Research Abstract


A portable system for rapid bacterial composition analysis using a nanopore-based sequencer and laptop computer

2017年7月18日 Scientific Reports 7 : 5657 doi: 10.1038/s41598-017-05772-5 (2017)

ナノポア技術にもとづくシーケンサーMinIONとラップトップ型コンピューターを用いて、任意のDNAサンプルの細菌の組成を16S rDNA解析により迅速に決定する持ち運び可能なシステムを開発した。本システムの性能評価のため、等モルの16S rDNAを含む20種類のバクテリア混合DNA溶液および膿胸患者の胸水由来DNAに対するテスト解析を行い、所要時間と正確さを検証した。16S rDNAアンプリコンのMinIONによるシーケンシングでは、20種混合DNAに含まれるすべてのバクテリアが検出された。経時的に解析を行ったところ、最初の5分間のシーケンシングで得られた配列データ(1,379リード)だけでも試料中の20種すべてのバクテリアの検出ができ、細菌の組成の決定を行うのには十分であって、4時間のシーケンシング(24,202リード)で得られた結果と大差はなかった。さらに、膿胸患者の胸水から抽出したDNAサンプルに対して同じプロトコルでの解析を行ったところ、培養法やIonPGMシーケンサーを用いた従来のシーケンス法と一致する主要な細菌を同定することができた。これらの結果は、本システムがDNAサンプル入手後2時間以内にサンプル内の細菌の組成の同定が可能であることを示唆している。

Satomi Mitsuhashi, Kirill Kryukov, So Nakagawa, Junko S. Takeuchi, Yoshiki Shiraishi, Koichiro Asano and Tadashi Imanishi

Corresponding Author

今西 規
東海大学 医学部 基礎医学系 分子生命科学 情報生物医学研究室

We developed a portable system for 16S rDNA analyses consisting of a nanopore technology-based sequencer, the MinION, and laptop computers, and assessed its potential ability to determine bacterial compositions rapidly. We tested our protocols using a mock bacterial community that contained equimolar 16S rDNA and a pleural effusion from a patient with empyema, for time effectiveness and accuracy. MinION sequencing targeting 16S rDNA detected all 20 of the bacterial species present in the mock bacterial community. Time course analysis indicated that the sequence data obtained during the first 5 minutes of sequencing (1,379 bacterial reads) were enough to detect all 20 bacteria in the mock sample and to determine species composition, consistent with results of those obtained from 4 hours of sequencing (24,202 reads). Additionally, using a clinical sample extracted from the empyema patient’s pleural effusion, we could identify major bacterial pathogens in that effusion using our rapid sequencing and analysis protocol. All results are comparable to conventional 16S rDNA sequencing results using an IonPGM sequencer. Our results suggest that rapid sequencing and bacterial composition determination are possible within 2 hours after obtaining a DNA sample.