaceae、Bifidobacteriaceae、Clostridiaceae、Desulfovibrionaceae、Veillonellaceae、Coriobacteriaceae、Flavobacteriaceae、Rikenellaceae、S24−7、Pasteurellaceae、Rhodobacteraceae、Pseudomonadaceae、Gordoniaceae、及びEnterococcaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心房細動を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記(c)段階で、Acinetobacter、Stenotrophomonas、Chryseobacterium、Enterococcus、Pseudomonas、Delftia、Alcanivorax、Psychrobacter、Streptococcus、Ochrobactrum、Bifidobacterium、Coprococcus、Bacteroides、Faecalibacterium、Enhydrobacter、Agrobacterium、Citrobacter、Prevotella、Geobacillus、Clostridium、Bacillus、Haemophilus、Veillonella、Actinomyces、Paracoccus、Kocuria、Halomonas、Micrococcus、Ruminococcus、及びPorphyromonasからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して心房細動を診断するものであってもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、前記血液は全血、血清、または血漿であってもよい。
本発明による人体由来サンプルを用いた細菌由来細胞外小胞のメタゲノム解析により心臓疾患の原因因子を診断することで心臓疾患の危険群を早期に診断及び予測して適切な管理を介して発病時期を遅らせるか発病を予防することができ、また発病後にも早期診断ができて心臓疾患の発病率を低下させ、治療効果を高めることができる。
また、心臓疾患と診断された患者にメタゲノム解析により原因因子に対する露出を阻止することで心臓疾患の経過を良くしたり再発を防止することができる。
体内から細菌由来細胞外小胞の分布様相を評価するためのもので、マウスに腸内細菌(Bacteria)及び細菌由来小胞(EV)を口腔に投与した後、時間別(0、5min、3h、6h、及び12h)にこれらの分布様相を撮影した写真である。 体内から細菌由来細胞外小胞の分布様相を評価するためのもので、マウスに腸内細菌(Bacteria)及び細菌由来細胞外小胞(EV)を口腔に投与して12時間後、血液及び多様な臓器(心臓、肺、肝臓、腎臓、脾臓、脂肪組織、及び筋肉)を摘出して前記細菌及び細胞外小胞の分布様相を撮影した写真である。 心筋梗塞患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、門(phylum)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心筋梗塞患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、綱(class)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心筋梗塞患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、目(order)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心筋梗塞患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、科(family)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心筋梗塞患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、属(genus)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心筋症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、門(phylum)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心筋症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、綱(class)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心筋症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、目(order)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心筋症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、科(family)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心筋症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、属(genus)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 異型狭心症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、門(phylum)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 異型狭心症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、綱(class)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 異型狭心症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、目(order)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 異型狭心症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、科(family)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 異型狭心症患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、属(genus)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心房細動患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、門(phylum)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心房細動患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、綱(class)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心房細動患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、目(order)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心房細動患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、科(family)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。 心房細動患者及び正常人血液から細菌由来小胞のメタゲノム解析した後、属(genus)水準で診断的性能が有意な細菌由来小胞(EVs)の分布を示す結果である。
本発明は、細菌メタゲノム解析により心臓疾患を診断する方法に関し、本発明者は被検体由来サンプルを用いて細菌由来細胞外小胞から遺伝子を抽出してこれに対してメタゲノム解析を行い、心臓疾患の原因因子として作用し得る細菌由来細胞外小胞を同定した。
ここで、本発明は(a)被検体サンプルから分離した細胞外小胞からDNAを抽出する段階;
(b)前記抽出したDNAに対して配列番号1及び配列番号2のプライマー対を用いてPCRを行う段階;及び
(c)前記PCR産物の配列解析を介して正常人由来サンプルと細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較する段階を含む、心臓疾患診断のための情報提供方法を提供する。
