窒素循環

• 担当者：Lan, Shi, Zhang, 額田, 河崎

微生物燃料電池・人工光合成

• 担当者：松尾, 糸入, Anju, Feng, 木村

薬剤耐性・バイオフィルム

• 担当者：小原, 髙橋

胃腸炎ウイルス・新型コロナウイルス

• 担当者：安藤

自然界の保有宿主がヒトのみであり、さらに糞口経路により伝播するウイルス感染症といえば、先進国社会においては既に解決済みであるはずのものであった。ところが、そのような条件を満たすロタウイルスやノロウイルスなどの胃腸炎ウイルスによる感染症は、実際にはほとんど制御不可能であるのが現状である。このことは、胃腸炎ウイルスが個人の衛生レベルでの対処や地域社会における従来の上下水道整備によっては制御しがたい生存戦略を有していることに起因すると推測されるが、その具体像は現段階で全く明らかにされていない。公衆衛生環境が著しく改善している先進諸国において、これほどまでに胃腸炎ウイルスが蔓延する理由を明らかにすることで、より効果的な対抗策を講じることが現在強く求められている。

少子化等によって生じる財政的制約の中で持続的発展が要求されるより成熟した先進国社会において、胃腸炎ウイルス感染症問題へ積極的に対処していくためには、水環境を含めた人間社会における胃腸炎ウイルスの動態を解明し、胃腸炎ウイルスに対する攻撃標的を発見し、これを上下水処理等社会資本のさらなる活用及び財政資源の効率的且つ集中的運用に生かすという、従来の衛生工学の枠を超えた新しい「水系感染症制御システム」を確立することが必要であると考えられる。

以上に示した視点の下、本研究グループでは、人間社会における胃腸炎ウイルスの動態を解明することを目的とし，以下の研究を進めている．
１）酸化損傷ウイルス粒子の検出手法開発
２）腸内細菌由来糖鎖を活用したノロウイルスの水環境中動態解明に関する研究
３）感染性ヒト腸管系ウイルスの新規検出手法開発
４）水中ウイルス検出センサーの開発
５）Membrane Bioreactor(MBR)槽内におけるヒト腸管系ウイルス消長解明
以下に１）及び２）の詳細を示す．

胃腸炎ウイルスは遺伝子が外殻タンパク質に覆われた構造をしているが、水環境中において活性酸素等による酸化傷害を受けるのはこの外殻タンパク質である。タンパク質が酸化を受けると、リジン、アルギニン及びチロシン等の残基がカルボニル化され、それがタンパク質の機能失活につながることが知られており、その過程でウイルスの感染能力が失われることが推測される。本研究では、アミノ酸残基が酸化を受けて生じるカルボニル基と共有結合により特異的に結合可能なヒドラジンに着目し、ビオチンヒドラジドと酸化損傷を受けた胃腸炎ウイルスを反応させることで、損傷外殻タンパク質をビオチン標識する（下図）。ビオチン修飾された胃腸炎ウイルス粒子はアビジン固定化カラムによって回収可能であるので、損傷の無いウイルス粒子を損傷（ビオチン修飾）ウイルス粒子から分離することが可能である。現在、本手法を用いることで、ノロウイルス等の胃腸炎ウイルスが感染能力を失う過程を詳らかに評価する研究を進めているところである。

代表的な胃腸炎ウイルスであるノロウイルスは組織血液型決定抗原（histo-blood group antigen: HBGA）を細胞感染時の受容体として使用することが知られている．一方，ヒトが自己とは異なるHBGAを有する赤血球に対するIgM型抗体を血中に保持するのは，自己の腸管内に定着しているある種の腸内細菌（主にグラム陰性細菌）がHBGAと同一の糖鎖構造を外膜上に持つためであるとされる．これらのことから，ノロウイルスが吸着可能な腸内細菌種が存在することが予想され，ノロウイルスはこの腸内細菌種（ノロウイルス吸着細菌）をキャリヤーとして環境中に安定に存在することができると考えられる．本研究では，HBGAに酷似した糖鎖を菌体表層に有しているノロウイルス吸着細菌を分離することに成功した．現在，ノロウイルス吸着細菌がノロウイルスの水環境中動態へ与える影響を精査している他，ノロウイルス吸着細菌由来の糖鎖を用いたノロウイルス回収・検出技術の開発を進めている．

