Development of genetic manipulation systems and elucidation of gene functions of bacteria that contribute to oral health

• Project/Area Number: 19K05793
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38020:Applied microbiology-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: MATSUMI Rie 九州大学, 農学研究院, 准教授 (90397597)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 口腔細菌 / 遺伝子操作系 / 超好熱菌 / アーキア / トキシン-アンチトキシンシステム / TAシステム / トキシン / アンチトキシン / CRISPR-Casシステム / 細菌 / 常在細菌叢

Outline of Research at the Start

近年の研究から、口腔状態に応じて口腔内の常在細菌叢が異なり、健康な口腔にはある特定の健康細菌群が優位に存在し、ネットワークを形成していることが分かってきた。本研究では、口腔健康細菌群の機能を明らかにするため、まず検証手段である口腔健康細菌群のための遺伝子操作系の構築を行う。そして、共培養によるトランスクリプトーム解析、および近縁種でありながら病原性をもつ細菌種とのゲノム比較を行い、口腔の健康維持に寄与すると推定される候補遺伝子を抽出し、遺伝子操作系を用いてそれらの寄与を遺伝学的に評価する。健康細菌群の機能解明により、科学的根拠に基づいた積極的な口腔予防システムの確立に繋げていくことを目指す。

Outline of Final Research Achievements

To construct a genetic manipulation system for elucidating the gene functions of " bacteria group for oral health ", the toxin-antitoxin (TA) systems from a hyperthermophilic archaea was evaluated. The toxin toxicity was examined by inducing expression of the toxin genes in E. coli. Many of them were highly toxic to E. coli, but most of the antitoxin neutralized the toxicity of the toxins.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、超好熱性アーキアのTAシステムが中温性の細菌である大腸菌において機能していることを証明した。今後、本TAシステムを用いて口腔内の健康維持に重要と考えられている細菌群（口腔健康細菌群）の遺伝子操作系の構築し、遺伝子機能を解明することにより口腔予防システムの確立につなげていきたい。

Research Products

• [Journal Article] Identification of Initial Colonizing Bacteria in Dental Plaques from Young Adults Using Full-Length 16S rRNA Gene Sequencing (2019)
  • Author(s): Ihara Yukari、Takeshita Toru、Kageyama Shinya、Matsumi Rie、Asakawa Mikari、Shibata Yukie、Sugiura Yuki、Ishikawa Kunio、Takahashi Ichiro、Yamashita Yoshihisa
  • Journal Title: mSystems Volume: 4
  • DOI: 10.1128/msystems.00360-19
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characteristics of the salivary microbiota in patients with various digestive tract cancers. (2019)
  • Author(s): Kageyama S, Takeshita T, Takeuchi K, Asakawa M, Matsumi R, Furuta M, Shibata Y, Nagai K, Ikebe M,Morita M, Masuda M, Toh Y, Kiyohara Y, Ninomiya T,Yamashita Y.
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 10 Pages: 1780-1780
  • DOI: 10.3389/fmicb.2019.01780
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of coffee on the compositional shift of oral indigenous microbiota cultured <i>in vitro </i> (2019)
  • Author(s): Ogata Koji、Takeshita Toru、Shibata Yukie、Matsumi Rie、Kageyama Shinya、Asakawa Mikari、Yamashita Yoshihisa
  • Journal Title: J Oral Sci Volume: 61 Issue: 3 Pages: 418-424
  • DOI: 10.2334/josnusd.18-0269
  • NAID: 130007696189
  • ISSN: 1343-4934, 1880-4926
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 超好熱性アーキアにおける損傷塩基修復経路に関する研究 (2020)
  • Author(s): 原田明佳、永田麻梨子、沖啓輔、松見理恵、金井保、跡見晴幸、沼田倫征、石野園子、石野良純
  • Organizer: 極限環境生物学会第21回年会
• [Presentation] 超好熱性アーキアThermococcus kodakarensisはoriC依存のDNA複製能を有するか？ (2020)
  • Author(s): 宮元梨紅、石野園子、松見理恵、山上健、沼田倫征、石野良純
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 超好熱性アーキアThermococcus kodakarensisにおけるIA型DNAトポイソメラーゼ機能の遺伝学的解析 (2020)
  • Author(s): 山浦 昂大, 松見 理恵, John Reeve, 石野 良純
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] The 49 Type II Toxin-antitoxin Systems in Thermococcus kodakarensis (2019)
  • Author(s): Rie Matsumi, Yoshizumi Ishino, John N. Reeve
  • Organizer: 15th International Congress on Thermophiles
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reconstitution of Endonuclease Q-mediated and Endonuclease V-mediated Repair Pathways for Deaminated Base Repair in the Hyperthermophilic Archaeon, Thermococcus kodakarensis (2019)
  • Author(s): Meika Harada, Mariko Nagata, Keisuke Oki, Rie Matsumi, Tamotsu Kanai, Haruyuki Atomi, Tomoyuki Numata, Miyako Shiraishi, Sonoko Ishino, Yoshizumi Ishino
  • Organizer: 15th International Congress on Thermophiles
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermococcus kodakarensisにおけるEndoVおよびEndoQ依存的損傷塩基修復機構の再構成系構築と両酵素の遺伝子欠失株作製による細胞内機能解析 (2019)
  • Author(s): 原田 明佳, 永田 麻梨子, 沖 啓輔, 松見 理恵, 金井 保, 跡見 晴幸, 沼田 倫征, 石野 園子, 石野 良純
  • Organizer: 極限環境生物学会第20回年会
• [Presentation] 超好熱性アーキアMethanopyrus kandleri由来ファミリーD DNAポリメラーゼの生化学的解析 (2019)
  • Author(s): 吉田 直人, 沖 啓輔, 松見 理恵, 石野 園子, 沼田 倫征, 山上 健, 石野 良純
  • Organizer: 第42回分子生物学会年会
• [Presentation] 超好熱アーキアThermococcus kodakarensisのoriCおよびorc1/cdc6欠失変異体の単離とその性質 (2019)
  • Author(s): 石野 園子, 松見 理恵, John N. Reeve, 石野 良純
  • Organizer: 第42回分子生物学会年会
• [Presentation] アーキアの損傷塩基修復経路の生化学的、遺伝学的研究 (2019)
  • Author(s): 原田 明佳, 永田 麻梨子, 沖 啓輔, 松見 理恵, 金井 保, 跡見 晴幸, 沼田 倫征, 石野 園子, 石野 良純
  • Organizer: 第42回分子生物学会年会