本発明に用いる用語の「心臓疾患発病危険度予測」とは、患者に対して心臓疾患の発病可能性があるか、心臓疾患の発病可能性が相対的に高いか、または前記疾患が既に発病しているかの可否を判別することを意味する。本発明の方法は、任意の特定患者に対する心臓疾患発病危険度が高い患者であって、特別で適切な管理を介して発病時期を遅らせるか発病しないようにするのに用いられる。また、本発明の方法は心臓疾患を早期に診断して最も適切な治療方式を選択することで、治療を決定するために臨床的に用いられる。
本発明において、前記心臓疾患は心筋梗塞、心筋症、異型狭心症、または心房細動であってもよい。
本発明に用いる用語の「メタゲノム(metagenome)」とは、群遺伝体ともいい、土、動物の腸など孤立した地域内のすべてのウィルス、細菌、かびなどを含む遺伝体の総合を意味するもので、主に培養されない微生物を分析するために配列解析器を用いて一括に多くの微生物を同定することを説明する遺伝体の概念として用いられる。特に、メタゲノムは一種のゲノムまたは遺伝体を言うのではなく、一環境単位のあらゆる種の遺伝体として一種の混合遺伝体を言う。これはオーミクス的に生物学が発展する過程で一種を定義する場合、機能的に既存の一種だけでなく、多様な種が相互作用して完全な種を作るという観点から用いる用語である。技術的には早い配列解析法を用いて、種に関係なくすべてのDNA、RNAを分析して、一環境内であらゆる種を同定し、相互作用、代謝作用を糾明する技法の対象である。本発明では、好ましく血液から分離した細菌由来細胞外小胞を用いてメタゲノム解析を実施した。
本発明において、前記被検体サンプルは、好ましく全血、血清、または血漿であってもよいが、これに制限されない。
本発明の実施例においては、前記細菌由来細胞外小胞に対するメタゲノム解析を実施し、門(phylum)、綱(class)、目(order)、科(family)、及び属(genus)水準でそれぞれ分析して実際に心臓疾患発生の原因として作用し得る細菌由来小胞を同定した。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋梗塞患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを門水準で分析した結果、Acidobacteria、Firmicutes、Crenarchaeota、Planctomycetes、Chloroflexi、Euryarchaeota、WS3,Nitrospirae、WPS−2、及びAD3門(phylum)細菌由来細胞外小胞の含量は、心筋梗塞患者が正常人に比べて有意な差があった(実施例4参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋梗塞患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを綱水準で分析した結果、Acidobacteriia、DA052、Methanomicrobia、Thaumarchaeota、Clostridia、Coriobacteriia、Betaproteobacteria、Ktedonobacteria、Planctomycetia、Solibacteres、Erysipelotrichi、Verrucomicrobiae、TM7−3、Bacteroidia、Phycisphaerae、MCG、Nitrospira、Pedosphaerae、Thermoleophilia、Saprospirae、PRR−12、Spartobacteria、Acidimicrobiia、TM1、Deltaproteobacteria、Anaerolineae、Thermoplasmata、Chthonomonadetes、及びAcidobacteria−6綱(class)細菌由来小胞が心筋梗塞患者と正常人の間で有意な差があった(実施例4参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋梗塞患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを目水準で分析した結果、Lactobacillales、Acidobacteriales、Enterobacteriales、Xanthomonadales、Clostridiales、Coriobacteriales、Ellin6513,Burkholderiales、Erysipelotrichales、Solibacterales、Verrucomicrobiales、Rhodospirillales、Gemmatales、Thermogemmatisporales、Saprospirales、Acidimicrobiales、Pedosphaerales、Bifidobacteriales、Chthoniobacterales、Solirubrobacterales、Syntrophobacterales、Bacteroidales、Nitrospirales、Ktedonobacterales、WD2101、iii1−15、Ellin329、Thiotrichales、Myxococcales、Stramenopiles、及びVibrionales目(order)細菌由来小胞が心筋梗塞患者と正常人の間で有意な差があった(実施例4参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋梗塞患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを科水準で分析した結果、Koribacteraceae、Comamonadaceae、Enterobacteriaceae、Streptococcaceae、Coriobacteriaceae、Lachnospiraceae、Prevotellaceae、Ruminococcaceae、Xanthomonadaceae、Propionibacteriaceae、Hyphomicrobiaceae、Verrucomicrobiaceae、Solibacteraceae、Acidobacteriaceae、Erysipelotrichaceae、Ktedonobacteraceae、Thermogemmatisporaceae、Moraxellaceae、Veillonellaceae、Burkholderiaceae、Rhodospirillaceae、Bifidobacteriaceae、Gemmataceae、Streptomycetaceae、Chitinophagaceae、Brucellaceae、Rhizobiaceae、Chthoniobacteraceae、Sinobacteraceae、Conexibacteraceae、Oxalobacteraceae、Isosphaeraceae、Ellin515、Piscirickettsiaceae、及びMethylocystaceae科(family)細菌由来小胞が心筋梗塞患者と正常人の間で有意な差があった(実施例4参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋梗塞患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを属水準で分析した結果、Delftia、Agrobacterium、Stenotrophomonas、Faecalibacterium、Candidatus Koribacter、Akkermansia、Streptococcus、Salinispora、Candidatus