腸内細菌代謝物を介した腸内細菌と宿主の共生～腸脳相関への展開と応用～

• Project/Area Number: 17J08530
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 後藤 愛那 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 腸脳相関 / アミロイドベータ / コレステロールトランスポーター / ビフィズス菌 / 腸内細菌 / 共培養 / 腸上皮細胞 / マウス / メタボローム / アルツハイマー病 / 神経細胞分化 / 糞便抽出物

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、腸内細菌から宿主に受け渡される物質（主に細菌代謝物を想定）から、宿主の脳の発達や維持に関わる共生因子を探索し、その作用機所を解明することを目的とした。それにより、腸内細菌を介した「腸脳相関」を理解するとともに、疾病治療や診断といった応用を目指すものである。腸内細菌抽出物（代謝物）を対象とし、《1 神経細胞分化誘導因子の探索》、《2 Aβ凝集調節因子の探索》、《3 コレステロールトランスポーター調節因子の探索》の3つの方法で「機能性」から腸脳相関に関わる可能性のある物質のスクリーニングを行ってきた。また、脳が急速に発達する乳児期の腸内細菌形成に関する解析も行った。
《2 Aβ凝集調節因子の探索》幅広い条件のヒト糞便（年齢：幼児から60代）を回収し、抽出物サンプルについて、評価を行った。Thioflavinを用いたシート構造をとった凝集Aβの検出、遠沈法による重合したAβオリゴマーの〝重合分子サイズ″の評価、HPLCによる未重合〝Aβモノマー″の定量を行った。
《3 コレステロールトランスポーター調節因子の探索》これまでに得られている、コレステロールトランスポーターの活性を調節（排出を促進）する効果有する腸内細菌抽出画分において、機能分子の同定を進めた。今回、もっとも高い効果が見られた特定の腸内細菌のクロロホルム・メタノール抽出画分とクロロホルム・酢酸エチル抽出画分について、薄層クロマトグラフィーとHPLCによる分離を行い、複数のフラクションに分画、構造決定を試みた。
《その他》乳児特異的ビフィズス菌が、ヒト母乳中のオリゴ糖（ヒトミルクオリゴ糖）を資化する代謝経路を有することで、腸管内で優占種となることが明らかとなっており、ビフィズス菌の持つヒトミルクオリゴ糖トランスポーターの同定と特性の解析が所属グループ内で進められ申請者も、解析の一部を担当した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Diversification of a Fucosyllactose Transporter within the Genus Bifidobacterium (2022)
  • Author(s): Ojima Miriam N.、Asao Yuya、Nakajima Aruto、Katoh Toshihiko、Kitaoka Motomitsu、Gotoh Aina、Hirose Junko、Urashima Tadasu、Fukiya Satoru、Yokota Atsushi、Abou Hachem Maher、Sakanaka Mikiyasu、Katayama Takane
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 88 Issue: 2
  • DOI: 10.1128/aem.01437-21
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Next-generation prebiotic promotes selective growth of bifidobacteria, suppressing Clostridioides difficile (2021)
  • Author(s): Hirano R., Sakanaka M., Yoshimi K., Sugimoto N., Eguchi S., Yamauchi Y., Nara M., Maeda S., Ami Y., Gotoh A., Katayama T., Iida N., Kato T., Ohno H., Fukiya S., Yokota A., Nishimoto M., Kitaoka M., Nakai H., Kurihara S.
  • Journal Title: Gut microbes Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1973835-1973835
  • DOI: 10.1080/19490976.2021.1973835
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bifidobacterium bifidum Suppresses Gut Inflammation Caused by Repeated Antibiotic Disturbance Without Recovering Gut Microbiome Diversity in Mice (2020)
  • Author(s): M. N. Ojima, A. Gotoh, H. Takada, T. Odamaki, J. Xiao, T. Katoh, T. Katayama
  • Journal Title: Front Microbiol . Volume: 18;11 Pages: 1349-1349
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.01349
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Butyrate producing colonic Clostridiales metabolise human milk oligosaccharides and cross feed on mucin via conserved pathways (2020)
  • Author(s): M. J. Pichler, C. Yamada, B. Shuoker, C. Alvarez-Silva, A. Gotoh, M. L. Leth, E. Schoof, T. Katoh, M. Sakanaka, T. Katayama, C. Jin, N. G. Karlsson, M. Arumugam, S. Fushinobu, Maher A. Hachem
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 3;11(1) Issue: 1 Pages: 3285-3285
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17075-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evolutionary adaptation in fucosyllactose uptake systems supports bifidobacteria-infant symbiosis (2019)
  • Author(s): M. Sakanaka, M.E. Hansen, A. Gotoh, T. Katoh, K. Yoshida, T. Odamaki, H. Yachi, Y. Sugiyama, S. Kurihara, J. Hirose, T. Urashima, J. Xiao, M. Kitaoka, S. Fukiya, A. Yokota, L.L. Leggio, M.A. Hachem, T. Katayama
  • Journal Title: Science Advance Volume: 5 Issue: 8
  • DOI: 10.1126/sciadv.aaw7696
  • NAID: 120006716596
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Minority species influences microbiota formation: the role of Bifidobacterium with extracellular glycosidases in bifidus flora formation in breastfed infant guts (2019)
  • Author(s): Gotoh Aina、Ojima Miriam Nozomi、Katayama Takane
  • Journal Title: Microbial Biotechnology Volume: 12 Issue: 2 Pages: 259-264
  • DOI: 10.1111/1751-7915.13366
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sharing of human milk oligosaccharides degradants within bifidobacterial communities in faecal cultures supplemented with Bifidobacterium bifidum (2018)
  • Author(s): Gotoh Aina、Katoh Toshihiko、Sakanaka Mikiyasu、Ling Yiwei、Yamada Chihaya、Asakuma Sadaki、Urashima Tadasu、Tomabechi Yusuke、Katayama-Ikegami Ayako、Kurihara Shin、Yamamoto Kenji、Harata Gaku、He Fang、Hirose Junko、Kitaoka Motomitsu、Okuda Shujiro、Katayama Takane
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 13958-13958
  • DOI: 10.1038/s41598-018-32080-3
  • NAID: 120006817605
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 嫌気性腸内細菌と腸上皮細胞の共培養を可能とするフロー型アピカル嫌気培養器の開発 (2021)
  • Author(s): 後藤 愛那、橋本 豊之、米田 恭子、藤山 陽一、小関 英一、加藤 紀彦、田川 陽一、金 倫基、長谷 耕二、片山 高嶺
  • Organizer: 日本農芸化学会2021年度大会
• [Presentation] 嫌気性腸内細菌と培養細胞の共培養システムの開発 (2018)
  • Author(s): 後藤愛那、永田千夏、加藤紀彦、神戸大朋、片山高嶺
  • Organizer: 第23回腸内細菌学会