| Project/Area Number |
23K24376
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| Project/Area Number (Other) |
22H03117 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 54030:Infectious disease medicine-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
金井 祐太 大阪大学, 微生物病研究所, 准教授 (80506501)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | ロタウイルス / 下痢症 / 腸管 / 腸内細菌 / メタボローム / 腸管ウイルス / 腸内環境 / 腸管上皮細胞 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、腸管ウイルスの感染成立に必要な腸内環境（食事・腸内細菌・代謝物・pH・水分量・腸管上皮細胞の遺伝子発現を含む）の明確化と腸内環境の改変による腸管ウイルス制御法の構築を目的とする。様々な腸管ウイルス（ロタウイルス、コロナウイルス、ノロウイルス、エンテロウイルス等）のマウス感染モデルを用い、抗生物質投与や特殊配合飼料の投与により人為的に腸内環境を変化させることでウイルス感染性の変化との関連を明らかにする。また腸内環境の指標として、腸内細菌叢、代謝物質構成および腸管上皮細胞の遺伝子発現変化を測定し、腸管ウイルス感染に関連する因子の特定を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
腸管腔内には1000種超の腸内細菌が生息しており、宿主の消化酵素によって分解された食事成分は腸内細菌により二次代謝物（胆汁酸、短鎖脂肪酸、トリプトファン代謝物等）となり腸管上皮細胞により吸収される。腸内細菌やその代謝物は生体の恒常性維持に重要な機能を果たしており、生体の一部であると考えることもできる。下部消化管に感染する腸管ウイルス（ロタウイルス、カリシウイルス等）は、このように腸内細菌叢や細菌代謝物とともに形成される腸内環境を好適環境として適応進化してきたと考えられる。本研究課題では、腸管ウイルスであるロタウイルスの感染感受性に影響を与える腸内環境因子を明らかにするため、抗生物質や食事など外部因子により積極的に腸内環境を改変したマウスを用いて、変動する腸内環境とロタウイルス感染との関連を調べた。
これまでに様々な作用機序を示す抗生物質の投与により人工的に腸内細菌叢を改変したマウスにロタウイルス感染を行い、特定の抗生物質や特殊配合飼料を投与することでマウス腸管内でのロタウイルス感染が抑制されることを見出した。ロタウイルス感染抑制効果を示したペニシリン投与マウス腸管内で、腸内細菌の構成、代謝物質組成および腸管上皮細胞の遺伝子発現が大きく変化していることを見出した。培養細胞を用いて、発現が変化した個々の遺伝子について過剰発現もしくはノックダウン、ノックアウトを行い、ロタウイルス感染に影響がある遺伝子の同定を試みた。またロタウイルス感染に影響のある腸内細菌種の特定の為、マウスの腸内細菌の標準種12株の培養を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
腸内環境の変動とウイルス感染の関連を調べるために、作用機序の異なる抗生物質（ベータラクタム系、アミノグリコシド系、テトラサイクリン、マクロライド系、サルファ剤、ニューキノロン）を近交系マウス（Balb/c、3週齢、オス）に2週間経口投与し、ロタウイルスを経口感染したところ、ペニシリン（ベータラクタム系）投与マウスにおいて顕著なロタウイルス感染抑制が認められた。ペニシリンを経口投与したマウスの腸内細菌叢を解析し、増加もしくは減少している細菌種を特定した。またペニシリン投与マウスの腸管内メタボローム解析を行ったところ、多くの代謝物質の組成が顕著に変化していることを明らかにした。次に抗生物質を用いない腸内環境の改変法として様々な飼料でマウスを飼育したところ、精製物由来の飼料で飼育することでロタウイルス感染が顕著に抑制されることを明らかにした。またペニシリン投与マウスでは腸管上皮細胞の遺伝子発現が大きく変化していることが明らかとなった。そこで発現量に変化が認められた遺伝子をそれぞれ培養細胞に過剰発現もしくはノックダウン・ノックアウトしたところ、ロタウイルス感染を抑制する遺伝子発現変化を特定した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、マウス腸管内における特定の腸内細菌の増加もしくは減少することで、腸管内の代謝物構成ならびにロタウイルス感染標的である腸管上皮細胞の遺伝子発現が変化していることが明らかとなった。現在、培養細胞を用いてロタウイルス感染に関連のある宿主遺伝子の特定を進めており、今後は遺伝子改変マウスを用いた検証実験を行う。また抗生物質の種類によりロタウイルス感染への影響が大きく異なっていたため、特定の腸内細菌の増減が関与していることが示唆された。そこでマウスの腸内細菌の代表12種であるOMM12を入手し、現在培養を行っている。今後はOMM12を同時もしくは様々な組み合わせにより無菌マウスに投与し、ロタウイルス感染と関連のある細菌種の特定を行う。さらにロタウイルス感染抑制のウイルス学的解析のため、ロタウイルスとマウス腸管内容物を混合し抗生物質を投与することによる腸管内容物とロタウイルス粒子の直接の影響を調べる。さらに同様の実験を他の腸管感染性ウイルス（レオウイルス、エンテロウイルス、ノロウイルス等）を用いて行い、腸内細菌とウイルス感染における特異性について検討を行う。
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