Solibacter、Citrobacter、Collinsella、Burkholderia、Coprococcus、Rhodoplanes、Acinetobacter、Prevotella、Propionibacterium、Lactococcus、Bifidobacterium、Methanobacterium、Micrococcus、Methanocella、Brevibacterium、Streptacidiphilus、Streptomyces、Ochrobactrum、Methanosaeta、Lysinibacillus、及びCupriavidus属(genus)細菌由来小胞が心筋梗塞患者と正常人の間で有意な差があった(実施例4参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋症患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを門水準で分析した結果、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Gemmatimonadetes、及びPlanctomycetes門(phylum)細菌由来細胞外小胞の含量は心筋症患者が正常人に比べて有意な差があった(実施例5参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋症患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを綱水準で分析した結果、Verrucomicrobiae、Fusobacteriia、Acidobacteriia、Planctomycetia、DA052、Deltaproteobacteria、及びAcidimicrobiia綱(class)細菌由来小胞が心筋症患者と正常人の間で有意な差があった(実施例5参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋症患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを目水準で分析した結果、Pseudomonadales、Bacillales、Acidobacteriales、Sphingomonadales、Verrucomicrobiales、Turicibacterales、Acidimicrobiales、Ellin6513,Xanthomonadales、及びGemmatales目(order)細菌由来小胞が心筋症患者と正常人の間で有意な差があった(実施例5参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋症患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを科水準で分析した結果、Pseudomonadaceae、Clostridiaceae、Comamonadaceae、Oxalobacteraceae、Moraxellaceae、Verrucomicrobiaceae、Koribacteraceae、Sphingomonadaceae、Turicibacteraceae、Xanthomonadaceae、Gemmataceae、Staphylococcaceae科(family)細菌由来小胞が心筋症患者と正常人の間で有意な差があった(実施例5参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心筋症患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを属水準で分析した結果、Pseudomonas、Clostridium、Cupriavidus、Acinetobacter、Citrobacter、Sphingomonas、Candidatus Koribacter、Staphylococcus、Thermoanaerobacterium、Micrococcus、Akkermansia、Neisseria、Enhydrobacter、Actinomyces、Turicibacter、Phascolarctobacterium、Lactococcus、Delftia、Stenotrophomonas属(genus)細菌由来小胞が心筋症患者と正常人の間で有意な差があった(実施例5参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、異型狭心症患者及び正常人の血液に存在する細菌由来メタゲノムを門水準で分析した結果、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Planctomycetes、Gemmatimonadetes、Chloroflexi、及びEuryarchaeota門(phylum)細菌由来細胞外小胞の含量が異型狭心症患者は正常人に比べて有意な差があった(実施例6参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、異型狭心症患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを綱水準で分析した結果、Verrucomicrobiae、Acidobacteriia、Fimbriimonadia、Erysipelotrichi、Ktedonobacteria、及びDeltaproteobacteria綱(class)細菌由来小胞が異型狭心症患者と正常人の間で有意な差があった(実施例6参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、異型狭心症患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを目水準で分析した結果、Pseudomonadales、Erysipelotrichales、Fimbriimonadales、Acidobacteriales、Verrucomicrobiales、Xanthomonadales、Myxococcales、Deinococcales、及びRhodospirillales目(order)細菌由来小胞が異型狭心症患者と正常人の間で有意な差があった(実施例6参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、異型狭心症患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを科水準で分析した結果、Koribacteraceae、Oxalobacteraceae、Comamonadaceae、Moraxellaceae、Pseudomonadaceae、Hyphomicrobiaceae、Erysipelotrichaceae、Deinococcaceae、Clostridiaceae、Verrucomicrobiaceae、Sinobacteraceae、Rhodospirillaceae、Methylobacteriaceae、Aerococcaceae、Fusobacteriaceae、Fimbriimonadaceae、Bacillaceae、及びPlanococcaceae科(family)細菌由来小胞が異型狭心症患者と正常人の間で有意な差があった(実施例6参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、異型狭心症患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを属水準で分析した結果、Citrobacter、Acinetobacter、Cupriavidus、Clostridium、Catenibacterium、Pseudomonas、Lactococcus、Stenotrophomonas、Akkermansia、Bacillus、Delftia、Agrobacterium、Deinococcus、Fusobacterium、及びAdlercreutzia属(genus)細菌由来小胞が異型狭心症患者と正常人の間で有意な差があった(実施例6参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心房細動患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを門水準で分析した結果、Proteobacteria、TM7、Chloroflexi、Acidobacteria、及びCyanobacteria門(phylum)細菌由来細胞外小胞の含量は心房細動患者が正常人に比べて有意な差があった(実施例7参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心房細動患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを綱水準で分析した結果、Clostridia、Bacteroidia、Actinobacteria、Flavobacteriia、Erysipelotrichi、TM7−3,及びChloroplast綱(class)細菌由来小胞が心房細動患者と正常人の間で有意な差があった(実施例7参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心房細動患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを目水準で分析した結果、Pseudomonadales、Clostridiales、Bacteroidales、Enterobacteriales、Xanthomonadales、Bifidobacteriales、Pasteurellales、Flavobacteriales、Actinomycetales、Rhodobacterales、Coriobacteriales、Erysipelotrichales、及びStreptophyta目(order)細菌由来小胞が心房細動患者と正常人の間で有意な差があった(実施例7参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心房細動患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを科水準で分析した結果、Lachnospiraceae、Bacillaceae、Streptococcaceae、Bacteroidaceae、Moraxellaceae、Ruminococcaceae、Weeksellaceae、Bifidobacteriaceae、Clostridiaceae、Desulfovibrionaceae、Veillonellaceae、Coriobacteriaceae、Flavobacteriaceae、Rikenellaceae、S24−7、Pasteurellaceae、Rhodobacteraceae、Pseudomonadaceae、Gordoniaceae、及びEnterococcaceae科(family)細菌由来小胞が心房細動患者と正常人の間で有意な差があった(実施例7参照)。
