細菌叢の正常化と疾患治療を目的としたバクテリオファージ療法の開発

• Project/Area Number: 20K17060
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 53010:Gastroenterology-related
• Research Institution: Azabu University (2022-2023); Jichi Medical University (2020-2021)
• Principal Investigator: 佐藤 祐介 麻布大学, 獣医学部, 講師 (20757265)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: クローン病 / バクテリオファージ / ファージセラピー / 細菌叢 / 難病 / 炎症性腸疾患 / 合成生物学 / CRISPR/Cas

Outline of Research at the Start

ヒトの腸管内には数百兆個の細菌が棲みつき、複雑なコミュニティ(細菌叢)を形成している。この細菌叢が健康の維持に関連していることが明らかになるとともに、細菌叢の健全化とその維持に関する試みが始まっている。しかし、既報の技術には未だ多くの障壁が存在している。そこで、この研究では、これまでの方法とは異なる新しい技術開発研究を行う。具体的には菌に感染するウイルス(バクテリオファージ)に着目し、これを改変した新しい製剤を合成する。そして、菌特異的に感染するバクテリオファージの性質から、本製剤が動物に副作用を与えず細菌叢中の悪玉菌を特異的に除去し、細菌叢健全化できることを検証する。

Outline of Annual Research Achievements

クローン病 (CD) は国の指定難病の一疾病である。 本疾患は炎症性腸疾患の一つであり、消化管の慢性的な炎症を特徴とする。その発症にはこれまでに複数の要因が関与すると考えられており、その一因に細菌叢がある。つまり細菌叢の破綻 (Dysbiosis) が本疾患の発症や増悪に寄与していることが示唆されている。しかし、細菌叢の関与が強く示唆されているにもかかわらず、診断治療に関するガイドラインには細菌叢を対象とした治療指針の掲載がなかった現状がある。
このクローン病関連DysbiosisにはAdherent invasive Escherichia coli (AIEC) と呼ばれる大腸菌のグループの関与が示唆されている。そこで、申請者は細菌叢中からの本菌の除去が細菌叢の正常化に繋がり、疾病治療につながるのではないかと考えた。
手段として細菌に対するウイルスであるバクテリオファージに注目した。下水中よりファージを分離し、その評価を行なったところ培地中だけではなく、消化管内でも高い殺菌活性を示すファージを分離した。そしてそのファージを用いることで、マウス生体内からAIECを除去し、病態を改善できることを確認した。特異的な殺菌のためにAIEC特異的な遺伝子Xについて、CRIPSRの標的指向性を解析し、効果的な殺菌をできる箇所を特定した。また長鎖人工ゲノムを効率的に合成できる実験系を構築し、そこからの長鎖ゲノムファージのリバースジェネティクスを確認した。当該研究の最終目標としてCRISPR搭載ファージによる治療効果の証明としていたが、それには届かなかった。
しかし、細菌叢を標的としたファージ療法が可能なこと、AIECの標的部位、合成ファージに関する成果を得ることができ、本難病の治療に関する道筋を作ることができたと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Coordination of prophage and global regulator leads to high enterotoxin production in staphylococcal food poisoning-associated lineage (2024)
  • Author(s): Sato'o Yusuke、Hisatsune Junzo、Aziz Fatkhanuddin、Tatsukawa Nobuyuki、Shibata-Nakagawa Mari、Ono Hisaya K.、Naito Ikunori、Omoe Katsuhiko、Sugai Motoyuki
  • Journal Title: Microbiology Spectrum Volume: 12 Issue: 3
  • DOI: 10.1128/spectrum.02927-23
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Association Between Onset of Staphylococcal Non-menstrual Toxic Shock Syndrome With Inducibility of Toxic Shock Syndrome Toxin-1 Production (2022)
  • Author(s): Taki Yusuke、Watanabe Shinya、Sato’o Yusuke、Tan Xin-Ee、Ono Hisaya K.、Kiga Kotaro、Aiba Yoshifumi、Sasahara Teppei、Azam Aa Haeruman、Thitiananpakorn Kanate、Veeranarayanan Srivani、Li Feng-Yu、Zhang Yuancheng、Kawaguchi Tomofumi、Hossain Sarah、Maniruzzaman、Hu Dong-Liang、Cui Longzhu
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 13 Pages: 765317-765317
  • DOI: 10.3389/fmicb.2022.765317
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Investigation of <i>Staphylococcus aureus</i> positive for Staphylococcal enterotoxin S and T genes (2021)
  • Author(s): SATO’O Yusuke、OMOE Katsuhiko、AIKAWA Yasuko、KANO Mayuko、ONO Hisaya K.、HU Dong-Liang、NAKANE Akio、SUGAI Motoyuki
  • Journal Title: Journal of Veterinary Medical Science Volume: 83 Issue: 7 Pages: 1120-1127
  • DOI: 10.1292/jvms.20-0662
  • NAID: 130008064538
  • ISSN: 0916-7250, 1347-7439
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inhibitory effects of ultrasound irradiation on Staphylococcus epidermidis biofilm (2021)
