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感染症の増悪に寄与する化膿レンサ球菌の代謝機構同定と病原性制御法の探索

Research Project

Project/Area Number 22K09924
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 57020:Oral pathobiological science-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

広瀬 雄二郎  大阪大学, 大学院歯学研究科, 講師 (90788407)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山口 雅也  大阪大学, 大学院歯学研究科, 准教授 (00714536)
川端 重忠  大阪大学, 大学院歯学研究科, 教授 (50273694)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords化膿レンサ球菌 / 独立主成分分析 / モジュロン / 代謝機構 / 溶血活性 / RNA-seq解析データ / 病原性発揮機構 / 代謝 / 病原性
Outline of Research at the Start

本研究では、「化膿レンサ球菌はなぜ急速に組織破壊を進行させられるのか」について、この領域であまり着目されてこなかった「病原性に影響を与える菌の代謝機構」に焦点を当てる。感染症の増悪に寄与する化膿レンサ球菌の代謝機構を同定し、細菌学的に証明する。

Outline of Annual Research Achievements

化膿レンサ球菌はヒトの上気道や皮膚に常在するが、咽頭炎など比較的軽度の疾患から重篤な症状を呈す劇症型溶血性レンサ球菌感染症まで多様な感染症を惹き起こす。化膿レンサ球菌 は宿主環境に適応するために、転写調節ネットワークを駆使して生理的状態を変化させる。しかし、化膿レンサ球菌 における転写制御因子は40個以上も推定されており、根底にある転写調節ネットワークを多面的に捉えることは困難であった。
本研究では、化膿レンサ球菌 血清型1型におけるRNA-seq解析データを公共のデータベースより収集し、独立主成分分析を実行した。化膿レンサ球菌 のモジュロン(複数の転写制御因子や環境要因が作用した結果、ともに挙動する遺伝子群)を世界で初めて同定し、データベース上に公開した(imodulondb.org)。さらに、得られた結果を過去のRNA-seq解析のデータ解釈に活用することで、「グルコースの多糖体であるマルトースおよびデキストリンの利用が、溶血毒素の発現に影響する」との仮説が得られた。実際に検証を行うと、菌がグルコースを利用する場合の溶血活性はストレプトリジンO依存的であるのに対し、マルトース利用ではストレプトリジンS依存的、デキストリン利用では両方の毒素が溶血活性に寄与することが明らかにした。さらには、モジュロンの転写活性を計算することにより、ストレプトリジンOをコードする遺伝子の発現上昇において、グルコースとデキストリンでは異なる転写調節ネットワークを利用していることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

化膿レンサ球菌は宿主環境に適応するために、転写調節ネットワークを駆使して生理的状態を変化させる。しかし、化膿レンサ球菌における転写制御因子は40個以上も推定されており、根底にある転写調節ネットワークを多面的に捉えることは困難であった。本研究では、化膿レンサ球菌のモジュロン(複数の転写制御因子や環境要因が作用した結果、ともに挙動する遺伝子群)を世界で初めて同定し、データベース上に公開することができた(imodulondb.org)(Hirose et al., mSystems. 2023. PMID: 37278526)。

Strategy for Future Research Activity

化膿レンサ球菌においてグルコースの二糖体であるマルトースおよび多糖体であるマルトデキストリンの利用は菌がグルコースを利用する場合と比較して、大きく遺伝子発現を変化させることを明らかにしている。しかし、そのメカニズムは不明である。利用する糖質の違いが、化膿レンサ球菌の細胞内にどのような変化をもたらしているかを明らかにするために、化膿レンサ球菌のゲノムスケール代謝モデル(GEM)の開発を試みる。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (47 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 11 results) Presentation (31 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] 連載 臨床医のための微生物学講座・Vol.5 基礎研究からみた化膿レンサ球菌による病態形成機構と宿主の防御機構2024

    • Author(s)
      山口雅也,川端重忠
    • Journal Title

      医学のあゆみ

      Volume: 288 Issue: 10 Pages: 869-874

    • DOI

      10.32118/ayu28810869

    • ISSN
      0039-2359
    • Year and Date
      2024-03-09
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] Respiratory tract barrier dysfunction in viral-bacterial co-infection cases.2024

    • Author(s)
      Sumitomo T, Kawabata S.
    • Journal Title

      Jpn. Dent. Sci. Rev.