さらに詳しく本発明の一実施形態においては、心房細動患者及び正常人血液に存在する細菌由来メタゲノムを属水準で分析した結果、Acinetobacter、Stenotrophomonas、Chryseobacterium、Enterococcus、Pseudomonas、Delftia、Alcanivorax、Psychrobacter、Streptococcus、Ochrobactrum、Bifidobacterium、Coprococcus、Bacteroides、Faecalibacterium、Enhydrobacter、Agrobacterium、Citrobacter、Prevotella、Geobacillus、Clostridium、Bacillus、Haemophilus、Veillonella、Actinomyces、Paracoccus、Kocuria、Halomonas、Micrococcus、Ruminococcus、及びPorphyromonas属(genus)細菌由来小胞が心房細動患者と正常人の間で有意な差があった(実施例7参照)。
本発明は上記のような実施例結果を介して、血液から分離した細菌由来細胞外小胞に対してメタゲノム解析を実施することで正常人と比較して心筋梗塞、心筋症、異型狭心症、及び心房細動患者で含量が有意に変化した細菌由来小胞を同定しており、メタゲノム解析により前記各水準で細菌由来小胞の含量増減を分析することで心臓疾患を診断することができることを確認した。
以下、本発明の理解を深めるために好ましい実施例を提示する。しかし下記の実施例は本発明をさらに理解し易くするために提供するものであって、下記実施例により本発明の内容が限定されない。
[実施例]
実施例1.腸内細菌及び細菌由来小胞の体内吸収、分布、及び排泄様相分析
腸内細菌由来細胞外小胞が胃腸管を介して全身的に吸収されるかを評価するために下記のような方法で実験を行った。さらに詳しく、マウスの胃腸に蛍光で表示した腸内細菌シュードモナス・パナシス(Pseudomonas panacis)と前記細菌由来細胞外小胞(EV)をそれぞれ50μgの容量で経口投与し、0分、5分、3時間、6時間、12時間後に蛍光を測定した。
マウス全体イメージを観察した結果、図1aに示すように、前記細菌(Bacteria)を投与した場合には全身的に吸収されない一方、細菌由来細胞外小胞(EV)の場合には、投与後5分に全身的に吸収され、投与後30分には膀胱に蛍光が濃く観察されたことで細胞外小胞が血液を介して泌尿器系に排泄されたことを確認し、また投与後12時間まで体内に存在することを確認した。
上記結果に加えて腸内細菌由来細胞外小胞が全身的に吸収された後、体内のあらゆる臓器に浸潤する様相を評価するために、蛍光で表示した50μgの細菌と細菌由来小胞を上記の方法と同様に投与した後12時間目にマウスから血液(Blood)、心臓(Heart)、肺(Lung)、肝臓(Liver)、腎臓(Kidney)、脾臓(Spleen)、脂肪組織(Adiposetissue)、及び筋肉(Muscle)を摘出した。前記摘出した組織から蛍光を観察した結果、図1bに示すように、前記腸内細菌は各臓器に吸収されない一方、前記腸内細菌由来細胞外小胞(EV)は血液、心臓、肺、肝臓、腎臓、脾臓、脂肪、及び筋肉に分布することを確認した。
実施例2.血液から小胞分離及びDNA抽出
まずは10mlチューブで血液を遠心分離法(3,500xg、10min、4℃)で浮遊物を沈めて上澄液だけを新しい10mlチューブに移した。0.22μmフィルターを用いて細菌及び異物を除去した後、セントリプラップチューブ(centripreigugal filters 50kD)に移して1500xg、4℃から15分間遠心分離して50kDよりも小さい物質は捨てて10mlまで濃縮させた。再び0.22μm filterを用いてバクテリア及び異物を除去した後、Type 90tiロータで150,000xg、4℃から3時間、超高速遠心分離方法を用いて上澄液を捨てて固まったpelletを生理食塩水(PBS)で溶かした。
前記方法から分離した小胞100μlを100℃で沸かして内部のDNAを脂質の外に出るようにし、その後に氷で5分間冷やした。そして、残った浮遊物を除去するために10,000xg、4℃から30分間、遠心分離し、上澄液だけを集めた。そして、Nanodropを用いてDNA量を定量した。その後、前記抽出されたDNAに細菌由来DNAが存在するかを確認するために下記表1に示した16s rRNA primerでPCRを行って前記抽出された遺伝子に細菌由来遺伝子が存在することを確認した。
実施例3.血液から抽出した小胞由来DNAを用いた16S rDNA塩基配列シークエンシング
上記の実施例2の方法で遺伝子を抽出した後、前記表1に示した16S rDNAプライマーを用いてPCRを実施して遺伝子を増幅させ、シークエンシング(Illumina MiSeq sequencer)を行った。結果をStandard Flowgram Format(SFF)ファイルで出力し、GS FLX software(v2.9)を用いてSFFファイルをsequenceファイル(.fasta)とnucleotide quality scoreファイルに変換した後、リードの信用度評価を確認し、window(20bps)平均base call accuracyが99%未満(Phred score<20)である部分を除去した。質の低い部分を除去した後、リード長が300bps以上のものだけを用い(Sickle version 1.33)、結果分析のためのOperational Taxonomy Unit(OTU)分析のためにはUCLUSTとUSEARCHを用いてシーケンス類似度によってクラスタリングを行った。詳しくは、属(genus)は94%、科(family)は90%、目(order)は85%、綱(class)は80%、門(phylum)は75%シーケンス類似度に基づいてクラスタリングをし、各OTUの門、綱、目、科、属レベルの分類を行って、BLASTNとGreenGenesの16S RNAシーケンスデータベース(108、453シーケンス)を用いて97%以上のシーケンス類似度を有するバクテリアを分析した(QIIME)。
実施例4.細菌由来小胞メタゲノムプロファイリングを介した心筋梗塞診断模型
上記の実施例3の方法で、心筋梗塞(ST elevation myocardial infarction;STEMI)患者57人と、年齢と性別をマッチングした正常人163人の血液から小胞を分離した後、メタゲノムシークエンシングを行った。診断模型開発は、まずt−testで2つの群の間のp値が0.05以下であり、2つの群の間で2倍以上の差がある菌株を選定した後、logistic regression analysis方法で診断的性能指標であるAUC(area under curve)、正確度、敏感度、特異度を算出した。
血液内の細菌由来小胞を門(phylum)水準で分析した結果、Acidobacteria、Firmicutes、Crenarchaeota、Planctomycetes、Chloroflexi、Euryarchaeota、WS3,Nitrospirae、WPS−2、及びAD3門細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋梗塞に対する診断的性能が有意なものとして示された(表2及び図2参照)。
血液内の細菌由来小胞を綱(class)水準で分析した結果、Acidobacteriia、DA052、Methanomicrobia、Thaumarchaeota、Clostridia、Coriobacteriia、Betaproteobacteria、Ktedonobacteria、Planctomycetia、Solibacteres、Erysipelotrichi、Verrucomicrobiae、TM7−3,Bacteroidia、Phycisphaerae、MCG、Nitrospira、Pedosphaerae、Thermoleophilia、Saprospirae、PRR−12、Spartobacteria、Acidimicrobiia、TM1、Deltaproteobacteria、Anaerolineae、Thermoplasmata、Chthonomonadetes、及びAcidobacteria−6綱細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋梗塞に対する診断的性能が有意なものとして示された(表3及び図3参照)。
