マイクロ流体チップベースのループ媒介等温増幅による下気道感染症を引き起こす細菌性病原体の迅速な検出

細菌性病原体によって引き起こされる気道感染症(RTI)は、主に世界中で罹患率と死亡率の一因となっています¹。これは、2〜3日間続く発熱を伴う上気道または下気道の症状として定義されます。上気道感染症は下気道感染症よりも一般的ですが、慢性および再発性気道感染症も一般的な臨床疾患であり、個人に大きなリスクをもたらし、医療システムに大きな負担をかけています²。RTIの一般的な細菌性病原体には、 Streptococcus pneumoniae³、 Haemophilus influenzae⁴、 黄色ブドウ球菌、 大腸菌、 Klebsiella pneumoniae、 Stenotrophomonas maltophiliaなどがあります。これらの病原菌は通常、宿主の鼻咽頭と上気道の粘膜表面にコロニーを形成し、喉の痛みや気管支炎などのRTIの典型的な症状を引き起こします。上気道から下気道の無菌領域に広がると肺炎を引き起こし、気道を通じて人から人へ広がる可能性があります⁵。重症の場合、侵襲性細菌性疾患、特に細菌性肺炎、髄膜炎、敗血症を引き起こす可能性もあり、これらは世界中のすべての年齢層の人々の罹患率と死亡率の主な原因です。

RTIの従来の検査には、咽頭スワブと喀痰呼吸器サンプルを使用した微生物学的培養が含まれます⁶。さらに、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)などの血清学的検査では、血清中の抗体や抗原を検出し、凝集検査では抗体や抗原の凝集反応を観察して感染を検出します⁷。微生物培養はRTIの診断のゴールドスタンダードと考えられていますが、培養陽性率が低く、信頼性が低く、検出サイクルが長いため、診断効率が制限されています⁸。実際には、RTIの迅速かつ正確な診断は、細菌性病原体の正確な根絶に不可欠です。迅速かつ効果的な検出方法は、病原体の感染率を減らし、感染期間を短縮し、不要な抗生物質の使用を減らすのに役立ちます^9,10。分子生物学に基づく方法は、標的遺伝子のDNA配列を増幅して病原体を検出するポリメラーゼ連鎖反応(PCR)など、検出を大幅に迅速化します。しかし、従来のPCRでは、複雑な温度サイクル装置が必要であり、面倒で時間がかかります。さらに、PCR(リアルタイムPCRを除く)を使用したすべてのDNA増幅は、製品の電気泳動分離で終了しますが、これにも時間がかかります。製品の視覚化には染料が必要ですが、その多くは変異原性または発がん性があります。したがって、RTI細菌性病原体を診断するための新しい方法と技術を継続的に開発することが不可欠です。

Loop-Mediated Isothermal Amplification(LAMP)は、2000年にNotomiらによって最初に開発された新しい分子技術です¹¹。LAMPは、複雑な温度サイクル装置を使用せずに安定した等温条件下でDNAを増幅できるため、迅速な検出に適しており、装置の複雑さとコストが削減されます¹²。LAMPは、低濃度の標的DNAを高感度で検出できる¹³。複数の特異的プライマーを使用して、標的配列の選択性を向上させ、偽陽性の可能性を減らします¹⁴。LAMPは、RTIの検出にも、その容易さ、速度、直感的な操作により、臨床検査室で徐々に広く使用されています。本研究では、 図1に示すように、臨床検体(喀痰、気管支洗浄液、肺胞洗浄液)中の低RTI検出におけるLAMPの有効性を調査しました。LAMPは、低RTI検出で従来のテストよりも速度、感度、使いやすさなどの利点を提供し、有望なアプリケーションであることは明らかです。

図1:LAMP検出方式の概略図。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。