| Project/Area Number |
22K07077
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 49050:Bacteriology-related
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Agriculture |
|---|
Principal Investigator |
朝井 計 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (70283934)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
|
| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
|
|---|
| Keywords | セスキテルペン / 耐性菌 / 枯草菌 / 精油 / 細胞死 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
精油に含まれるセスキテルペンは細胞壁生合成の中枢であるlipid II中間体を阻害するだけでなく、DNA/RNA分解酵素が関与する細胞死も誘発する相加的な効果で抗菌作用を発揮することで耐性菌の出現を許さないことが示唆された。本研究は、多種多様な精油について同様の解析を実施し、安全性・経済性・有用性に優れた耐性菌の出現しにくい抗菌剤を探索するとともに、そのような抗菌活性に有効な細胞死誘発機構の解析を行うものである。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
様々な抗生物質に耐性となる細菌の出現、耐性菌問題は、世界的に見ても対応しなければならない喫緊の課題である。一方、新たな作用標的を持つような新規の化合物を探索することは、費用的な面からも時間的な面からも難しい。また、仮にそのような化合物が見つかっても、実際に使用するに至るには、様々な治験を経る必要が生じる。そこで、古くから抗菌活性等の有用な生理活性をもち、既に日常的に使用されている、天然物由来の化合物に着目した。それらの化合物の中には、その有用性が注目されるために、生理活性の機構について詳細な解析が為されていないものが数多く存在する。一方、土壌細菌の枯草菌は、古くから生命科学のあらゆる学問分野において、モデル微生物として扱われる研究対象であり、細胞機能の多くが明らかになっている。そこで、これまで、枯草菌の増殖サイクルを指標にして、精油に含まれるセスキテルペンやヤシ油に含まれるカプリル酸グリセリルといった天然成分について解析を行ってきた。その結果、１）ほぼ全ての細菌に共通の機構である細胞壁合成のlipid IIサイクルを阻害し溶菌作用を及ぼす化合物に対しては、耐性菌の出現が強く抑えられること、２）それらの効果は大腸菌のようなグラム陰性細菌に対しては低く、枯草菌と同じグラム陽性細菌でも、効果が低い菌種がいることが示唆された。
本年度１）については、lipid IIの中心化合物のウンデカプレニルピロリン酸の合成酵素をコードするuppSの変異株を用いて、解析した結果、不活性なlipid IIの蓄積が、溶菌の引き金になることが示唆された。２）については、モノテルペン系の化合物含量の高い、ティーツリーやゼラニウムが、セスキテルペンには抵抗性の高いコリネ型細菌に対して、抗菌効果が認められた。すなわち、モノテルペンの抗菌活性は含まれるその他の化合物にも影響を受けることが示唆された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
「lipidIIの阻害が溶菌を引き起こす作用の解明」と「枯草菌以外の細菌種に対する抗菌作用の拡張」という２つの小課題を目的としている。
１つ目の課題解決については、lipid IIサイクルの阻害効果を、それに関与する中間化合物を用いて直接解析することも考えられた。しかしlipidIIの中心化合物のウンデカプレノールやそのリン酸化化合物であるウンデカプレニルピロリン酸は炭素数が55の非常に疎水性の高い化合物であり、細菌に毒性のある有機溶媒でしか可溶化できず、また入手することも難しく、実施するのは困難であった。そこで、代替案として、lipid IIサイクルに関与する遺伝子の変異株を用いた遺伝学的解析に着手することとした。しかし、解析に適切な変異株の探索と入手にやや手間取ったことが、進捗を遅らせた一つの要因である。解析に有用な変異株は、本研究の対象である天然化合物とは全く異なる、希土類元素スカンジウムの高い抗菌活性に関する研究論文から見出した。スカンジウム耐性となる、枯草菌の変異株の中に、ウンデカプレニルピロリン酸の合成酵素をコードするuppSの変異株が含まれていた。uppS変異により、天然化合物の抗菌活性に変化が見られるなど興味深い知見は得られたものの、uppS変異がlipidIIサイクルに与える影響は、直接は観察できないため、確証的な結果を出すには時間が必要である。
２つ目の課題解決については、枯草菌（納豆菌）は有用細菌であり、耐性菌で問題となるのはやはり病原菌であるため、病原菌に対する効果を検証することが必要である。しかし、病原菌を扱う環境を構築するのは困難であったため、対象とする病原菌と同属または同種だが、病原性の無い細菌をモデルとして解析することとした。どの細菌をモデルとするかの選別や、それらの細菌の培養条件の検討等に時間を要したことが進捗を遅らせた一つの要因である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
１）市販の精油にも、精製セスキテルペンアルコールと同様の活性があり、解析に用いることができる。市販の精油にはセスキテルペン、モノテルペン以外の化合物、フェノールやエステル化合物を多く含むものも多数存在するため、引き続き様々な市販の精油について同様の解析を実施する。一方、今年度の解析から、主成分以外に含まれる成分が、抗菌効果に影響を与えることが示唆された。古くからアロマテラピーには、複数の精油の混合液が用いられている。精油の精製は、煩雑であり収率も良くないため、多成分の抗菌作用における効果の観察についても、複数の精油を混合することで、相乗効果や抗菌スペクトルの拡張がみられないか検討する。市販のポリフェノールの効果を検証する。多剤耐性菌として問題となっている黄色ブドウ球菌のStaphylococcus属や結核菌のMycobacterium属、近年強毒性が問題となっている肺炎レンサ球菌のStreptococcus属で、非病原性の細菌種を用いて解析する。結核菌と近縁だが病原性が無く、結核菌のモデル細菌としても解析されているグルタミン酸生産菌、コリネ型細菌に対しては、既報のセスキテルペン化合物は効果がないが、混合精油で効果が見られること、あるいは感受性のコリネ型細菌が得られた可能性があるため、引き続き解析する。
２）「lipidII」の基盤となる化合物ウンデカプレノール2リン酸（UPP）の生合成系遺伝子uppSの変異株について、遺伝学的手法により、さらに解析を進める。uppS変異株によって解析対象の化合物の感受性が変化することがわかっている。そこで、感受性の変化を抑圧する変異を取得、あるいは遺伝子変異株のライブラリーを用いたスクリーニングにより、uppSの変異が、lipidIIに与える影響を解明する。
３）精油の細胞死を一部回避する変異pnpA、xseBの回避効果の機構を解析する。
|