      Volume: 60 Pages: 44-52

    • DOI

      10.1016/j.jdsr.2023.12.006

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis of FctB3 crystal structure and insight into its structural stabilization and pilin linkage mechanisms.2023

    • Author(s)
      Takebe K, Suzuki M, Sangawa T, Kreikemeyer B, Yamaguchi M, Uzawa N, Sumitomo T, Kawabata S, Nakata M.
    • Journal Title

      Arch. Microbiol.

      Volume: 206 Issue: 1 Pages: 4-4

    • DOI

      10.1007/s00203-023-03727-1

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Elucidation of independently modulated genes in Streptococcus pyogenes reveals carbon sources that control its expression of hemolytic toxins.2023

    • Author(s)
      Hirose Y, Poudel S, Sastry AV, Rychel K, Lamoureux CR, Szubin R, Zielinski CD, Lim HG, Menon DN, Bergsten H, Uchiyama S, Hanada T, Kawabata S, Palsson BO, Nizet V.
    • Journal Title

      mSystems

      Volume: 8 Issue: 3

    • DOI

      10.1128/msystems.00247-23

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Involvement of ribonuclease Y in pilus production by M49 <i>Streptococcus pyogenes</i> strain via modulation of messenger RNA level of transcriptional regulator2023

    • Author(s)
      Kubota Seiko、Nakata Masanobu、Hirose Yujiro、Yamaguchi Masaya、Kreikemeyer Bernd、Uzawa Narikazu、Sumitomo Tomoko、Kawabata Shigetada
    • Journal Title

      Microbiology and Immunology

      Volume: - Issue: 7 Pages: 319-333

    • DOI

      10.1111/1348-0421.13069

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Editorial: A sweet deal - Glycobiology in host-pathogen interactions.2023

    • Author(s)
      Kawanishi K., Naito-Matsui Y., Soares Zaramela L., van Sorge N.M., Yamaguchi M.
    • Journal Title

      Front. Microbiol.

      Volume: 14 Pages: 1341820-1341820

    • DOI

      10.3389/fmicb.2023.1341820

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Pneumococcal BgaA promotes host organ bleeding and coagulation in a mouse sepsis model.?2022

    • Author(s)
      Takemura M, Yamaguchi M, Kobayashi M, Sumitomo T, Hirose Y, Okuzaki D, Ono M, Motooka D, Goto K, Nakata M, Uzawa N, Kawabata S.
    • Journal Title

      FRONTIERS IN CELLULAR AND INFECTION MICROBIOLOGY

      Volume: 12 Pages: 844000-844000

    • DOI

      10.3389/fcimb.2022.844000

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Contribution of?Streptococcus pyogenes?M87 protein to innate immune resistance and virulence.?2022

    • Author(s)
      Hirose Y, Kolesinski P, Hiraoka M, Uchiyama S, Zurich R.H, Kumaraswamy M, Bjanes E, Ghosh P, Kawabata S, Nizet V.
    • Journal Title

      MICROBIAL PATHOGENESIS

      Volume: 169 Pages: 105636-105636

    • DOI

      10.1016/j.micpath.2022.105636

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] An M protein coiled coil unfurls and exposes its hydrophobic core to capture LL-372022

    • Author(s)
      Kolesinski P, Wang KC, Hirose Y, Nizet V, Ghosh P.
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 11

    • DOI

      10.7554/elife.77989

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Biological Evaluation of the Effect of Root Canal Sealers Using a Rat Model.2022

    • Author(s)
      Okamoto M, Matsumoto S, Moriyama K, Huang H, Watanabe M, Miura J. Sugiyama K, Hirose Y, Manabu M, Kuriki N, Leprince JG, Takahashi Y, Kawabata S, Hayashi M.
    • Journal Title

      Pharmaceutics

      Volume: 14 Issue: 10 Pages: 2038-2038

    • DOI

      10.3390/pharmaceutics14102038

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The group A?Streptococcus?interleukin-8 protease SpyCEP promotes bacterial intracellular survival by evasion of autophagy.2022

    • Author(s)
      Bergmann R, Gulotta G, Andreoni F, Sumitomo T, Kawabata S, Zinkernagel A.S, Chhatwal G.S, Nizet V, Rohde M, Uchiyama S.
    • Journal Title

