このプロトコルは、MLSTまたはSeqSero2Sを日常監視に、SISTRを用いたコアゲノムMLSTによる発生検出、SeqSero2Sを用いた迅速なスクリーニングを用いる、サ ルモネラ 血清型予測のための層別ゲノムワークフローを確立します。このプロトコルは、中国での監視強化のために多施設分析によって検証されています。
方法論記事
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このプロトコルは、MLSTまたはSeqSero2Sを日常監視に、SISTRを用いたコアゲノムMLSTによる発生検出、SeqSero2Sを用いた迅速なスクリーニングを用いる、サ ルモネラ 血清型予測のための層別ゲノムワークフローを確立します。このプロトコルは、中国での監視強化のために多施設分析によって検証されています。
血清型の正確な血清型解析は、効果的な監視および流行調査に不可欠です。なぜなら、血清型の多様性は病原性や公衆衛生リスク評価に直接影響を与えるからです。しかし、従来のスライド凝集法は再現性の低さ、労働集約的負荷、高コストにより制限されており、高スループットモニタリングプログラムでの応用が妨げられています。これらの制約に対処するため、多遺伝子座配列タイピング(MLST)、サルモネラ・イン・シリコ・タイピングリソース(SISTR)、SeqSero、SeqSero2、SeqSero2Sを統合したゲノムワークフローを開発し、全ゲノムシーケンスデータを用いて血清型予測を行いました。このプロトコルは、中国南西部の食品および人用源から採取された315件のサルモネラ分離株の多施設解析によって評価されました。本研究の結果は、従来の血清型付けと比較してゲノム手法間で有意に高い一致度を示しました(SISTR/MLST/SeqSero2Sの検証セットではそれぞれ100%/99.1%/90.1%、検証セットでは100%/97.1%/93.1%)。ワークフローには、監視の文脈に基づく適切な予測方法の選択に関する推奨が含まれており、日常的なモニタリングにはMLSTとSeqSero2S、迅速なスクリーニングにはSeqSero2S、アウトブレイク調査にはコアゲノムMLSTを用いたSISTRを重視しています。このアプローチはゲノム血清型解析を公衆衛生の実践に統合し、従来の血清学への依存を減らし、サルモネラモニタリングプログラムにおける再現性と拡張性を向上させます。
サルモネラは世界的に最も重要な食中毒病原体の一つであり、多くの罹患率と死亡率を引き起こします1,2。中国では、限られた血清型が感染の大部分を占めており、食中毒の主な原因となっています。正確な血清型同定は、血清型の多様性が病原性や公衆衛生リスクと密接に関連しているため、監視やアウトブレイク調査において極めて重要です。これはサルモネラ・エンテリティディスやサルモネラ・チフィムリウムなどの一般的な血清型でよく知られていますが、サルモネラ・パナマのようなあまり研究されていない血清型も世界的な感染拡大や侵襲病の重要な原因であり、堅牢な血清型解析能力の必要性を浮き彫りにしています。長らくゴールドスタンダードと認められている従来の血清型法は、150以上の抗血清5を必要とし、時間がかかり高コストなプロセスです。さらに、再現性の低さ(6)、労働集約的なワークフロー(7)、凝集反応の主観的解釈による内在的な変動(8)により制約されており、高スループットモニタリングプログラムには不十分です。
全ゲノムシーケンシング(WGS)の登場により、病原体の特性評価は迅速かつ高解像度の血清型予測を可能にし、10,11,12を可能にしました。マルチロクスシーケンスタイピング(MLST)、SeqSero13、SeqSero214、SeqSero2S15、そしてサルモネラIn Silico タイピングリソース(SISTR)7,15など、いくつかのインシリコツールが開発されています。MLSTは標準化された長期疫学的追跡を提供しますが、SeqSero2およびSeqSero2Sは生リードからの直接解析を可能にし、一般的な血清型の高スループットスクリーニングを可能にします14,15。逆に、SISTRは組み立てされたゲノムを必要としますが、抗原遺伝子検出とコアゲノム多遺伝子座配列タイピング(cgMLST)を統合し、アウトブレイク調査に包括的な解像度を提供します17。WGSに基づくサルモネラ菌の特徴解析は研究16,18,19で一次証拠としてますます採用されていますが、大規模監視への応用は限定的であり、そのギャップは方法の適合性に影響を与える未解決の実務的考慮点に起因しています。世界的な調査によると、参加研究所のうちWGSを日常的な監視に利用しているのはわずか8%であり、分析の複雑さが大きな障壁となっています。