血液内の細菌由来小胞を目(order)水準で分析した結果、Lactobacillales、Acidobacteriales、Enterobacteriales、Xanthomonadales、Clostridiales、Coriobacteriales、Ellin6513,Burkholderiales、Erysipelotrichales、Solibacterales、Verrucomicrobiales、Rhodospirillales、Gemmatales、Thermogemmatisporales、Saprospirales、Acidimicrobiales、Pedosphaerales、Bifidobacteriales、Chthoniobacterales、Solirubrobacterales、Syntrophobacterales、Bacteroidales、Nitrospirales、Ktedonobacterales、WD2101、iii1−15、Ellin329、Thiotrichales、Myxococcales、Stramenopiles、及びVibrionales目細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋梗塞に対する診断的性能が有意なものとして示された(表4及び図4参照)。
血液内の細菌由来小胞を科(family)水準で分析した結果、Koribacteraceae、Comamonadaceae、Enterobacteriaceae、Streptococcaceae、Coriobacteriaceae、Lachnospiraceae、Prevotellaceae、Ruminococcaceae、Xanthomonadaceae、Propionibacteriaceae、Hyphomicrobiaceae、Verrucomicrobiaceae、Solibacteraceae、Acidobacteriaceae、Erysipelotrichaceae、Ktedonobacteraceae、Thermogemmatisporaceae、Moraxellaceae、Veillonellaceae、Burkholderiaceae、Rhodospirillaceae、Bifidobacteriaceae、Gemmataceae、Streptomycetaceae、Chitinophagaceae、Brucellaceae、Rhizobiaceae、Chthoniobacteraceae、Sinobacteraceae、Conexibacteraceae、Oxalobacteraceae、Isosphaeraceae、Ellin515、Piscirickettsiaceae、及びMethylocystaceae科細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋梗塞に対する診断的性能が有意なものとして示された(表5及び図5参照)。
血液内の細菌由来小胞を属(genus)水準で分析した結果、Delftia、Agrobacterium、Stenotrophomonas、Faecalibacterium、Candidatus Koribacter、Akkermansia、Streptococcus、Salinispora、Candidatus Solibacter、Citrobacter、Collinsella、Burkholderia、Coprococcus、Rhodoplanes、Acinetobacter、Prevotella、Propionibacterium、Lactococcus、Bifidobacterium、Methanobacterium、Micrococcus、Methanocella、Brevibacterium、Streptacidiphilus、Streptomyces、Ochrobactrum、Methanosaeta、Lysinibacillus、及びCupriavidus属細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋梗塞に対する診断的性能が有意なものとして示された(表6及び図6参照)。
実施例5.細菌由来小胞メタゲノムプロファイリングを介した心筋症診断模型
上記の実施例3の方法で、拡張性心筋症(dilated cardiomyopathy;DCMP)患者72人と、年齢と性別をマッチングした正常人163人の血液から小胞を分離した後、メタゲノムシークエンシングを行った。診断模型開発は、まずt−testで2つの群の間のp値が0.05以下であり、2つの群の間で2倍以上の差がある菌株を選定した後、logistic regression analysis方法で診断的性能指標であるAUC(area under curve)、正確度、敏感度、特異度を算出した。
血液内の細菌由来小胞を門(phylum)水準で分析した結果、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Gemmatimonadetes、及びPlanctomycetes門細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表7及び図7参照)。
血液内の細菌由来小胞を綱(class)水準で分析した結果、Verrucomicrobiae、Fusobacteriia、Acidobacteriia、Planctomycetia、DA052、Deltaproteobacteria、及びAcidimicrobiia綱細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表8及び図8参照)。
血液内の細菌由来小胞を目(order)水準で分析した結果、Pseudomonadales、Bacillales、Acidobacteriales、Sphingomonadales、Verrucomicrobiales、Turicibacterales、Acidimicrobiales、Ellin6513,Xanthomonadales、及びGemmatales目細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表9及び図9参照)。
血液内の細菌由来小胞を科(family)水準で分析した結果、Pseudomonadaceae、Clostridiaceae、Comamonadaceae、Oxalobacteraceae、Moraxellaceae、Verrucomicrobiaceae、Koribacteraceae、Sphingomonadaceae、Turicibacteraceae、Xanthomonadaceae、Gemmataceae、及びStaphylococcaceae科細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表10及び図10参照)。
血液内の細菌由来小胞を属(genus)水準で分析した結果、Pseudomonas、Clostridium、Cupriavidus、Acinetobacter、Citrobacter、Sphingomonas、Candidatus Koribacter、Staphylococcus、Thermoanaerobacterium、Micrococcus、Akkermansia、Neisseria、Enhydrobacter、Actinomyces、Turicibacter、Phascolarctobacterium、Lactococcus、Delftia、及びStenotrophomonas属細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心筋症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表11及び図11参照)。
実施例6.細菌由来小胞メタゲノムプロファイリングを介した異型狭心症診断模型
上記の実施例3の方法で、異型狭心症(variant angina)患者80人と、年齢と性別をマッチングした正常人80人の血液から小胞を分離した後、メタゲノムシークエンシングを行った。診断模型開発は、まずt−testで2つの群の間のp値が0.05以下であり、2つの群の間で2倍以上の差がある菌株を選定した後、logistic regression analysis方法で診断的性能指標であるAUC(area under curve)、正確度、敏感度、特異度を算出した。
