Modulation of social behavior mediated by gut microbiota

• Project/Area Number: 23K24208
• Project/Area Number (Other): 22H02947 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 51020:Cognitive and brain science-related
• Research Institution: Niigata University of Health and Welfare (2023-2024); Institute of Physical and Chemical Research (2022)
• Principal Investigator: 山崎 由美子 新潟医療福祉大学, 心理・福祉学部, 教授 (20399447)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000); Fiscal Year 2026: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2025: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2022: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
• Keywords: 社会行動 / マーモセット / 腸内細菌叢 / 利他行動 / 脳腸相関

Outline of Research at the Start

ヒトは他者に関心を寄せ、他者感情に共感し、他者を助ける。社会機能障害が乳酸菌の経口摂取によって改善したという報告があるが、マウスを対象としておりヒトでの効果は未知である。本研究は特徴的な社会行動をヒトと共有する霊長類マーモセットを対象とし、乳酸菌などの生理活性物質が腸内細菌叢、各種社会行動、生理的指標、代謝物に与える影響を評価する。特に、社会行動を(1)他者に対する選好、(2) 情動理解、(3)利他行動傾向の3つに分類し、対照として作業記憶課題を行うことによって、摂取物質の特定の機能に対する影響を解明する。社会認知機能障害に対する非侵襲的で副作用の少ない新しい治療法の開発が期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は霊長類における社会機能と腸内細菌叢との関係を解明するため、社会行動をヒトと共有するマーモセットを対象とし、生理活性物質が腸内細菌叢、各種社会行動、生理的指標、代謝物に与える影響を評価することを目的とする。本年度は昨年度に引き続き、基盤データの取得と、行動評価課題群および装置の開発を行った。
基盤データの取得としては、ベースラインとなる飼育コロニーにおける腸内細菌叢を継続して解析した。糞便の16S rRNAシークエンスを行い、分類階級ごとの細菌の存在比率を算出した結果、Actniobacteriaが最も優勢であり、続いてFirmicute、Bacteroidetesという構成であった。特定の分類群の多寡により何らかの特性が抽出されるかどうか解析を行ったところ、Mycoplasmatota門が高くBlautia属が低いという特徴が、慢性的肝胆膵疾患の個体に共通して見られた。Blautia属は炎症抑制作用に関わるとされており、十二指腸付近での炎症との関係を示す結果と解釈できた。個体ごとに大腿静脈から採血を行い、血液生化学データでは、原因不明の体調不良とALPの一過性の急激な増加が関連していることが観察された。血球データを解析したところ、ヘモグロビン値の漸次的低下を示す個体が見られたが、原因を探索中である。
行動評価課題群及び装置の開発として、社会行動の参照となる認知機能を評価するための作業記憶課題を飼育室内で実施した。馴化を容易にさせるため、飼育室内において実験を行った。4つの餌場に1つずつ餌が隠され、１つ餌を取るごとにカバーで隠された。未回収の場所を憶え、更新する能力、すなわち作業記憶能力が必要とされた。マーモセットはこの課題を迅速に習得し、比較的得られる餌が多いものの、連続して4試行を、モチベーションを維持しながら行うことができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度後半に、マーモセットコロニーを神戸から新潟まで移動させた。それに伴い、比較的高齢の個体に体調不良が生じ、安定化させるのに3か月以上を要した。体調不良でなくても、新しい環境に対し体調が不安定となる個体が見られた。この間、付加的なストレスを与えないよう、行動実験は控え、基盤データの取得に努め、コロニー全体の体調の安定化に努めた。その結果、環境整備が完成し、動物の体調も高いレベルで安定化させるところまで持ってこられた。腸内細菌叢解析では、これまでに構築した解析プログラムを利用するなどして、進めることができた。

