2016 Fiscal Year Annual Research Report
ビフィズス因子としての母乳オリゴ糖～ビフィズスフローラ形成の謎の解明と応用展開～
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15H04481
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
片山 高嶺 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (70346104)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日高 將文 東北大学, 農学研究科, 助教 (00584848)
栗原 新 石川県立大学, 生物資源環境学部, 寄附講座准教授 (20630966)
廣瀬 潤子 滋賀県立大学, 人間文化学部, 准教授 (40381917)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ビフィズス菌 / 母乳オリゴ糖 / 共生 / 共進化 / 酵素解析 / 酵素合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、（１）「母乳栄養児の腸管では何故ビフィズス菌優勢な腸内細菌叢(ビフィズスフローラ)が形成されるのか」という100年来の謎を母乳オリゴ糖とその分解酵素から解明すること、および、（２）酵素機能を改変して母乳オリゴ糖の精密酵素合成法を開発することを目的として行っている。平成２８年度の実績内容は以下の通りである。
・テーマ（１）について
Bifidobacterium longum由来のラクト-N-ビオシダーゼ(LnbX)のin vivoでの生理機能を解明するために、乳児糞便由来DNAの解析を行った。また、LnbXのX線結晶構造解析を行った。その結果、ビフィズス菌およびlnbX遺伝子の占有率が完全母乳栄養児の糞便において混合乳栄養児の糞便よりも有為に高いこと、また両者の間に高い相関が見られることが明らかとなった。この相関は混合乳栄養児では全く見られなかった。このことは、母乳栄養児におけるビフィズスフローラの形成にlnbXが関与していることを示唆している。構造解析の結果、本酵素は通常多糖の分解酵素において見られるβ-ヘリックス構造をとっていることが明らかとなった。また、反応産物との複合体構造を解析することで活性中心における各アミノ酸残基の役割を明らかとした。
・テーマ（２）について
Bifidobacterium bifidum由来の1,2-α-フコシダーゼの改変酵素を50種以上作製し、β-フッ化フコースおよびラクトースから2'-フコシルラクトースを合成可能な変異体をスクリーニングした。その結果、収率80%以上で合成可能な変異体の取得に成功した。本酵素はN-グリカンやO-グリカンの非還元末端側のみならず、植物由来のキシログルカンに存在するガラクトース残基にも作用してH抗原を導入することが出来た。すなわち、Fucα(1,2)Gal構造の高効率・高精度合成に成功した。
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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
乳児由来の糞便解析を行うことで、ビフィズス菌の母乳オリゴ糖分解酵素の生理機能を解析することが可能となった。また、母乳オリゴ糖の主成分である2'-フコシルラクトースの合成法を開発することが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
ビフィズス菌の母乳オリゴ糖分解酵素遺伝子の破壊株を作製し、マウスに母乳オリゴ糖と共に投与することで母乳オリゴ糖のビフィズス因子としての機能をin vivoで証明することが必要である。
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[Journal Article] Molecular insight into evolution of symbiosis between breast-fed infants and a member of the human gut microbiome Bifidobacterium longum2017
Author(s)
Yamada C, Gotoh A, Sakanaka M, Hattie M, Stubbs KA, Katayama-Ikegami A, Hirose J, Kurihara S, Arakawa T, Kitaoka M, Okuda S, Katayama T, and Fushinobu S.
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Journal Title
Cell Chemical Biology
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Application study of 1,2-α-L-fucosynthase: Introduction of Fucα1-2Gal disaccharide structures on N-glycan, ganglioside, and xyloglucan oligosaccharide2016
Author(s)
Sugiyama Y, Katoh T, Honda Y, Gotoh A, Ashida H, Kurihara S, Yamamoto K, and Katayama T.
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Journal Title
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
Volume: 81
Pages: 283-291
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Introduction of H-antigens into oligosaccharides and sugar chains of glycoproteins using highly efficient 1,2-α-L-fucosynthase2016
Author(s)
Sugiyama Y, Gotoh A, Katoh T, Honda Y, Yoshida E, Kurihara S, Ashida H, Kumagai H, Yamamoto K, Kitaoka M, and Katayama T.
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Journal Title
Glycobiology
Volume: 26
Pages: 1235-1247
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Physiological characterization of 2’-fucosyllactose transport systems from Bifidobacterium longum subsp. infantis2016
Author(s)
Sakanaka, M., Yachi, H., Kurihara, S., Fukiya, S., Yokota, A., Katayama, T.
Organizer
Probio-Bifido 2016
Place of Presentation
Cork, Ireland
Year and Date
2016-09-25 – 2016-09-26
Int'l Joint Research
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