血液内の細菌由来小胞を門(phylum)水準で分析した結果、Verrucomicrobia、Acidobacteria、Planctomycetes、Gemmatimonadetes、Chloroflexi、及びEuryarchaeota門細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、異型狭心症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表12及び図12参照)。
血液内の細菌由来小胞を綱(class)水準で分析した結果、Verrucomicrobiae、Acidobacteriia、Fimbriimonadia、Erysipelotrichi、Ktedonobacteria、及びDeltaproteobacteria綱細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、異型狭心症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表13及び図13参照)。
血液内の細菌由来小胞を目(order)水準で分析した結果、Pseudomonadales、Erysipelotrichales、Fimbriimonadales、Acidobacteriales、Verrucomicrobiales、Xanthomonadales、Myxococcales、Deinococcales、及びRhodospirillales目細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、異型狭心症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表14及び図14参照)。
血液内の細菌由来小胞を科(family)水準で分析した結果、Koribacteraceae、Oxalobacteraceae、Comamonadaceae、Moraxellaceae、Pseudomonadaceae、Hyphomicrobiaceae、Erysipelotrichaceae、Deinococcaceae、Clostridiaceae、Verrucomicrobiaceae、Sinobacteraceae、Rhodospirillaceae、Methylobacteriaceae、Aerococcaceae、Fusobacteriaceae、Fimbriimonadaceae、Bacillaceae、及びPlanococcaceae科細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、異型狭心症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表15及び図15参照)。
血液内の細菌由来小胞を属(genus)水準で分析した結果、Citrobacter、Acinetobacter、Cupriavidus、Clostridium、Catenibacterium、Pseudomonas、Lactococcus、Stenotrophomonas、Akkermansia、Bacillus、Delftia、Agrobacterium、Deinococcus、Fusobacterium、及びAdlercreutzia属細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、異型狭心症に対する診断的性能が有意なものとして示された(表16及び図16参照)。
実施例7.細菌由来小胞メタゲノムプロファイリングを介した心房細動診断模型
上記の実施例3の方法で、心房細動(atrial fibrillation)患者34人と、年齢と性別をマッチングした正常人62人の血液から小胞を分離した後、メタゲノムシークエンシングを行った。診断模型開発は、まずt−testで2つの群の間のp値が0.05以下であり、2つの群の間で2倍以上の差がある菌株を選定した後、logistic regression analysis方法で診断的性能指標であるAUC(area under curve)、正確度、敏感度、特異度を算出した。
血液内の細菌由来小胞を門(phylum)水準で分析した結果、Proteobacteria、TM7、Chloroflexi、Acidobacteria、及びCyanobacteria門細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心房細動に対する診断的性能が有意なものとして示された(表17及び図17参照)。
血液内の細菌由来小胞を綱(class)水準で分析した結果、Clostridia、Bacteroidia、Actinobacteria、Flavobacteriia、Erysipelotrichi、TM7−3,及びChloroplast綱細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心房細動に対する診断的性能が有意なものとして示された(表18及び図18参照)。
血液内の細菌由来小胞を目(order)水準で分析した結果、Pseudomonadales、Clostridiales、Bacteroidales、Enterobacteriales、Xanthomonadales、Bifidobacteriales、Pasteurellales、Flavobacteriales、Actinomycetales、Rhodobacterales、Coriobacteriales、Erysipelotrichales、及びStreptophyta目細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心房細動に対する診断的性能が有意なものとして示された(表19及び図19参照)。
血液内の細菌由来小胞を科(family)水準で分析した結果、Lachnospiraceae、Bacillaceae、Streptococcaceae、Bacteroidaceae、Moraxellaceae、Ruminococcaceae、Weeksellaceae、Bifidobacteriaceae、Clostridiaceae、Desulfovibrionaceae、Veillonellaceae、Coriobacteriaceae、Flavobacteriaceae、Rikenellaceae、S24−7、Pasteurellaceae、Rhodobacteraceae、Pseudomonadaceae、Gordoniaceae、及びEnterococcaceae科細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心房細動に対する診断的性能が有意なものとして示された(表20及び図20参照)。
血液内の細菌由来小胞を属(genus)水準で分析した結果、Acinetobacter、Stenotrophomonas、Chryseobacterium、Enterococcus、Pseudomonas、Delftia、Alcanivorax、Psychrobacter、Streptococcus、Ochrobactrum、Bifidobacterium、Coprococcus、Bacteroides、Faecalibacterium、Enhydrobacter、Agrobacterium、Citrobacter、Prevotella、Geobacillus、Clostridium、Bacillus、Haemophilus、Veillonella、Actinomyces、Paracoccus、Kocuria、Halomonas、Micrococcus、Ruminococcus、及びPorphyromonas属細菌から選択される一つ以上のバイオマーカで診断模型を開発したところ、心房細動に対する診断的性能が有意なものとして示された(表21及び図21参照)。
上述した本発明の説明は例示のためのものであって、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須な特徴を変更しなくても他の具体的な形態に容易に変形が可能であることが理解できるであろう。よって、以上に記述した実施例はすべての面から例示的なものであって限定的でないものとして理解すべきである。
本発明による人体由来サンプルを用いた細菌由来細胞外小胞のメタゲノム解析により心臓疾患の原因因子を診断することで心臓疾患の危険群を早期に診断及び予測して適切な管理を介して発病時期を遅らせるか発病を予防することができ、また発病後にも早期診断ができて心臓疾患の発病率を低下させて治療効果を高めることができる。また、心臓疾患と診断された患者にメタゲノム解析により原因因子に対する露出を避けられるようにすることで心臓疾患の経過を良くしたり再発を防止することができる。

Claims (6)

  1. (a)被検体サンプルから分離した細胞外小胞からDNAを抽出する段階;
    (b)前記抽出したDNAに対して配列番号1及び配列番号2のプライマーペアを用いてPCRを行う段階;及び
    (c)前記PCR産物の配列解析を介して正常人と被検体サンプルで細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較して、