1. Free chlorine disinfection as a selection pressure on norovirus
   Rachmadi, A., Kitajima, M., Watanabe, K., Yaegashi, S., Serrana, J., Nakamura, A., Nakagomi , T., Nakagomi, O., Katayama, K., Okabe, S., Sano, D.
   Applied and Environmental Microbiology, accepted.
2. Reverse transcription-quantitative PCR assays for genotype-specific detection of human noroviruses in clinical and environmental samples
   Amarasiri, M., Kitajima, M., Miyamura, A., Santos, R., Monteiro, S.N., Miura, T., Kazama, S., Okabe, S., Sano, D.
   International Journal of Hygiene and Environmental Health, 2018, 221(3), 578-585.
3. Disinfection as a selection pressure on RNA virus evolution
   Rachmadi, A.T., Kitajima, M., Watanabe, K., Okabe, S., Sano, D.
   Environmental Science and Technology, 2018, 52(5), 2434-2435. (Viewpoint article)
4. A review on recent progress in the detection methods and prevalence of human enteric viruses in water
   Haramoto, E., Kitajima, M., Hata, A., Torrey, J.R., Masago, Y., Sano, D., Katayama, H.
   Water Research, 2018, 135, 168-186.
5. Selection of cellular genetic markers for the detection of infectious poliovirus
   Sano, D., Tazawa, M., Inaba, M., Kadoya, S., Watanabe, R., Miura, T., Kitajima, M., Okabe, S.
   Journal of Applied Microbiology, 2018, 124(4), 1001-1007.
6. Target virus log10 reduction values determined for two reclaimed wastewater irrigation scenarios in Japan based on tolerable annual disease burden
   Ito, T., Kitajima, M., Kato, T., Ishii, S., Segawa, T., Okabe, S., Sano, D.
   Water Research, 2017, 125, 438-448.
7. Bacteriophage removal efficiency as a validation and operational monitoring tool for virus reduction in wastewater reclamation: Review
   Amarasiri, M., Kitajima, M., Nguyen, T.H., Okabe, S., Sano, D.
   Water Research, 2017, 121, 258-269.
8. Identification of the inactivating factors and mechanisms exerted on MS2 coliphage in concentrated synthetic urine
   Oishi, W., Sano, D., Decrey, L., Kadoya, S., Kohn, T., Funamizu, N.
   Science of the Total Environment, 2017, 598, 213–219.
9. Removal of human pathogenic viruses in a down-flow hanging sponge (DHS) reactor treating municipal wastewater and health risks associated with utilization of the effluent for agricultural irrigation
   Kobayashi, N., Oshiki, M., Ito, T., Segawa, T., Hatamoto, M., Kato, T., Yamaguchi, T., Kubota, K., Takahashi M., Iguchi, A., Tagawa, T., Okubo, T., Uemura, S., Harada, H., Motoyama, T., Araki, N., Sano, D.
   Water Research, 2017, 110, 389-398.
   
10. Evaluation of virus reduction efficiency in wastewater treatment unit processes as a credit value in the multiple-barrier system for wastewater reclamation and reuse
    Ito, T., Kato, T., Hasegawa, M., Katayama, H., Ishii, S., Okabe, S., Sano, D.
    Journal of Water and Health, 2016, 14(6), 879-889.
11. 下水再生処理におけるヒト腸管系ウイルスの目標除去効率の算定法
    伊藤寿宏, 押木守, 小林直央, 加藤毅, 瀬川高弘, 幡本将史, 山口隆司, 原田秀樹, 北島正章, 岡部聡, 佐野大輔
    土木学会論文集, 2016, 72(7), 305-313.
12. Effect of leaf surface chemical properties on the efficacy of sanitizer for rotavirus inactivation
    Fuzawa, M., Ku K.-M., Palma-Salgado, S., Nagasaka, K., Feng, H., Juvik, J., Sano, D., Shisler, J., Nguyen, T.
    Applied and Environmental Microbiology, 2016, 82(20), 6214-6222.
13. Genome sequence of Enterobacter cloacae strain SENG-6, a bacterium producing histo-blood group antigen-like substances that can bind with human noroviruses
    Ishii, S., Amarasiri, M., Hashiba, S., Yang, P., Okabe, S., Sano, D.
    Genome Announcements, 4(4), e00893-16.
14. Bacterial histo-blood group antigens contributing to genotype-dependent removal of human noroviruses with a microfiltration membrane
    Amarasiri, M., Hashiba, S., Miura, T., Nakagomi, T., Nakagomi, O., Ishii, S., Okabe, S., Sano, D.
    Water Research, 2016, 95, 383-391.
    