例えば、信頼できる血清型予測は、十分なシーケンス深度(通常はコスト効率のために>75×、理想的には高品質解析のために~200×)と高品質なゲノムアセンブリ(コスト効率の最低最低としてN50のcontig>sが30 kbp>望ましい)に依存しており、特にSISTR 21,22,23のようなアセンブリ依存ツールにおいては.さらに、ツールの選択はラボの計算資源や専門知識に沿う必要があります。SeqSero2Sのようなオープンソースツールは、生リードを解析し計算負荷の高いアセンブリ15を回避することで迅速なスクリーニングの高速手段を提供しますが、バイオインフォマティクス能力が限られたラボではデータ解析や保存に苦労することがあります。その結果、大規模な監視で血清学的検査を削減できるかどうかを判断するデータが不十分であり、資源適応型アプローチの必要性が浮き彫りになっています。特に、COVID-19パンデミック後、医療機関のさまざまなレベルで多数のアイドルシーケンス機器やqPCRが導入されており、この能力をゲノム監視に再利用する機会が生まれています。
このギャップを埋めるために、私たちは中国南西部の食品および人間から採取した315件のサルモネラ分離株を用いて、上記のゲノムセロタイピングツールの多施設評価を実施しました。これらの発見に基づき、異なる実験室資源や監視ニーズを考慮した階層化されたワークフローを開発し、異なる文脈でのツール選択の明確な基準を提供しました。このフレームワークは、迅速なスクリーニングのためにSeqSero2Sを優先し、アウトブレイク調査にはSISTRとcgMLSTを組み合わせることで、ゲノム手法の採用を促進し、従来の血清型付け手法への依存を減らすことを目指しています。ここでは、ワークフローの各ステップを詳細に説明し、アイソレートの識別、シーケンス、データ分析、異なる監視文脈での予測ツール選択基準を説明します。
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ヒト便サンプルの採取および取り扱いは、四川大学華西第四病院倫理委員会(プロトコル番号:HXSY-EC-2022093)の承認のもと、ヘルシンキ宣言および良好臨床慣行に基づき実施されました。インフォームドコンセントは、国の公衆衛生規則に従い放棄されました。
注:生体 サルモネラ 菌培養およびヒト糞便サンプルを含むすべての処置は、標準的な微生物学的実践およびバイオセーフティ手順に熟練した人員によって、バイオセーフティレベル2(BSL-2)の実験室で実施されなければなりません。常に適切な個人用防護具(PPE)を着用し、白衣、手袋、安全ゴーグルを着用してください。汚染された手袋は定期的に消毒・交換してください。実験の前後に適切な消毒剤(例:70%エタノール、1%次亜塩素酸塩素酸ナトリウム)で作業面を除染してください。廃棄前に、生物材料を含むすべての液体および固体廃棄物はオートクレーブ処理(例:121°Cで少なくとも30分間)で除染してください。エアロゾルや飛び散りの発生を避けましょう。認証済みの生物安全キャビネット内でエアロゾルが発生する可能性のあるすべての手順(例:遠心分離、激しい揺れ)を実施してください。
1. 食品サンプルの採取と株の特定
2. ヒトサンプル採取と株の特定
注意:ヒト糞便サンプルから サルモネラ 菌を分離するには、食中毒監視プログラムの機密保持プロトコルに従ってください。
3. ライブラリの調製と全ゲノムシーケンス
4. データ分析
5. 重要なパラメータと実務的考慮事項
注:以下の考慮事項は、特に資源が限られた環境でこのゲノムワークフローの成功裏に実施するために重要です。
6. 高スループット サルモネラ 監視のための推奨血清型予測プロトコル
注意:監視の文脈、必要な精度、利用可能な検査リソースに基づいて血清型予測方法を選択してください。ハイスループットの サルモネラ 監視には、以下のプロトコルに従ってください。
7. 統計解析
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プロトコルは中国南西部の315株の サルモネラ 分離株を用いて検証され、そのうち213株(2/3株)がトレーニングセットとして、5つのWGSベースの血清型予測手法(MLST、SISTR、SeqSero、SeqSero2、SeqSero2)と従来の血清型測定結果を比較しました。残りの102株(1/3株)はMLST、SISTR、SeqSero2Sの性能を評価する検証セットとして使用されました。
トレーニングセット解析(n = 213)
再現性評価: 従来の血清型解析は、WGSに基づく5つの予測手法のいずれとも限定的な一致を示し、わずか60.6%の一致率(129/213)にとどまりました。対照的に、5つのWGSアプローチのいずれか2つのペアワイズ一致率は99.1%(211/213)に達し、82.2%の分離株(175/213)で完全な5方法コンセンサスが観察されました。この大きな差(82.2%対60.6%、 P<...