    Candidatus Koribacter及びSalinispora属(genus)細菌由来小胞の含量が増加しており、Acinetobacter及びAkkermansia属(genus)細菌由来小胞の含量が減少している場合、心筋梗塞と判定する段階;または
    Delftia及びThermoanaerobacterium属(genus)細菌由来小胞の含量が増加しており、Cupriavidus及びPseudomonas属(genus)細菌由来小胞の含量が減少している場合、心筋症と判定する段階;または
    Clostridium及びDelftia属(genus)細菌由来小胞の含量が増加しており、Catenibacterium及びPseudomonas属(genus)細菌由来小胞の含量が減少している場合、異型狭心症と判定する段階;または
    Delftia及びEnterococcus属(genus)細菌由来小胞の含量が増加しており、Coprococcus及びHalomonas属(genus)細菌由来小胞の含量が減少している場合、心房細動と判定する段階を含み、前記被検体サンプルは血液であることを特徴とする、メタゲノム解析によ心臓疾患判定のための情報提供方法。
  2. 前記(c)段階の正常人と被検体サンプルで細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較する段階で、
    Candidatus Koribacter及びSalinispora属(genus)細菌由来小胞の含量が増加しており、Acinetobacter及びAkkermansia属(genus)細菌由来小胞の含量が減少しており;
    Acidobacteria、Crenarchaeota、Planctomycetes、Chloroflexi、Euryarchaeota、及びNitrospiraeからなる群から選択される1種以上の門(phylum)細菌由来細胞外小胞、
    Acidobacteriia、Methanomicrobia、Thaumarchaeota、Betaproteobacteria、Ktedonobacteria、Planctomycetia、Solibacteres、Phycisphaerae、Nitrospira、Pedosphaerae、Thermoleophilia、Saprospirae、Spartobacteria、Acidimicrobiia、Deltaproteobacteria、Anaerolineae、Thermoplasmata、Chthonomonadetes、及びAcidobacteria−6からなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞、
    Acidobacteriales、Xanthomonadales、Burkholderiales、Solibacterales、Rhodospirillales、Gemmatales、Thermogemmatisporales、Saprospirales、Acidimicrobiales、Pedosphaerales、Chthoniobacterales、Solirubrobacterales、Syntrophobacterales、Nitrospirales、Ktedonobacterales、Thiotrichales、Myxococcales、Stramenopiles、及びVibrionalesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞、
    Koribacteraceae、Comamonadaceae、Xanthomonadaceae、Hyphomicrobiaceae、Solibacteraceae、Acidobacteriaceae、Ktedonobacteraceae、Thermogemmatisporaceae、Burkholderiaceae、Rhodospirillaceae、Gemmataceae、Streptomycetaceae、Chitinophagaceae、Brucellaceae、Rhizobiaceae、Chthoniobacteraceae、Sinobacteraceae、Conexibacteraceae、Oxalobacteraceae、Isosphaeraceae、Piscirickettsiaceae、及びMethylocystaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞、または
    Delftia、Agrobacterium、Stenotrophomonas、Candidatus Solibacter、Burkholderia、Rhodoplanes、Propionibacterium、Methanobacterium、Methanocella、Streptacidiphilus、Ochrobactrum、Methanosaeta、Lysinibacillus、及びCupriavidusからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量が増加している場合;または
    Firmicutes門(phylum)細菌由来細胞外小胞、
    Clostridia、Coriobacteriia、Erysipelotrichi、Verrucomicrobiae、及びBacteroidiaからなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞、
    Lactobacillales、Enterobacteriales、Clostridiales、Coriobacteriales、Erysipelotrichales、Verrucomicrobiales、Bifidobacteriales、及びBacteroidalesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞、
    Enterobacteriaceae、Streptococcaceae、Coriobacteriaceae、Lachnospiraceae、Prevotellaceae、Ruminococcaceae、Verrucomicrobiaceae、Erysipelotrichaceae、Moraxellaceae、Veillonellaceae、及びBifidobacteriaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞、または
    Faecalibacterium、Streptococcus、Citrobacter、Collinsella、Coprococcus、Prevotella、Lactococcus、Bifidobacterium、Micrococcus、及びBrevibacteriumからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量が減少している場合、心筋梗塞と判定することを特徴とする、請求項1に記載のメタゲノム解析によ心臓疾患判定のための情報提供方法。
  3. 前記(c)段階の正常人と被検体サンプルで細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較する段階で、
    Delftia及びThermoanaerobacterium属(genus)細菌由来小胞の含量が増加しており、Cupriavidus及びPseudomonas属(genus)細菌由来小胞の含量が減少しており;
    Verrucomicrobia、Acidobacteria、Gemmatimonadetes、及びPlanctomycetesからなる群から選択される1種以上の門(phylum)細菌由来細胞外小胞、
    Verrucomicrobiae、Acidobacteriia、Planctomycetia、Deltaproteobacteria、及びAcidimicrobiiaからなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞、
    Acidobacteriales、Verrucomicrobiales、Turicibacterales、Acidimicrobiales、Xanthomonadales、及びGemmatalesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞、
    Clostridiaceae、Comamonadaceae、Verrucomicrobiaceae、Koribacteraceae、Turicibacteraceae、Xanthomonadaceae、及びGemmataceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞、または
