遺伝子伝播を用いたバイオフィルム脱離手法の開発

• Project/Area Number: 11J02321
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 田代 陽介 静岡大学, 工学研究科, 助教
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2013: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2012: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: バイオフィルム / 運動性 / c-di-GMP / 鞭毛 / ガス小胞 / 付着

Research Abstract

バイオフィルムとは固体表面上に付着する微生物とそれらが生産する細胞外多糖によって構成される高次構造体である。バイオフィルムは、医療面では慢性感染など、産業面では水処理膜の目詰まりや金属腐食などを引き起こすため問題視されている。成熟したバイオフィルムは薬剤や免疫応答に対する強い耐性を有することから、その除去は非常に困難である。そのため、バイオフィルムを完全に除去する新規手法が求められている。多くの細菌では、ある環境条件にさらされた際に自発的にバイオフィルムを崩壊させるメカニズムを有している。本研究では、成熟バイオフィルムが崩壊されるメカニズムを生物学的に解明するとともに、その知見を基として産業面で問題となっているバイオフィルム除去を目的としている。
バイオフィルムから細菌が離脱するためには二つの要素が必要である。細胞外マトリクスの形成が抑制される点と、鞭毛を用いた運動性が向上される点である。それらをコントロールする物質として細胞内情報伝達物質であるcyclic di-GMPが知られている。本研究では大腸菌をモデル微生物として研究を進め、これまでに葉酸代謝経路の阻害剤として知られているトリメトプリムがcyclicdi-GMP濃度を調節することを示してきた。特にトリメトプリムはバイオフィルムの構成成分であるアミロイドタンパク合成を制御していた。前年度までに網羅的遺伝子解析によりトリメトプリムにより変動する遺伝子群を特定したが、本年度は定量的PCRによりその遺伝子転写量の変化を確認した。さらに、数種の変異株を用いてトリメトプリムとバイオフィルムの関係を分子レベルで明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Low concentrations of ethanol stimulate biofilm formation in Pseudomon as aeruginosa. (2014)
  • Author(s): Yosuke Tashiro, et al.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 78 Issue: 1 Pages: 178-181
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.877828
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interspecies Interaction between <i>Pseudomonas aeruginosa</i> and Other Microorganisms (2013)
  • Author(s): Yosuke Tashiro, et al.
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 28 Issue: 1 Pages: 13-24
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME12167
  • NAID: 10031138539
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multifunctional membrane vesicles in Pseudomonas aeruginosa (2012)
  • Author(s): Yosuke Tashiro, Hiroo Uchiyama, Nobuhiko Nomura
  • Journal Title: Environmental Microbiology Volume: (印刷中) Issue: 6 Pages: 1349-1362
  • DOI: 10.1111/j.1462-2920.2011.02632.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RelE-mediated dormacy is enhanced at high cell density in Escherichia coli (2012)
  • Author(s): Yosuke Tashiro, Koji Kawata, Asami Taniuchi, Kenji Kakinuma, Thithiwat May, Satoshi Okabe
  • Journal Title: Journal of Bacteriology Volume: 194 Issue: 5 Pages: 1169-1176
  • DOI: 10.1128/jb.06628-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ナフタレン誘導体による運動性抑制を介した緑膿菌バイオフィルムの制御 (2011)
  • Author(s): 大浦啓、田代陽介、豊福雅典、中島敏明、内山裕夫、野村暢彦
  • Journal Title: 環境バイオテクノロジー学会誌 Volume: 11 Pages: 61-67
  • NAID: 40019971938
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Interspecific cell-cell communication with membrane vesicles secreted by bacteria (2014)
  • Author(s): Yusuke Hasegawa
  • Organizer: UPM-Shizuoka University International Colloquium 2014
  • Place of Presentation: マレーシア、プトラ大学
  • Year and Date: 2014-03-03
• [Presentation] Characterization of membrane vesicles secreted by bacteria (2013)
  • Author(s): Yusuke Hasegawa
  • Organizer: International Symposium on Super-Resolution Imaging 2013
  • Place of Presentation: 静岡県浜松市アクトシティ
  • Year and Date: 2013-12-02
• [Presentation] 環境細菌が分泌するmembrane vesicleの性質の解析 (2013)
  • Author(s): 長谷川 雄将
  • Organizer: 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • Place of Presentation: 静岡県浜松市静岡大学浜松キャンパス
  • Year and Date: 2013-11-04
• [Presentation] 二環式化合物を介した異種細菌間コミュニケーションネットワーク (2013)
  • Author(s): 田代 陽介
  • Organizer: 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • Place of Presentation: 静岡県浜松市静岡大学浜松キャンパス
  • Year and Date: 2013-11-03
  • Invited