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この大規模評価は、中国西南部から315件のサルモネラ分離株を対象とし、従来の手法と比較してWGSベースの血清型法の再現性が優れていることを示しています(84.1%対62.9%のカバー率、P<0.001)。私たちの発見は、サンプル準備とDNA品質管理(セクション1-3)といった重要な初期段階が直接的な信頼性に影響を与える包括的なゲノムワークフローを検証しています。プロトコルは、アセンブリ依存ツール(セクション4-5)に対して高品質なゲノムアセンブリ(できれば>100 kbp)を重視しています。階層化された実装戦略により、研究所は自らの監視ニーズや計算資源に基づいて適切な手法を選択することができ、最終解析にはSISTR(トレーニングおよび検証セットの100%一致)、MLST(98.1%/97.1%)/SeqSero2S(90.1%/93.1%)が日常監視に推奨され、SeqSero2Sは迅速なスクリーニング(第6節)として推奨されています。このフレームワークは実用的な実験室の制約に効果的に対処し、SeqSero2Sは計算集約的な組み立て工程を回避しつつ91....
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著者には利益相反を主張するものはありません。
この研究は、チベット・四川科学技術局の資金(XZ202301ZY0049G、2024NSFSC0563からH.Z.へ、2024NSFSC0033からX.P.へ)、四川科学技術プログラム(2024JDRC0032からY.X.へ)、保健研究所新生産性プロジェクト(HN240302CからH.Z.へ)、公衆衛生実験科学分野振興プロジェクト(2023SY-04からH.Z.へ)からの助成金によって支援されました。 四川大学華西公衆衛生学院/華西第四病院。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| バイオナメリクス(バージョン7.6) | 応用数学 | https://bionumerics.software.informer.com/7.6/ | MLST/血清型予測/系統解析 |
| クロマーガー・サルモネラ | ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニー | 214983 | 選択的サルモネラ染色媒介 |
| Fastp(バージョン 0.23.0) | オープンソース | https://github.com/OpenGene/fastp | リード品質管理 |
| イルミナ・ノヴァセクイション6000シーケンシングシステム | イルミナ | 20012850 | 全ゲノムシーケンスプラットフォーム |
| M220 集束超音波計 | コヴァリス | 500295 | DNA剪断 |
| Magbeads ファストDNAキット 土壌用 | MPバイオメディカル | MP116560200 | ゲノムDNA抽出キット |
| Microsoft Excel 2016 | マイクロソフト | KB5002794 | データ管理 |
| NEXTFLEX ラピッドDNA-シークシーキット | リヴヴィティ | 50-255-1124 | シーケンスライブラリの準備 |
| Qubit 2.0 フルオロメーター | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | Q32866 | DNA定量 |
| Qubit dsDNA 高感度アッセイキット | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | Q32851 | DNA定量 |
| R(バージョン4.1.2) | Rファウンデーション | https://www.r-project.org/ | 統計計算 |
| サルモネラ抗血清キット | ステイテンズ血清研究所 | 60898 | O/H抗原検出 |
| セクセロ | オープンソース | https://github.com/denglab/SeqSero | 血清型予測 |
| SeqSero2 | オープンソース | https://github.com/denglab/SeqSero2 | 血清型予測 |
| SeqSero2S | オープンソース | https://github.com/denglab/SeqSero2s | 血清型予測 |
| シストル | オープンソース | https://github.com/phac-nml/sistr_cmd | 血清型予測 |
| SPAdes(バージョン3.15.0) | オープンソース | https://github.com/ablab/spades | ゲノムアセンブリ |
| スウォームアガー | BDバイオサイエンス | 211519 | セロタイピングインキュベーションに使用 |
| TBS-380蛍光計 | ターナー・バイオシステムズ | P/N 3800-003 | DNA定量 |
| VITEK 2 コンパクトシステム | バイオメアキュート;リュー | 95061-768 | 自動微生物同定システム |
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