薬剤耐性遺伝子および変異の分子検出

薬剤耐性の分子検出は、薬剤存在下での増殖から耐性を推測するのではなく、抗菌薬耐性の遺伝的決定因子を直接特定するものである。これには、既知の耐性遺伝子を標的とした核酸増幅、耐性関連点変異の検出、およびレジストーム全体を調査する全ゲノムシーケンスが含まれる。

Definition

薬剤耐性の分子検出とは、微生物における耐性遺伝子、その可動遺伝子コンテキスト、または耐性関連変異を特定するために、核酸増幅、ハイブリダイゼーション、またはシーケンスを使用し、耐性の遺伝的基盤を直接的に特徴づけることである。

Scope

本項目では、獲得耐性遺伝子および染色体耐性変異を対象とした分子アッセイ、ポイントオブケアまたはその近傍で使用される統合型迅速プラットフォーム、ならびにキュレーションされた耐性遺伝子データベースを用いたシーケンスベースの特性評価について述べる。また、遺伝子型と表現型がどのように関連するかも扱う。これは方法論的な参考資料であり、治療指針を与えるものではない。

Core questions

• この微生物はどのような耐性遺伝子または変異を保有しているか？
• 標的アッセイ、統合型迅速プラットフォーム、および全ゲノムシーケンスは、その範囲と用途においてどのように異なるか？
• 検出された遺伝子型は耐性表現型をどの程度正確に予測するか？

Key concepts

• 獲得耐性遺伝子とレジストーム
• 耐性関連点変異（例：リファンピシンに対するrpoB）
• ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）と核酸増幅
• 統合型カートリッジベース迅速プラットフォーム
• 全ゲノムシーケンスと耐性遺伝子データベース
• 可動遺伝因子（プラスミド、トランスポゾン、インテグロン）
• 遺伝子型-表現型予測と不一致

Mechanisms

標的分子アッセイは、特定の耐性遺伝子または変異を増幅および検出する。核酸増幅は、カルバペネマーゼやメチシリン耐性決定因子などの獲得遺伝子、あるいは結核菌におけるリファンピシン耐性を付与するrpoB変異などの染色体変異を特定できる（boehme-2010）。統合型カートリッジベースプラットフォームは、抽出、増幅、検出を組み合わせることで、臨床検体から迅速な遺伝子型結果を提供する。全ゲノムシーケンスは、耐性決定因子の完全なセットを調査し、キュレーションされた獲得耐性遺伝子データベースと照合して耐性を予測する（zankari-2012; ellington-2017）。多くの耐性遺伝子はプラスミド、トランスポゾン、インテグロンなどの可動遺伝因子上に存在するため、分子的手法はそれらの遺伝的コンテキストと拡散の可能性を特徴づけるのにも役立つ（partridge-2018; strahilevitz-2009）。遺伝子型検出は迅速であるが、遺伝子の存在、発現、および追加のメカニズムがすべて寄与するため、常に表現型を予測するとは限らない（ellington-2017）。

Clinical relevance

分子検出は、サーベイランス、感染制御、およびスチュワードシップのための耐性決定因子の迅速な認識を支援し、アウトブレイクや伝播を特徴づけることができる。本項目は、耐性がどのように検出され特徴づけられるかについての参照知識としてこれらの方法を記述するものであり、個別の診断や処方に関する推奨を提供するものではない。

Epidemiology

耐性遺伝子とその可動遺伝因子のシーケンスベースのサーベイランスは、耐性の出現と国際的な拡散を追跡し、異なる環境間の分離株を関連付け、プラスミド媒介性決定因子の伝播を明らかにする上で中心的となっている（partridge-2018; strahilevitz-2009; ellington-2017）。

History

薬剤耐性の分子検出は、1990年代から2000年代にかけての個々の遺伝子に対するPCRベースのアッセイから、統合型迅速プラットフォーム、そしてますます全ゲノムシーケンスへと発展した。臨床導入における画期的な出来事は、結核菌とリファンピシン耐性の同時検出のための自動カートリッジアッセイであり、これにより迅速な遺伝子型耐性検出が日常診療に導入された（boehme-2010）。一方、キュレーションされたデータベースは、シーケンスデータから獲得耐性遺伝子を体系的に特定することを可能にした（zankari-2012）。

Debates

シーケンスは表現型感受性試験に取って代わることができるか？

全ゲノムシーケンスは一部の微生物-薬剤の組み合わせについては耐性を予測できるが、すべての組み合わせについて確実に予測できるわけではない。これは、遺伝子の存在が発現を保証するものではなく、現在のデータベースではすべてのメカニズムが捕捉されているわけではないためである。遺伝子型が表現型をどこまで代替できるかは未解決である。

遺伝子型-表現型不一致の解釈

検出された耐性遺伝子が表現型として発現しない場合や、耐性表現型に既知の遺伝的説明がない場合があるため、分子学的結果と表現型結果を調和させることは依然として方法論的な課題である。

Seminal works

• boehme-2010
• zankari-2012
• ellington-2017

Frequently asked questions

耐性遺伝子の検出と耐性の測定の違いは何ですか？

分子的手法は耐性の遺伝的決定因子を直接検出するのに対し、感受性試験は微生物が実際に薬剤存在下で増殖するかどうかを測定します。遺伝子が存在しても発現しない場合があるため、両者は一致しないことがあります。

全ゲノムシーケンスは耐性検出に何を追加できますか？

シーケンスは、耐性遺伝子と変異の全セットを一度に調査し、その可動遺伝的コンテキストを特徴づけることができ、サーベイランスやアウトブレイク調査を支援します。ただし、すべての微生物-薬剤の組み合わせについて、その表現型予測はまだ信頼できるものではありません。

可動遺伝因子は分子検出においてなぜ重要ですか？

多くの耐性遺伝子は、細菌間で移動できるプラスミド、トランスポゾン、インテグロン上に存在するため、これらの因子を検出して特徴づけることは、耐性がどのように広がるかを説明するのに役立ちます。