腸内微生物社会は如何にして形成されるのか

• Project Area: "Matryoshka"-type evolution of eukaryotes
• Project/Area Number: 24117524
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 福田 真嗣 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科, 特任准教授 (80435677)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2013: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2012: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: 腸内細菌 / ビフィズス菌 / 大腸菌 / 腸内エコシステム / 統合オミクス / メタボローム / 数理モデル / 相互作用 / 腸内環境 / オミクス / 微生物社会

Research Abstract

海洋や土壌など、地球上のあらゆる環境中には多種多様な微生物共生社会が形成されており、環境生態系を維持している。われわれヒトを含む哺乳類全般も例外ではなく、その腸管内には1,000種類以上で100兆個にもおよぶ細菌群が高密度に生息している。この腸管内で構築されている微生物社会はヒトの健康維持・増進に有用であることが知られているが、微生物社会のバランスが崩れると大腸癌や炎症性腸疾患、アレルギーなどの疾患が誘発されることも報告されている。それ故、腸内微生物社会はわれわれの健康と密接に関わっているといえるが、個々の腸内細菌がどのように振る舞うことで腸管内における複雑な共生微生物社会を形成するのか、すなわち腸内微生物社会形成機構の分子基盤は不明であった。われわれはこれまでに腸内細菌と宿主との相互作用を明らかにするための解析技術として、次世代シーケンサ―を用いたマイクロバイオーム解析や、NMRを用いたメタボローム解析など、種々のオミクス解析により得られた情報を統計科学的に集約する統合オミクス解析手法を考案した。本年度は、微生物社会形成機構の始まりを理解することを目的に、微生物社会の初期状態を構築する腸内細菌である大腸菌とビフィズス菌の2菌種をモデルとして選択し、宿主として無菌マウスにそれぞれ大腸菌またはビフィズス菌を単独定着させたノトバイオートマウス、および両者を定着させたノトバイオートマウスを作製した。これらのマウスの糞便を経時的に採取し、腸内細菌叢情報や代謝物情報を統合オミクスにより集約することで、腸内ミニマム生態系とも言える宿主－大腸菌－ビフィズス菌間の3者間ネットワークに基づく腸内微生物社会形成過程を表現する数理モデルを構築した。本モデルの解析から、腸内微生物社会の形成には微生物側の因子だけでなく、宿主側の因子も重要であることが示唆された。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Commensal microbe-derived butyrate induces colonic regulatory T cells (2013)
  • Author(s): Yukihiro Furusawa, Yuuki Obata, Shinji Fukuda, Takaho A. Endo, Gaku Nakato, Daisuke Takahashi, Yumiko Nakanishi, Chikako Uetake, Keiko Kato, Tamotsu Kato, Masumi Takahashi, Noriko N. Fukuda, Shinnosuke Murakami, Eiji Miyauchi, Shingo Hino, Koji Atarashi, Satoshi Onawa, Yumiko Fujimura, Trevor Lockett, Julie M. Clarke, David L. Topping, Masaru Tomita, Shohei Hori, Osamu Ohara, Tatsuya Morita, Haruhiko Koseki, J un Kikuchi, Kenya Honda, Koji Hase and Hiroshi Ohno
  • Journal Title: Nature Volume: 506 Issue: 7480 Pages: 446-450
  • DOI: 10.1038/nature12721
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] AP-1B-Mediated Protein Sorting Regulates Polarity and Proliferation of Intestinal Epithelial Cells in Mice (2013)
  • Author(s): Koji Hase, Fubito Nakatsu, Masumi Ohmae, Kahushi Sugihara, Noriko Shioda, Daisuke Takahashi, Yuuki Obata, Yukihiro Furusawa, Yumiko Fujimura, Taisuke Yamashita, Shinji Fukuda, Hiroshi Okamoto, Masahide Asano, Shigenobu Yonemura and Hiroshi Ohno.
  • Journal Title: Gastroenterology Volume: 145 Issue: 3 Pages: 625-635
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2013.05.013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 腸エコシステムと代謝疾患 (2013)
  • Author(s): 福田真嗣、大野博司
  • Journal Title: 内分泌・糖尿病・代謝疾患 Volume: 38 Pages: 92-99
  • NAID: 40019957815
• [Journal Article] Robustness of gut microbiota of healthy adults in response to probiotic intervention revealed by high-throughput pyrosequencing. (2013)
  • Author(s): Kim, SW.
  • Journal Title: DNA Research Volume: 20(in press) Issue: 3 Pages: 241-253
  • DOI: 10.1093/dnares/dst006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microbiota-derived lactate accelerates colon epithelial cell turnover in starvation-refed mice (2013)
  • Author(s): Okada T
  • Journal Title: Nat. Commun Volume: 4巻 Issue: 1 Pages: 1654-1654
  • DOI: 10.1038/ncomms2668
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermophile-fermented compost as a possible scavenging feed additive to prevent peroxidation. (2013)