• [Presentation] 大腸菌のバイオフィルム内における小コロニー形成株の発生原因と生態学的役割の解析 (2013)
  • Author(s): 榮田弘明
  • Organizer: 日本水環境学会
  • Place of Presentation: 大阪工業大学(大阪府)
  • Year and Date: 2013-03-11
• [Presentation] 親水性細胞外多糖(コラン酸)の生産が膜ファウリングに与える影響 (2013)
  • Author(s): 吉田圭太朗
  • Organizer: 日本水環境学会
  • Place of Presentation: 大阪工業大学(大阪府)
  • Year and Date: 2013-03-11
• [Presentation] バイオフィルム内における形態変異株の発生とその性質の解析 (2012)
  • Author(s): 榮田弘明
  • Organizer: 日本微生物生態学会
  • Place of Presentation: 豊橋技術科学大学(愛知県)
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] Reduction of folate synthesis represses biofilm formation by decreasing curli synthesis in Escherichia coli (2012)
  • Author(s): Yosuke Tashiro
  • Organizer: International Society for Microbial Ecology
  • Place of Presentation: Bella Center (Copenhagen, Denmark)
  • Year and Date: 2012-08-20
• [Presentation] Inhibition of swarming motility by naphthalene derivatives in Pseudomonas aeruginosa (2011)
  • Author(s): Hiromu Oura, Yosuke Tashiro, Masanori Toyofuku, Toshiaki Nakajima-Kambe, Hiroo Uchiyama, Nobuhiko Nomura
  • Organizer: Tsukuba International Workshop on Science and Patents 2011 : IWP2011
  • Place of Presentation: 筑波大学(つくば)
  • Year and Date: 2011-10-20
• [Presentation] 細菌が分泌する細胞外膜小胞の微生物間相互作用における機能 (2011)
  • Author(s): 田代陽介、市川創作、中島敏明、内山裕夫、野村暢彦
  • Organizer: 微生物生態学会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-09
• [Presentation] アミロイド様細胞外タンパクcurliが引き起こす水処理膜上のバイオフィルム形成 (2011)
  • Author(s): 石川寛恭, 田代陽介, 吉田圭太朗, Thithiwat May, 岡部聡
  • Organizer: 微生物生態学会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都)
  • Year and Date: 2011-10-09
• [Presentation] バイオフィルム内における形態変異株の発生とその性質の解析 (2011)
  • Author(s): 榮田弘明、田代陽介、岡部聡
  • Organizer: 微生物生態学会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都)
  • Year and Date: 2011-10-09
• [Presentation] 大腸菌vs.緑膿菌:異種微生物間相互作用は環境条件によって変化する (2011)
  • Author(s): 大浦啓、豊福雅典、田代陽介、中島敏明、内山裕夫、野村暢彦
  • Organizer: 微生物生態学会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都)
  • Year and Date: 2011-10-09
• [Presentation] Cell density dependent RelE-mediated dormancy in Escherichia coli (2011)
  • Author(s): Satoshi Okabe, Yosuke Tashiro, Kenji Kakinuma, Asami Taniuchi, Koji Kawata
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies Congress (IUMS)
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(札幌)
  • Year and Date: 2011-09-10
• [Presentation] Impacts of trimethoprim on biofilm formation in Escherichia coli (2011)
  • Author(s): Yosuke Tashiro, Satoshi Okabe
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies Congress (IUMS)
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(札幌)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-07
• [Presentation] Inhibition of swarming motility of Pseudomonas aeruginosa by naphthalene derivatives (2011)
  • Author(s): Hiromu Oura, Yosuke Tashiro, Masanori Toyofuku, Toshiaki Nakajima-Kambe, Hiroo Uchiyama, Nobuhiko Nomura
  • Organizer: 13th International conference on Pseudomonas
  • Place of Presentation: SMC Conference and Function Center(オーストラリア・シドニー)
  • Year and Date: 2011-09-05
• [Presentation] 水処理膜への細菌付着における細菌生産性細胞外マトリクスの機能 (2011)
  • Author(s): 田代陽介、吉田圭太朗、May Thithiwat、岡部聡
  • Organizer: 環境バイオテクノロジー学会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2011-06-20
• [Presentation] ナフタレン誘導体による緑膿菌の運動性抑制 (2011)
  • Author(s): 大浦啓、田代陽介、豊福雅典、中島敏明、内山裕夫、野村暢彦
  • Organizer: 環境バイオテクノロジー学会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2011-06-20
• [Remarks] 北海道大学工学部水質変換工学研究室ホームページ
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/water/index.html
• [Remarks] 北海道大学工学部水質変換工学研究室ホームページ
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/water/index.html