病院排水中バイオフィルムが薬剤耐性進化の温床となる仕組みの一端を解明ー薬剤耐性遺伝子の蓄積と活性化の実態を解明しワンヘルスに基づく環境標的型感染対策へー

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2026-07-28 東京科学大学

東京科学大学の研究グループは、病院排水中に形成されるバイオフィルムが、薬剤耐性遺伝子、特にカルバペネマーゼ遺伝子を高濃度に蓄積・活性化し、薬剤耐性菌の進化を促進する「温床」となっていることを世界で初めて明らかにした。研究では、病院排水由来のバイオフィルムと排水を比較し、メタゲノム・メタトランスクリプトーム解析と全ゲノム解析を組み合わせて評価した。その結果、バイオフィルム内ではblaIMP-1やblaNDM-1などの重要な耐性遺伝子の発現が著しく高まり、可動性遺伝因子を介した耐性遺伝子の維持・伝播が活発であることが判明した。また、実際にカルバペネマーゼ産生菌を分離・同定し、解析結果を裏付けた。本成果は、病院排水のバイオフィルムを標的とした新たな感染対策や、排水環境を利用した薬剤耐性菌の早期監視技術の開発に道を開くものであり、人・動物・環境を一体的に捉えるワンヘルスに基づく薬剤耐性対策の推進に貢献すると期待される。

病院排水中バイオフィルムが薬剤耐性進化の温床となる仕組みの一端を解明ー薬剤耐性遺伝子の蓄積と活性化の実態を解明しワンヘルスに基づく環境標的型感染対策へー
図1. 病院排水中バイオフィルムにおける薬剤耐性蓄積と活性化

<関連情報>

病院排水バイオフィルムの活性化された抗菌薬耐性に関するゲノム解析 Genomic insights into activated antimicrobial resistance of in situ hospital-wastewater biofilm

Yusuke Ota, Yoko Nukui, Yoshiaki Gu, Ryoichi Saito
Biofilm  Available online: 23 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.bioflm.2026.100377

Abstract

Antimicrobial resistance (AMR), particularly among carbapenemase-producing organisms, poses a major global health threat. Although hospital wastewater is considered an AMR hotspot, its functional contribution to resistance dynamics remains poorly defined. We developed in situ biofilms in hospital wastewater and applied integrated metagenomic, metatranscriptomic, and culture-based analyses to characterize community structure and gene expression. Biofilms exhibited greater biomass and higher contamination with extended-spectrum β-lactamase-producing Escherichia coli than planktonic wastewater. Biofilms were enriched in surface-adapted Flavobacteriaceae species and a broader array of carbapenemase genes, whereas wastewater showed higher abundance of gut-associated Bacteroidaceae species and virulence factors. Mobile genetic elements linked multiple AMR genes and showed increased expression in biofilms, including blaIMP family carbapenemases. Culture confirmed blaIMP-1 in four biofilm isolates and one wastewater isolate. These findings indicate that hospital-wastewater biofilms can serve as important reservoirs that promote the persistence and potential dissemination of clinically relevant carbapenem resistance.

医療・健康
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