環境マイクロバイオームの動態計測に基づく集団感染機構の解明と制御

研究背景

ステップ

感染症の脅威1

・感染症は運輸体系が構築され、人口密度が高い都市の最大の脅威のひとつ

Establish sampling protocol
・Experience of microbiome analysis
・Validation of appropriate sampling protocol・Study of stability of total genome analysis

・感染症を引き起こす細菌やウイルスなどの病原物質が、人の活動する環境中で拡散して生じるため、この拡散速度を制御する必要がある
計測の困難さ23
Elucidation of micro-biome

微生物叢（Microbiome）の導入

Changes in microbiome
dynamics
・Extensive sampling・Feature extraction of micro biome

・人の体内、体表面の微生物叢解析によるメタゲノム解析から菌種

・Total genome analysis of samples ・Dynamic consideration of micro-biome

・拡散速度を制御するためには、拡散物質（病原物質）を特定する必要があるが、この病原物質の同定が困難であるや量を特定、培養ができないものも種別や量が特定できる

・Dynamic analysis of micro-biomeby sampling condition

・Dynamics of macroscopic microbiome

研究目的
建物環境中のマイクロバイオームは極めて希薄で、十分な遺伝子を確保したサンプリングが困難である。またサンプルに関するコンタミ対策が不可避と考えられるため、再現性の高い建築環境空間内でのマイクロバイオームのサンプル法、解析法を開発する。次に、人の行動観察より病原物質の伝搬を整理し、その結果を反映した人の行動シミュレーションにより病原物質の伝搬予測を行う手法を開発する。

1/4

加藤研究室・大岡研究室・菊本研究室
Kato Lab., Ooka Lab., and Kikumoto Lab.

環境マイクロバイオームの動態計測に基づく集団感染機構の解明と制御

環境マイクロバイオームのサンプリング手法の検討
目的・乳酸菌をトレーサーとして使用し、その遺伝子解析（リアルタイムPCR）により従来の培養による手法と比較して迅速に菌数を把握する。
・感染経路間での菌数を把握することで感染制御について考察を行う。

実験概要
使用乳酸菌：Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus OLL1073R-1
100倍希釈、10μl使用、10cm× 10cmの板全体に塗布
拭き取り方法：スワブ接触荷重 150g
サンプル概要：R1:1回目拭き取りR3:3回目拭き取り

採取面積 100cm2

Figure1 amplification curve
Table1 Reaction liquid composition

R2:2回目拭き取りR10:希釈乳酸菌10μl直接抽出

Swab R:スワブ先端に希釈乳酸菌10μl
UV:乳酸菌塗布前にUV殺菌後1回拭き取りSt6~3:スタンダードサンプル106~103

T:コンラージ棒拭き取りSYBR Fast qPCR MIX

10μl

Forward Primer

0.1μl

Reverse Primer

0.1μl

滅菌水

8.8μl

Sample1μl

2Table2 PCR protocol

反応液組成（20μl）

SWAB

1

194℃

3min

23 StepPCR
3(Cycle:30) 494℃

5sec

55℃

1sec

68℃

4sec

5 GOTO 2, 29times

Neg:ネガティブコントロール

Figure2 Color scheme composition of samples
50

解析手法：リアルタイムPCR インターカレーター法

40.4
37.440

菌採取率（%）

結果

30.0

29.0

30
24.1
20
14.4
10

0
1

1+2

拭き取り回数

1セット

1+2+3
2セット

Figure4 Sampling rate
Figure3 Analytical curve

2/4

加藤研究室・大岡研究室・菊本研究室
Kato Lab., Ooka Lab., and Kikumoto Lab.

環境マイクロバイオームの動態計測に基づく集団感染機構の解明と制御

諸環境中のマイクロバイオームの比較
調査対象

Table1 Details of detected bacteria

・オフィスビル10の執務室の室内と屋外
・大学の２教室の室内と屋外
・病院総合受付と外来待合室の室内、屋外、椅子・机表面

サンプリング方法
・ 測定方法： Air-Check:XR5000 (3L/min)
・ 測定時間： 1時間+

PTFE0.3Filter

病院
学校
オフィス門phylum9911

網class192126目order
3738
49

科
family7474
106

属genus109115170

B：Office
K：University＋
M：Hospital
Symbol legend
Office：B7OA=PTFE0.3Filter
Air-Check
No.7 Outdoor Air of Building
School : K10210471in=
結果
University 21th Apr. indoor air
病院、学校、オフィスの室内から検出された細菌の門・網・目・K11020663out
科・属数を表1に示す通りである。また、下記のような病原菌と日和
University 2nd Nov. outdoor air
感染菌が検出された。
Hospital : m1126275fSurface adhering bacteria on the
病原性細菌種を有する属
5th floor on 26th Nov. and 27th
Corynebacterium属（病院・学校・オフィス）m10161inMycobacterium属（病院・学校・オフィス）Suspended bacteria in the
Streptococcus属（病院・学校・オフィス）waiting room on the 1st floor on
Stenotrophomonas属（病院・学校）
16th Oct.
Yersinia属（病院・オフィス）
Figure1 Phylogenetic tree
図1より、病院の5階の待合室（m10165in）と外気（m1016out），学校の教室（K10210471in）
日和見感染菌を有する属と外気（K10210471o）のマイクロバイオームがほぼ同じであり，室内に外気が影響を大きく及Actinomyces属（病院・学校・オフィス）
ぼすことが分かる。一方、病院の付着菌はほか浮遊菌の菌叢と異なることから、院内感染の感染
Pseudomonas属（病院・学校）
経路を解明するのは、空気・飛沫感染と同様に接触感染も重要であることが示唆された。
Bacteroides属（学校）3/4

加藤研究室・大岡研究室・菊本研究室
Kato Lab., Ooka Lab., and Kikumoto Lab.

環境マイクロバイオームの動態計測に基づく集団感染機構の解明と制御

行動シミュレーションによる感染リスク評価
Table1 Study case
1 Standard condition
2 Reduce the number of agents Students 68→34
3 Reduce the number of toilets 2→1 , Elevators 4→24 Increase meeting activity ration Students10 %→20 %Viruses andbacteria etc.

・人の行動パターン・建築レイアウト

人と人の接触や感染リスクに影響を及ぼす可能性

人の行動を計算する行動シミュレーションを用いて、接近機会を定量的に分析する

Meetingroom(1)Approach number[times]

People’scontact / approach

Approach by meetingミーティングによる接近

300
200

113

111
100
9092

114

Case1

Case2

Case3

Case40As the number of meetings increases,
temporary access also increases
before and after that meeting
Influence due to the number of toilets
and elevator installation is small

Desk work Meeting
Professors

Rest space(1)

139

5360

By decreasing the total
number of agents, thenumber of accesses greatly
decreases Students

Laboratoryrooms

Temporary approach
一時的な接近Rest Temporaryapproach

Go outHome

Rest space(2)Laboratory
Laboratory
rooms
rooms
Calculation target space

Meetingroom(2)•••大学を想定した空間では、ミーティング中における他者との接近機会が多い結果となった
オフィスビルなどでは異なる可能性がある
個人の行動パターンや建築レイアウトよりも、建物用途のほうが接近機会へ及ぼす影響は高いのではないか

4/4

加藤研究室・大岡研究室・菊本研究室
Kato Lab., Ooka Lab., and Kikumoto Lab.