  • Author(s): Miyamoto, H.
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 115(in press) Issue: 2 Pages: 203-208
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.01.024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of novel genes selectively expressed in the follicle-associated epithelium from the meta-analysis of transcriptomics data from multiple mouse cell and tissue populations. (2012)
  • Author(s): Kobayashi A, Donaldson DS, Kanaya T, Fukuda S, Baillie JK, Freeman TC, Ohno H, Williams IR, Mabbott NA.
  • Journal Title: DNA Res. Volume: 19(5) Issue: 5 Pages: 407-22
  • DOI: 10.1093/dnares/dss022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acetate-producing bifidobacteria protect the host from enteropathogenic infection via carbohydrate transporters. (2012)
  • Author(s): Fukuda, S.
  • Journal Title: Gut Microbes Volume: 3 Issue: 5 Pages: 449-454
  • DOI: 10.4161/gmic.21214
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Ets transcription factor Spi-B is essential for the differentiation of intestinal microfold cells (2012)
  • Author(s): Kanaya, T., Hase, K., Takahashi, D., Fukuda, S., Hoshino, K., Sasaki, I., Hemmi, H., Knoop, K. A., Kumar, N., Sato, M., Katsuno, T., Yokosuka, O., Toyooka, K., Nakai, K., Sakamoto, A., Kitahara, Y., Jinnohara, T., McSorley, S. J., Kaisho, T., Williams, I. R., and Ohno, H.
  • Journal Title: Nat Immunol Volume: 13 Issue: 8 Pages: 729-736
  • DOI: 10.1038/ni.2352
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exposure to probiotic Lactobacillus acidophilus L-92 modulates gene expression profiles of epithelial Caco-2 cells. (2012)
  • Author(s): Yanagihara, S.
  • Journal Title: Journal of Medicinal Food Volume: 15 Issue: 6 Pages: 511-519
  • DOI: 10.1089/jmf.2012.0040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 統合オミクスによる腸エコシステムの理解 (2012)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 30 Pages: 3255-3260
• [Presentation] 統合オミクスによる腸内エコシステムの理解 (2013)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第29回日本微生物生態学会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Invited
• [Presentation] Comprehensive understanding of gut ecosystem via multiple omics approach (2013)
  • Author(s): Fukuda, S.
  • Organizer: International Conference of Matryoshka-type Evolution of Eukaryotic Cells
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Invited
• [Presentation] マルチオミクスによる腸内共生システムの理解 (2012)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2012-12-11
  • Invited
• [Presentation] Multiple omics approach identified acetate produced by probiotic bifidobacteria to protect host from enteropathogenic infection. (2012)
  • Author(s): Fukuda, S.
  • Organizer: International Conference and Exhibition of Probiotics
  • Place of Presentation: San Antonio, USA
  • Year and Date: 2012-11-19
  • Invited
• [Presentation] 腸内エコシステムの理解に向けたマルチオーミクス解析技術の構築 (2012)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Organizer: 第16回腸内細菌学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2012-06-14
  • Invited
• [Presentation] Understanding the gut ecosystem via multiple omics approach. (2012)
  • Author(s): Fukuda, S.
  • Organizer: The International Scientific Conference on Probiotics and Prebiotics 2012
  • Place of Presentation: Kosice, Slovakia
  • Year and Date: 2012-06-12
  • Invited
• [Book] 微生物機能学 (2012)
  • Author(s): 福田真嗣
  • Publisher: 三共出版