感染症遺伝子検査

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感染症遺伝子検査について

感染症遺伝子検査について解説していきます。

今頃皆さんが一番印象が強いのは、新型コロナウイルスのPCR検査ですが、正に典型的な感染症遺伝子検査です。

これ以外に、肝炎ウイルス、HIVや梅毒などの性感染症の検査、麻疹やノロウイルスの検査などでも使われています。

感染症遺伝子検査のメカニズム

感染症遺伝子検査が他の遺伝子検査が一番異なるところは、検出対象は人自身の遺伝子ではなく、外来の病原体の遺伝子です。検査対象の病原体が持っていて且つ人が持っていない特定な遺伝子配列を、PCRやLAMPなどの遺伝子増幅法で増やします。検体(血液・尿液・喀痰など、検査項目によって異なる)の中に対象病原体が入っていればその配列が増幅されるし、入っていなければ増幅されません。そしてその特定な遺伝子配列をマーカで検出します。

遺伝子増幅法が特定配列を検出する原理
遺伝子増幅法が特定配列を検出する原理

その結果、検出できなかった場合は陰性で感染されていないとし、検出できた場合は陽性で感染されたと診断されます。

感染症遺伝子検査の検体

当然の事ですが、遺伝子検査には検体が必要です。感染症の場合、勿論対象病原体が増殖する場所を選びます。例えば:

  • 肝炎ウイルス・HIVなどの場合:血液(血清)
  • 結核・マイクロプラズマなどの場合:喀痰
  • クラミジア・淋菌などの場合:泌尿器・子宮頸部の分泌物

また、環境・食品遺伝子検査のメカニズムは感染症遺伝子検査と全く一致しており(異物の遺伝子を検出する面から捉えると)、違うのは検体は人から採取したものではなく、食品に差し替えたのみです。ご興味ある方は環境・食品遺伝子検査の解説もご覧ください。

感染症を診断する為に、色んな検査方法があります。

  • 抗原検査(免疫血清検査)
  • 抗体検査(免疫血清検査)
  • 培養検査(グラム染色、顕微鏡観察など)
  • 遺伝子検査(PCR、LAMP)

では、この中で、感染症遺伝子検査はどの様なメリットとデメリットがあるのでしょうか?

感染症遺伝子検査のメリット

低濃度の病原体を検出可能

「遺伝子検査と他の臨床検査の違いについて」でも説明したように、遺伝子検査は病原体の検出対象(遺伝子配列)を増やしてから検出しますが、免疫血清検査は検出対象(抗原・抗体)と1対1の反応を行うので、遺伝子検査は免疫血清検査よりもっと低い濃度の病原体を検出することが出来ます。

培養困難な病原体の検出(ウイルスなど)が可能

培養検査は一番古典的な感染症検査方法です。患者から採取した検体を培養して、顕微鏡で観察するなり染色するなり、対象の病原体の有無を診断します。

しかし低濃度な病原体でも、培養して増やせば確実に検出が可能ですが、ウイルスや一部の細菌は培養困難です。その為に免疫血清検査や遺伝子検査などの培養不要の検査方法が開発されていました。

更に培養には長時間の培養時間が必要であり、通常18~48時間の培養時間が必要です。それに対し、免疫血清検査は15-30分、遺伝子検査であるPCR検査は1-2時間、LAMP検査は30分-1時間で結果が出ます。

病原体の定量分析が可能

感染症検査では、感染されたかどうかを判断するだけが目的ではありません。

肝炎ウイルス(HBV、HCV)やヒト免疫不全ウイルス(HIV)に感染された患者はなかなか根治出来ず、一生ウイルスと付き合っていく場合が殆どです。その場合、これらの患者は薬を飲みながら、体内の血中ウイルス濃度をコントロールしながら生活していく必要があります。

例えばHIVの感染者でも、血中ウイルス濃度をコントロールし続けば、一般な健康な方とほぼ近い寿命を生きられると言われています。

血中ウイルス濃度をコントロールする為に、定期的に血液検査を行い、ウイルス濃度を測り、投薬などを決めていく治療法を行います。血中ウイルス濃度を測るために、PCR定量検査が用いられます。