    Clostridium、Candidatus Koribacter、Akkermansia、Turicibacter、Phascolarctobacterium、Lactococcus、及びStenotrophomonasからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量が増加している場合;または
    Fusobacteriia綱(class)細菌由来細胞外小胞、
    Pseudomonadales、Bacillales、及びSphingomonadalesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞、
    Pseudomonadaceae、Oxalobacteraceae、Moraxellaceae、Sphingomonadaceae、及びStaphylococcaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞、または
    Acinetobacter、Citrobacter、Sphingomonas、Staphylococcus、Micrococcus、Neisseria、Enhydrobacter、及びActinomycesからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量が減少している場合、心筋症と判定することを特徴とする、請求項1に記載のメタゲノム解析によ心臓疾患判定のための情報提供方法。
  4. 前記(c)段階の正常人と被検体サンプルで細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較する段階で、
    Clostridium及びDelftia属(genus)細菌由来小胞の含量が増加しており、Catenibacterium及びPseudomonas属(genus)細菌由来小胞の含量が減少しており;
    Verrucomicrobia、Acidobacteria、Planctomycetes、Gemmatimonadetes、Chloroflexi、及びEuryarchaeotaからなる群から選択される1種以上の門(phylum)細菌由来細胞外小胞、
    Verrucomicrobiae、Acidobacteriia、Ktedonobacteria、及びDeltaproteobacteriaからなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞、
    Acidobacteriales、Verrucomicrobiales、Xanthomonadales、Myxococcales、Deinococcales、及びRhodospirillalesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞、
    Koribacteraceae、Comamonadaceae、Hyphomicrobiaceae、Deinococcaceae、Clostridiaceae、Verrucomicrobiaceae、Sinobacteraceae、及びRhodospirillaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞、または
    Lactococcus、Stenotrophomonas、Akkermansia、Agrobacterium、Deinococcus、及びAdlercreutziaからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量が増加している場合;または
    Fimbriimonadia及びErysipelotrichiからなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞、
    Pseudomonadales、Erysipelotrichales、及びFimbriimonadalesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞、
    Oxalobacteraceae、Moraxellaceae、Pseudomonadaceae、Erysipelotrichaceae、Methylobacteriaceae、Aerococcaceae、Fusobacteriaceae、Fimbriimonadaceae、Bacillaceae、及びPlanococcaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞、または
    Citrobacter、Acinetobacter、Cupriavidus、Bacillus、及びFusobacteriumからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量が減少している場合、異型狭心症と判定することを特徴とする、請求項1に記載のメタゲノム解析によ心臓疾患判定のための情報提供方法。
  5. 前記(c)段階の正常人と被検体サンプルで細菌由来細胞外小胞の含量増減を比較する段階で、
    Delftia及びEnterococcus属(genus)細菌由来小胞の含量が増加しており、Coprococcus及びHalomonas属(genus)細菌由来小胞の含量が減少しており;
    Proteobacteria門(phylum)細菌由来細胞外小胞、
    Flavobacteriia綱(class)細菌由来細胞外小胞、
    Pseudomonadales、Xanthomonadales、及びFlavobacterialesからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞、
    Moraxellaceae、Weeksellaceae、Pseudomonadaceae、及びEnterococcaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞、または
    Acinetobacter、Stenotrophomonas、Chryseobacterium、Pseudomonas、Alcanivorax、Psychrobacter、Ochrobactrum、及びAgrobacteriumからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量が増加している場合;または
    Chloroflexi、Acidobacteria、及びCyanobacteriaからなる群から選択される1種以上の門(phylum)細菌由来細胞外小胞、
    Clostridia、Bacteroidia、Actinobacteria、Erysipelotrichi及びChloroplastからなる群から選択される1種以上の綱(class)細菌由来細胞外小胞、
    Clostridiales、Bacteroidales、Enterobacteriales、Bifidobacteriales、Pasteurellales、Actinomycetales、Rhodobacterales、Coriobacteriales、Erysipelotrichales、及びStreptophytaからなる群から選択される1種以上の目(order)細菌由来細胞外小胞、
    Lachnospiraceae、Bacillaceae、Streptococcaceae、Bacteroidaceae、Ruminococcaceae、Bifidobacteriaceae、Clostridiaceae、Desulfovibrionaceae、Veillonellaceae、Coriobacteriaceae、Flavobacteriaceae、Rikenellaceae、Pasteurellaceae、Rhodobacteraceae、及びGordoniaceaeからなる群から選択される1種以上の科(family)細菌由来細胞外小胞、または
    Streptococcus、Bifidobacterium、Bacteroides、Faecalibacterium、Enhydrobacter、Citrobacter、Prevotella、Geobacillus、Clostridium、Bacillus、Haemophilus、Veillonella、Actinomyces、Paracoccus、Kocuria、Micrococcus、Ruminococcus、及びPorphyromonasからなる群から選択される1種以上の属(genus)細菌由来細胞外小胞の含量が減少している場合、心房細動と判定することを特徴とする、請求項1に記載のメタゲノム解析によ心臓疾患判定のための情報提供方法。
  6. 前記血液は全血、血清、または、血漿であることを特徴とする、請求項1に記載のメタゲノム解析によ心臓疾患判定のための情報提供方法。
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