Strategy for Future Research Activity

申請者の所属機関が変わったことにより、マーモセットコロニーの管理体制が大幅に変わった。飼育・実験施設などの物理的変化に加え、管理する人員の変更と削減があった。現在の体制では実験に割ける時間と人員が非常に限られているため、今後は一時的に実験遂行のできる人材を一時的に雇用したり、解析のアウトソーシングを進めたりしながら、効率的に研究を進める体制を改めて構築しなおす必要がある。

Research Products

• [Journal Article] Gastric emphysema and pneumatosis intestinalis in two common marmosets with duodenal dilation syndrome (2024)
  • Author(s): Kawarai Shinpei、Sakai Yasuhiro、Iriki Atsushi、Yamazaki Yumiko
  • Journal Title: Research Square Volume: NA
  • DOI: 10.21203/rs.3.rs-3874882/v1
  • Open Access
• [Journal Article] Effects of enhanced insect feeding on the faecal microbiota and transcriptome of a family of captive common marmosets (Callithrix jacchus). (2022)
  • Author(s): Yamazaki, Y., Moriya, S., Kawarai, S., Morita, H., Kikusui, T., Iriki, A.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 17 Issue: 12 Pages: e0279380-e0279380
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0279380
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 環境改変との相互作用による人類の認知能力の漸次的・急進的進化 ―刺激等価性の確立による脳神経機序の相転移―. (2022)
  • Author(s): 入來篤史・山﨑由美子
  • Journal Title: 心理学評論 Volume: 65 Pages: 104-113
• [Journal Article] Multisensory integration and belief in the self. (2022)
  • Author(s): Bretas, R., Tia, B., Yamazaki, Y., & Iriki, A.
  • Journal Title: Frontiers in Psychology Volume: 13 Pages: 6642-6642
  • DOI: 10.3389/fpsyg.2022.983592
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Seasonal and geographical differences in the ruminal microbial and chloroplast composition of sika deer (Cervus nippon) in Japan (2022)
  • Author(s): Kawarai Shinpei、Taira Kensuke、Shimono Ayako、Takeshita Tsuyoshi、Takeda Shiro、Mizunoya Wataru、Yamazaki Yumiko、Moriya Shigeharu、Minami Masato
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 6356-6356
  • DOI: 10.1038/s41598-022-09855-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マーモセットの生態に沿った食餌導入と健康管理の取り組み (2024)
  • Author(s): 山﨑由美子
  • Organizer: ジビエペットフード需要拡大に向けたシンポジウム-鹿肉&昆虫ペットフードの可能性-
  • Invited
• [Presentation] 短期間の昆虫食強化による飼育下マーモセットの腸内細菌叢と転写産物の変化 (2024)
  • Author(s): 山﨑 由美子・守屋 繁春・川原井 晋平・森田 英利・菊水 健史・入來 篤史
  • Organizer: 第13回日本マーモセット研究会
• [Presentation] 腸内細菌叢解析に基づく新たなマーモセット健康管理方法の開発 (2024)
  • Author(s): 小林 敦・池田 和仁・中山 達雄・岩村 善博・山﨑 由美子・入来 篤史
  • Organizer: 第13回日本マーモセット研究会
• [Presentation] マーモセットの糞便移植による健康管理 (2023)
  • Author(s): 小林敦・池田和仁・中山達雄・岩村善博・山﨑由美子・入來篤史
  • Organizer: 第12回日本マーモセット研究会
• [Presentation] Cognitive abilities and gut microbiome in marmosets (2022)
  • Author(s): Yamazaki, Y.
  • Organizer: The IX Conference and XIV Symposium of Psychobiology of UFRN
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Visual reinforcement by conspecifics varies individually according to their social interests in common marmosets (2022)
  • Author(s): Yamazaki, Y., Bretas, R., and Iriki, A.
  • Organizer: Neuroscience2022
  • Int'l Joint Research
• [Book] 認知科学講座2 心と脳 (2022)
  • Author(s): 川合 伸幸
  • Total Pages: 264
  • Publisher: 東京大学出版会
  • ISBN: 9784130152020