ロッシュ社やアボット社がHBV・HCV・HIVなどのRT-PCR定量検査システムを開発しており、HBV・HCV・HIV感染者の疾病コントロールと健康管理に貢献しています。

遺伝子型による疫学調査が可能

今回新型コロナウイルスの件でも、武漢型やヨーロッパ型などの話を聴くと思いますが、同じ感染症でも遺伝子の変異によって何種類かの病原体に分けられたりする場合があります。

同じ感染症でも種類によって重篤度や感染リスクが異なってくるし、どの種類の病原体を明らかにすることが出来れば感染経路などの推測も出来るので、疫学調査では非常に重要な事です。

遺伝子の変異によって分かれた病原体には、その違いがダイレクトに遺伝子配列に反映されているので、PCR検査などを設計するときに、どの遺伝子型の病原体である事も検出できるようにする仕込む事が可能です。

感染症遺伝子検査のデメリット

偽陽性が出やすい

感染症遺伝子検査は遺伝子を大量に増やして検出する検査なので、性質上コンタミネーションに影響されやすいです。

大量に増えてしまった遺伝子断片が飛び散って他の検体と混ざってしまった場合、他の検体は陰性なはずでも陽性が出てしまいます。また、自然界の異物(空気中の雑菌など)もどの様な遺伝子配列持ってるのか分からないので、場合によっては検査キットと予想外な反応を起こして、不本意的に遺伝子が増幅する場合が稀にあります(これを非特異反応と言います)。

試薬や検査機器が高価

遺伝子検査のキットも検査機器も、他の検査より高価です。

遺伝子検査キットにはプライマー・酵素・dNTPなど様々なデリケートなものが入っており、且つ温度に敏感なので冷凍や冷蔵が必要な場合があります。

検査機器に関しては、PCR検査では温度を約4℃~90℃をルールに従って変温するPCR機械が必要で、LAMP検査では定温機器でPCR検査より低価格ですが、キットの設計がPCRより複雑です。

感染症遺伝子検査で用いる方法

現在日本の臨床検査市場では、感染症遺伝子検査は主にPCR法とLAMP法があります。

PCR法

現在最も使われている遺伝子検査法。
世界初の遺伝子増幅法で、1983年アメリカの生物学者 Kary Banks Mullis によって開発された。元々特定な遺伝子配列を大量に増やす技術として研究で使われていたが、後に臨床検査でも使われるようになった。

LAMP法

日本ではPCR法の次に使われる遺伝子検査法。
日本発の遺伝子増幅法であり、栄研化学株式会社によって開発され、商標権を所有している。

PCR法とLAMP法の比較

検査技術PCR法LAMP法
反応時間長い(1-2h)短い(0.5-1h)
感度(特異性)中程度高い
偽陽性中程度出やすい
反応温度変温平温
試薬コスト中程度高い
装置コスト高い安い
定量測定可能不可能
PCR法とLAMP法の比較

感染症遺伝子検査の実例

臨床で使われてる代表的な感染症遺伝子検査項目とそのメーカーを紹介します。
* 一番新しい情報ではございませんので、詳しく調べたい方は各メーカ―のホームページをご覧ください。

ロシュ社

  • HPV・HSV | PCR検査
  • HBV・HCV・HIV | PCR定量検査
  • クラミジア・淋菌 | PCR検査

アボット社

  • HBV・HCV・HIV・EB | PCR定量検査
  • HPV・クラミジア・淋菌 | PCR検査

栄研化学株式会社

  • 結核・百日咳菌・イコプラズマ・レジオネラ | LAMP検査
  • インフルエンザウイルス・SARSコロナウィルス | LAMP検査
  • 新型コロナウイルス (covid-19)| LAMP検査

富士フィルム和光純薬株式会社

  • 結核・非結核性抗酸菌 | PCR検査
  • 新型コロナウイルス (covid-19)| PCR検査

日水製薬株式会社

  • 新型コロナウイルス (covid-19)| PCR検査
  • B群レンサ球菌(GBS) | PCR検査
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