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# 健康科学# 感染症(HIV/AIDSを除く)

新しいツールがマラリア薬の耐性を検出する

Pf-SMARRTはカメルーンにおけるマラリア治療抵抗性の検出を改善する。

Jonathan J Juliano, J. M. Sadler, A. Simkin, V. P. K. Tchuenkam, I. Gerdes Gyuricza, A. Fola, K. Wamae, A. Assefa, K. Niare, K. Thwai, S. J. White, W. Moss, R. Dinglasan, S. Nsango, C. B. Tume, J. B. Parr, I. M. Ali, J. A. Bailey

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Pf-SMARRT:Pf-SMARRT:マラリア耐性検出ツールングを強化する。新しいツールが患者のマラリア耐性モニタリ
目次

マラリアは蚊の刺し傷を通して感染する寄生虫によって引き起こされる深刻な病気だ。マラリアとの戦いは、特にアフリカで治療法に対する寄生虫の耐性が増していることで難しくなっている。マラリアをコントロールしようとする努力にもかかわらず、一部の地域では状況が悪化している。2022年には、世界中で数百万件のマラリアの症例があり、かなりの数の死者が出た。特に懸念されるのは、アフリカで観察され、東南アジアでの治療失敗に関連付けられたアルテミシニンに対する部分的な耐性の出現だ。

治療法の効果を追跡するために、科学者たちは伝統的に生きている患者の寄生虫を観察したり、ラボで薬に対する反応を測定する研究を行ってきた。しかし、科学者たちはマラリア分子監視(MMS)という新しいアプローチを開発した。この方法は、寄生虫のDNAに特定の変異を特定することに焦点を当てている。この方法により、特定の変異が大規模な集団で一般的になることで、薬剤耐性の追跡がより効果的に行える。

より良い検出方法の必要性

さまざまな遺伝子に変異が増えているため、科学者たちはこれらの変異をテストするために、より迅速でシンプルな方法を必要としている。一つの有望な方法として、「ターゲット深層シーケンシング」と呼ばれる技術が人気を集めている。この技術を使うことで、研究者は寄生虫のDNAの特定の領域に焦点を当て、治療に対する耐性を与える変異を探すことができる。

様々な技術を用いて、科学者たちはラボでDNAの特定の領域を増幅(または多くのコピーを作る)することができる。これに使われる一般的な方法は、複数のターゲットを一度に増幅する「マルチプレックスPCR」と、多くのDNA配列を捕捉するために設計された「分子反転プローブ(MIPs)」だ。しかし、MIPsは多くのターゲットを効果的に分析できるが、寄生虫の数が非常に少ないときに一部のケースを見逃すことがある。

新しい検査方法の導入

マラリア寄生虫の薬剤耐性の検出を向上させるために、Pf-SMARRTという新しいツールが開発された。このツールは、マラリアの薬剤耐性に関連する多くの変異を分析するために設計されており、寄生虫の異なる系統がどのように関係しているかを研究する。

Pf-SMARRTは、簡単に見つかる一般的な材料を使用していて、特殊な製品は必要ない。Pf-SMARRTを使用するための方法はオープンにアクセスできるようになっており、様々な場所のラボがこの技術を採用できるようになっている。チームは、実際のサンプルに適用する前に、既知の特徴を持つサンプルを使ってPf-SMARRTをバリデートした。

研究の概要

この研究の主な目的は、カメルーンのドゥシャンから集めたサンプルをPf-SMARRTを使って分析することだった。マラリアと診断された患者の大きなグループから100件のサンプルが選ばれた。研究者たちは、これらのサンプルを使って、治療に対する耐性、感染の複雑さ(つまり、1人の患者にどれだけの異なる系統が存在するか)、サンプル同士の遺伝的関係など、いくつかの重要な特徴を評価した。

研究者たちは、Pf-SMARRTとMIPsというもう一つの方法の効果を比較した。この方法は多くの研究で使われてきた。彼らは、それぞれの方法が薬剤耐性に関連する変異をどれだけうまく特定し、異なる寄生虫系統間の関係をどれだけ正確に評価できるかを調べた。