  • Author(s): Koibuchi Harumi、Fujii Yasutomo、Sato’o Yusuke、Mochizuki Takashi、Yamada Toshiyuki、Cui Longzhu、Taniguchi Nobuyuki
  • Journal Title: Journal of Medical Ultrasonics Volume: 48 Issue: 4 Pages: 439-448
  • DOI: 10.1007/s10396-021-01120-3
• [Journal Article] Identification and characterization of mutations responsible for the β-lactam resistance in oxacillin-susceptible mecA-positive Staphylococcus aureus (2020)
  • Author(s): Boonsiri Tanit、Watanabe Shinya、Tan Xin-Ee、Thitiananpakorn Kanate、Narimatsu Ryu、Sasaki Kosuke、Takenouchi Remi、Sato’o Yusuke、Aiba Yoshifumi、Kiga Kotaro、Sasahara Teppei、Taki Yusuke、Li Feng-Yu、Zhang Yuancheng、Azam Aa Haeruman、Kawaguchi Tomofumi、Cui Longzhu
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 16907-16907
  • DOI: 10.1038/s41598-020-73796-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Association of mprF mutations with cross-resistance to daptomycin and vancomycin in methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) (2020)
  • Author(s): Thitiananpakorn Kanate、Aiba Yoshifumi、Tan Xin-Ee、Watanabe Shinya、Kiga Kotaro、Sato’o Yusuke、Boonsiri Tanit、Li Feng-Yu、Sasahara Teppei、Taki Yusuke、Azam Aa Haeruman、Zhang Yuancheng、Cui Longzhu
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 16107-16107
  • DOI: 10.1038/s41598-020-73108-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of CRISPR-Cas13a-based antimicrobials capable of sequence-specific killing of target bacteria (2020)
  • Author(s): Kiga Kotaro、Tan Xin-Ee、Ibarra-Ch?vez Rodrigo、Watanabe Shinya、Aiba Yoshifumi、Sato’o Yusuke、Li Feng-Yu、Sasahara Teppei、Cui Bintao、Kawauchi Moriyuki、Boonsiri Tanit、Thitiananpakorn Kanate、Taki Yusuke、Azam Aa Haeruman、Suzuki Masato、Penad?s Jos? R.、Cui Longzhu
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 2934-2934
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16731-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Complete Genome Sequence of a Panton-Valentine Leukocidin-Negative Staphylococcus aureus Strain Isolated from a Patient with Pervasive Necrotizing Soft Tissue Infection (2020)
  • Author(s): Aiba Yoshifumi、Watanabe Shinya、Tsukahara Rieko、Umemoto Naoka、Thitiananpakorn Kanate、Boonsiri Tanit、Li Feng-Yu、Kiga Kotaro、Sato’o Yusuke、Tan Xin-Ee、Taki Yusuke、Azam Aa Haeruman、Zhang Yuancheng、Sasahara Teppei、Demitsu Toshio、Cui Longzhu
  • Journal Title: Microbiology Resource Announcements Volume: 9 Issue: 23
  • DOI: 10.1128/mra.00295-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ブドウ球菌エンテロトキシン Sおよび T陽性黄色 ブドウ球菌に関する分子遺伝学的解析 (2022)
  • Author(s): 佐藤 祐介, 重茂 克彦, 相川 靖子, 狩野 真由子, 小野 久弥, 胡 東良, 中根 明夫, 菅井 基行
  • Organizer: 第165回日本獣医学会学術集会
• [Presentation] 膜透過性ペプチド固定化高分子を用いたマウス樹 状細胞のゲノム編集誘導の試み (2022)
  • Author(s): 志水 孝之, 鵜川 真実, 佐藤 祐介, 佐久間 信至, 川本 恵子, 岡本 まり子
  • Organizer: 第165回日本獣医学会学術集会
• [Presentation] マウス肥満細胞腫細胞株へのRNP複合体導入検討ならびに機能遺伝子欠損細胞の作製 (2022)
  • Author(s): 磯貝 亮弥, 保坂 真希, 佐藤 祐介, 川本 恵子, 岡本 まり子
  • Organizer: 第165回日本獣医学会学術集会
• [Presentation] 塩川 麗良, 岡本 憲明, 渡邉 健司, 水上 洋一, 永根 大幹, 山内 章寛, 金井 詠一, 高木 哲, 山下 匡, 佐藤 祐介, 川本 恵子, 岡本 まり子 (2022)
  • Author(s): TCRシグナル刺激によるイヌ TCRレパートリーへの影響
  • Organizer: 第165回日本獣医学会学術集会
• [Presentation] クロストーク法によるKlebsiella pneumoniaeに対する広感染宿主域ファージの分離 (2021)
  • Author(s): 佐藤祐介, 氣駕恒太朗, 渡邊真弥, anit Boonsiri, 李峰宇, 相羽由詞, 李俊傑, Azam Haeruman, 笹原鉄平, 崔龍洙
  • Organizer: 日本ファージセラピー研究会 第1回研究集会