15. Risk management of viral infectious diseases in wastewater reclamation and reuse: Review
    Sano, D., Amarasiri, M., Hata, A., Watanabe, T. and Katayama, H.
    Environment International, 2016, 91, 220-229.
16. Estimation of concentration ratio of indicator to pathogen-related gene in environmental water based on left-censored data
    Kato, T., Kobayashi, A., Ito, T., Miura, T., Ishii, S., Okabe, S. and Sano, D.
    Journal of Water and Health, 2016, 14(1), 14-25.
17. Bayesian modeling of virus removal efficiency in wastewater treatment processes
    Ito, T., Kato, T., Takagishi, K., Okabe, S. and Sano, D.
    Water Science and Technology, 2015, 72(10), 1789-1795.
18. Culture-independent evaluation of nonenveloped-virus infectivity reduced by free-chlorine disinfection
    Sano, D., Ohta, T., Nakamura, A., Nakagomi, T., Nakagomi, O. and Okabe, S.
    Applied and Environmental Microbiology, 2015, 81(8), 2819-2826.
19. Removal properties of human enteric viruses in a pilot-scale membrane bioreactor (MBR) process
    Miura, T., Okabe, S., Nakahara, Y. and Sano, D.
    Water Research, 2015, 75, 282-291
20. Molecular epidemiology of noroviruses detected in Nepalese children with acute diarrhea between 2005 and 2011: increase and predominance of minor genotype GII.13
    Hoa-Tran, T. N., Nakagomi, T., Sano, D., Sherchand, J. B., Pandey B. D., Cunliffe, N. A. and Nakagomi, O.
    Infection Genetics and Evolution, 2015, 30, 27-36.
21. Estimation of contamination sources of human enteroviruses in a wastewater treatment and reclamation system by PCR-DGGE
    Ji, Z., Wang, X. C., Xu, L., Zhang, C., Funamizu, N., Okabe, S. and Sano, D.
    Food and Environmental Virology, 2014, 6(2), 99-109.
22. Bayesian modeling of enteric virus density in wastewater using left-censored data
    Kato, T., Miura, T., Okabe, S. and Sano, D.
    Food and Environmental Virology, 2013, 5(4), 185-193.
23. Histo-blood group antigen-like substances of human enteric bacteria as specific adsorbents for human noroviruses
    Miura, T., Sano, D., Suenaga, A., Yoshimura, T., Fuzawa, M., Nakagomi, T., Nakagomi, O. and Okabe, S.
    Journal of Virology, 2013, 87(17), 9441-9451.
24. A new approach for evaluating the infectivity of noncultivatable enteric viruses without cell culture
    Tojo, K., Sano, D., Miura, T., Nakagomi, T., Nakagomi, O., and Okabe, S.
    Water Science and Technology, 2013, 67(10), 2236-2240.
25. Occurrence of hand-foot-and-mouth disease pathogens in domestic sewage and secondary effluent in Xi’an, China
    Ji, Z., Wang, X., Zhang, C., Miura, T., Sano, D., Funamizu, N., and Okabe, S.
    Microbes and Environments, 2012, 27(3), 288-292.
26. Human norovirus occurrence and diversity in the Llobregat river catchment, Spain
    Pérez-Sautu, U., Sano, D., Guix, S., Kasimir, G., Pintó, R., and Bosch, A.
    Environmental Microbiology, 2012, 14(2), 494-502.
27. Adsorption characteristics of an enteric virus-binding protein to norovirus, rotavirus and poliovirus
    Imai, T., Sano, D., Miura, T., Okabe, S., Wada, K., Masago. Y., and Omura, T.
    BMC Biotechnology, 2011, 11, 123.
28. Development of an effective method of viral genomic RNA recovery from environmental silty sediments for quantitative molecular detection
    Miura, T., Masago, Y., Sano, D., and Omura, T.
    Applied and Environmental Microbiology, 2011, 77(12), 3975-3981.
29. Development and validation of a microarray for the confirmation and typing of norovirus RT-PCR products
    Mattison, K., Corneau, N., Berg, I., Bosch, A., Duizer, E., Gutiérrez-Aguirre, I., L'Homme, Y., Lucero, Y., Luo, Z., Martyres, A., Myrmel, M., O'Ryan, M., Pagotto, F., Sano, D., Svraka, S., Urzua, U., and Bidawid, S.
    Journal of Virological Methods, 2011, 173(2), 233-250.
30. Analytical methods for virus detection in water and food
    Bosch, A., Sanchez, G., Abbaszadegan, M., Carducci, A., Guix, S., Le Guyader, F. S., Netshikweta R., Pinto, R. M., van der Poel, W. H. M., Rutjes, S., Sano, D., Taylor, M. B., van Zyl, W. B., Rodriguez-Lazaro, D., Kovac, K., and Sellwood, J.
    Food Analytical Methods, 2011, 4, 4-12.
31. Quantification and genotyping of human sapoviruses in the Llobregat River catchment, Spain
    Sano, D., Perez, U., Guix, S., Pinto, R. M., Miura, T., Okabe, S., and Bosch, A.
    Applied and Envionmental Microbiology, 2011, 77(3), 1111-1114.
32. Norovirus-binding proteins recovered from activated sludge microorganisms with an affinity to a noroviral capsid peptide
    Sano, D., Wada, K., Imai, T., Masago, Y., and Omura, T.
    Journal of Applied Microbiology, 2010, 109(6), 1923–1928.
33. Detection of Sapovirus in oysters
    Ueki, Y., Shoji, M., Okimura, Y., Miyota, Y., Masago, Y., Oka, T., Katayama, K., Takeda, N., Noda, M., Miura, T., Sano, D., and Omura, T.
    Microbiology and Immunology, 2010, 54, 483-486.
34. Detection of oxidative damages on viral capsid protein for evaluating structural integrity and infectivity of human norovirus
    Sano, D., Pinto, R. M., Omura, T., and Bosch, A.
    Environmental Science and Technology, 2010, 44(2), 808-812.
35. New tools for the study and direct surveillance of viral pathogens in water
    Bosch, A, Guix, S., Sano, D., and Pinto, R. M.
    Current Opinion in Biotechnology, 2008, 19, 295-301.

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