サンプルの収集とテスト

患者のサンプルは、熱を感じるが重度のマラリア症状は見られない人から集められた。最近マラリア治療を受けた人は除外された。各参加者は、テスト用の特別なカードに血液サンプルを乾燥させた乾燥血スポットを提供した。この研究は、すべての参加者が情報を得て同意したことを確認するために倫理委員会から承認を受けた。

研究者たちは、「リアルタイムPCR」と呼ばれる方法を使って、サンプル中の寄生虫のレベルを決定した。この技術により、信頼できる結果を得るために重要な寄生虫レベルを持つサンプルを特定するのに役立った。

テストの実施

サンプルが収集されたら、研究者たちはPf-SMARRTを使って各サンプルのDNAをシーケンスした。彼らは、薬剤耐性に関連する特定の変異を特定するためにDNAを増幅し、サンプル中の全体的な遺伝的変異を評価した。

Pf-SMARRTは、抵抗性に関連する重要な変異をさまざまにフォーカスしており、寄生虫が異なる治療にどのように反応するかに寄与する遺伝子で見つけられる変異も含まれている。テストプロセスは、サンプルの準備、DNAの増幅、精製、そして高度な技術を使用したDNAコードの読み取りを含む複数のステップがあった。

主要な発見

サンプルを分析した結果、研究者たちは治療に対する耐性に関連するいくつかの変異の存在を特定できた。特に、薬剤耐性に関連する遺伝子の変異が多くのサンプルで見つかった。これは、地域のマラリア寄生虫が特定の治療に対して抵抗するように適応したことを示唆している。

いくつかの変異はサンプル全体で一般的だったが、他の変異は異なっていた。この情報は、公衆衛生当局が状況をより良く理解し、今後の治療戦略を導くのに役立つかもしれない。

テストを通じて、異なる寄生虫系統の混合感染がある患者のケースを特定することも可能だった。これは重要で、混合感染は治療を複雑にし、薬剤耐性の拡大に寄与する可能性がある。

他の方法との比較

Pf-SMARRTとMIPsを比較すると、研究者たちはPf-SMARRTがMIPsと比べてより多くの混合遺伝子タイプを特定できたことに気づいた。これは、Pf-SMARRTが新しい抵抗性のタイプの出現を監視する上で重要な、低頻度の変異を検出するのにより効果的である可能性を示している。

しかし、Pf-SMARRTは感染を診断し変異を特定するのには有効だったが、MIPsは特定の地域での伝播パターンを理解するために重要な、密接に関連する寄生虫のクラスターを特定するのには優れていた。

コスト効果的な分析のためのサンプルのプーリング

追加の実験では、サンプルをプールして、コスト効果的な方法で変異を検出できるかどうかを調べた。研究者たちはサンプルをグループにまとめてからシーケンスを行った。彼らは、プールが高頻度の変異を特定するのにうまく機能することが分かった。しかし、この方法は稀な変異の検出には苦労し、プール内で見逃されることが多かった。

結果は、プーリングが新しい変異よりも既知の変異を監視するのに限定される可能性があることを示していた。実用的なアプリケーションでは、マラリア集団で薬剤耐性を監視する際に、コストと感度のバランスをとることが重要だ。

公衆衛生への影響

この研究の結果は、マラリアコントロールプログラムにとって重要な意味を持つ。マラリア治療が耐性の増加に直面している中、Pf-SMARRTのようなツールは、患者に影響を与える寄生虫の遺伝的構成についての貴重な洞察を提供する。耐性や寄生虫集団の変異を追跡する能力を向上させることで、公衆衛生当局は新たな抵抗脅威により効果的に対応し、治療ガイドラインを適応させることができる。

異なる系統の関係を理解することは、より効果的な介入をターゲットにするのにも役立つ。全体として、これらの進展は、特にこの病気が蔓延している地域でマラリアの負担を減らすためのより情報に基づいたアプローチを示している。

結論

Pf-SMARRTは、マラリアとの戦いにおいて重要な前進を示している。薬剤耐性に関連する変異を効果的に検出し、感染の複雑さを評価する能力は、研究者や公衆衛生当局に強力なツールを提供する。より多くの医療システムがこの技術にアクセスできるようになれば、マラリア集団の監視の可能性が増し、最終的にはマラリアの伝播や薬剤耐性に対するより効果的な戦略に貢献することになる。