      INFECTIOUS MICROBES & DISEASES

      Volume: 4 Issue: 3 Pages: 116-123

    • DOI

      10.1097/im9.0000000000000098

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Oral mitis group streptococci reduce infectivity of influenza A virus via acidification and H2O2?production.2022

    • Author(s)
      Okahashi N, Sumitomo T, Nakata M, Kuwata H, Kawabata S.
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 17 Issue: 11 Pages: e0276293-e0276293

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0276293

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Construction of human three-dimensional lung model using layer-by-layer method.2022

    • Author(s)
      Akamatsu Y, Akagi T, Sumitomo T, Takahara Y, Akiyama S, Kawabata S*, Akashi M.
    • Journal Title

      Tissue Engineering Part C methods.

      Volume: 29 Issue: 3 Pages: 95-102

    • DOI

      10.1089/ten.tec.2022.0184

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  • [Journal Article] Secondary streptococcal infection following influenza.2022

    • Author(s)
      Okahashi N, Sumitomo T, Nakata M, Kawabata S.
    • Journal Title

      Microbiol. Immunol.

      Volume: In press Issue: 6 Pages: 253-263

    • DOI

      10.1111/1348-0421.12965

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      2022 Research-status Report
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  • [Journal Article] Oral mitis group streptococci: A silent majority in our oral cavity.2022

    • Author(s)
      Okahashi N, Nakata M, Kuwata H, Kawabata S.
    • Journal Title

      MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY

      Volume: 66 Issue: 12 Pages: 539-551

    • DOI

      10.1111/1348-0421.13028

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  • [Journal Article] 肺炎球菌の種の壁を超える進化機構 ~肺炎球菌は口腔レンサ球菌の遺伝子を取り込んで耐性化する~.2022

    • Author(s)
      山口雅也,川端重忠.
    • Journal Title

      日本歯科医師会雑誌

      Volume: 75 Pages: 185-193

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      山口雅也.
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      Yamaguchi M, Kobayashi M, Kawanishi K, Ono M, Motooka D, Okuzaki D, Kawabata S.
    • Organizer
      FEMS2023
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      Yamaguchi M, Kobayashi M, Kawanishi K, Ono M, Motooka D, Okuzaki D, Kawabata S.
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      Higashi K, Yamaguchi M, Takebe K, Nakata M, Sumitomo T, Suzuki M, Nizet V, Kawabata S.
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      2023 Society for Glycobiology (SfG) Annual Meeting
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      大野誠之,山口雅也,元岡大祐,広瀬雄二郎,東孝太郎,秋山徹,住友倫子,池辺忠義,山口貴弘,河原隆二,奥野ルミ,大塚仁,松本裕子,賀澤優,川端重忠.
    • Organizer
      第53回レンサ球菌研究会
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      小林桃子,山口雅也,川西邦夫,元岡大祐,奥崎大介,川端重忠.
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      大野誠之,山口雅也,元岡大祐,広瀬雄二郎,東孝太郎,秋山徹,住友倫子,池辺忠義,山口貴弘,河原隆二,奥野ルミ,大塚仁,松本裕子,賀澤優,川端重忠.
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      山口雅也,小林桃子,川西邦夫,大野誠之,元岡大祐,奥崎大介,川端重忠.
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      山口雅也.
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    • Organizer
      第60回 日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] バイオインフォマティクス研究ユニットの使い方:どのように情報解析を研究に組み込むか2022

    • Author(s)
      山口 雅也
    • Organizer
      超実践的バイオインフォマティクスセミナー ~明日から研究に組み込める情報解析~
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 交互積層細胞コーティング法を用いた三次元肺組織モデルの構築と感染モデルへの応用2022

    • Author(s)
      赤松 由佳子, 住友倫子, 高原悠樹, 広瀬雄二郎, 山口雅也, 中田匡宣, 秋山茂久, 明石満, 川端重忠.
    • Organizer
      第75回 日本細菌学会関西支部総会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 病原レンサ球菌に対するデータ駆動型の病態解明2022

    • Author(s)
      山口 雅也
    • Organizer
      第5回グローカル感染症研究セミナー
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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