この研究で開発された方法は、カメルーンやその先でのマラリアコントロール努力を向上させる可能性がある。マラリア寄生虫の遺伝子を理解するためのアクセスしやすく効率的なアプローチを提供することで、Pf-SMARRTはこのグローバルな健康課題に対する継続的な闘いにおいて重要なリソースとなる。

オリジナルソース

タイトル: Application of a new highly multiplexed amplicon sequencing tool to evaluate Plasmodium falciparum antimalarial resistance and relatedness in individual and pooled samples from Dschang, Cameroon

概要: BackgroundResistance to antimalarial drugs remains a major obstacle to malaria elimination. Multiplexed, targeted amplicon sequencing is being adopted for surveilling resistance and dissecting the genetics of complex malaria infections. Moreover, genotyping of parasites and detection of molecular markers drug resistance in resource-limited regions requires open-source protocols for processing samples, using accessible reagents, and rapid methods for processing numerous samples including pooled sequencing. MethodsPlasmodium falciparum Streamlined Multiplex Antimalarial Resistance and Relatedness Testing (Pf-SMARRT) is a PCR-based amplicon panel consisting of 15 amplicons targeting antimalarial resistance mutations and 9 amplicons targeting hypervariable regions. This assay uses oligonucleotide primers in two pools and a non-proprietary library and barcoding approach. ResultsWe evaluated Pf-SMARRT using control mocked dried blood spots (DBS) at varying levels of parasitemia and a mixture of 3D7 and Dd2 strains at known frequencies, showing the ability to genotype at low parasite density and recall within-sample allele frequencies. We then piloted Pf-SMARRT to genotype 100 parasite isolates collected from uncomplicated malaria cases at three health facilities in Dschang, Western Cameroon. Antimalarial resistance genotyping showed high levels of sulfadoxine-pyrimethamine resistance mutations, including 31% prevalence of the DHPS A613S mutation. No K13 candidate or validated artemisinin partial resistance mutations were detected, but one low-level non-synonymous change was observed. Pf-SMARRTs hypervariable targets, used to assess complexity of infections and parasite diversity and relatedness, showed similar levels and patterns compared to molecular inversion probe (MIP) sequencing. While there was strong concordance of antimalarial resistance mutations between individual samples and pools, low-frequency variants in the pooled samples were often missed. ConclusionOverall, Pf-SMARRT is a robust tool for assessing parasite relatedness and antimalarial drug resistance markers from both individual and pooled samples. Control samples support that accurate genotyping as low as 1 parasite per microliter is routinely possible. SCOPE STATEMENT (200)Malaria remains a critical global public health problem. Antimalarial drug resistance has repeatedly undermined control and the emergence of artemisinin partial resistance in Africa is the latest major challenge. Malaria molecular surveillance (MMS) has emerged as a powerful tool to monitor molecular markers of resistance and changes in the parasite population. Streamlined methods are needed that can be readily adopted in endemic countries. We developed Plasmodium falciparum Streamlined Multiplex Antimalarial Resistance and Relatedness Testing (Pf-SMARRT), a multiplex amplicon deep sequencing approach that uses easily accessible products without proprietary steps and can be sequenced on any Illumina sequencer. We validated this tool using controls, including mocked dried blood spots, and then implemented it to evaluate resistance and parasite relatedness among 100 samples from Cameroon. The assay was able to reliably assess the within-sample allele frequency of antimalarial resistance markers and discriminate strains within and between individuals. We also evaluated a more cost-effective surveillance approach for antimalarial resistance polymorphisms using pooled samples. While within-pool frequencies of mutations were accurate in pools with higher numbers of samples, this resulted in the loss of the ability to detect variants uncommon in the pool. Overall Pf-SMARRT provides a new protocol for conducting MMS that is easily implementable in Africa.

著者: Jonathan J Juliano, J. M. Sadler, A. Simkin, V. P. K. Tchuenkam, I. Gerdes Gyuricza, A. Fola, K. Wamae, A. Assefa, K. Niare, K. Thwai, S. J. White, W. Moss, R. Dinglasan, S. Nsango, C. B. Tume, J. B. Parr, I. M. Ali, J. A. Bailey

最終更新: 2024-10-10 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.10.03.24314715

ソースPDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.10.03.24314715.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた medrxiv に感謝します。

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