2019 Fiscal Year Research-status Report
light-dependent hemolytic agents isolated from red tide phytoplankton
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18K05823
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
小田 達也 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(水産), 特任教授 (60145307)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 赤潮 / プランクトン / 活性酸素 / 溶血毒素 / シャットネラ / ヘテロカプサ / カレニア / ポルフィリン誘導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
赤潮プランクトン、シャットネラは高レベルの活性酸素を常に産生する特性を有する。シャットネラとは別種の赤潮プランクトンで、魚介類に強い毒性を有する赤潮プランクトンとしてヘテロカプサ及びカレニアが知られている。これらの赤潮プランクトンは強い溶血作用を示すことを突き止めている。これらのプランクトン細胞表層に比較的高分子量の溶血毒素が局在していると推定されている。一方、ヘテロカプサ及びカレニアはいずれも物理的細胞破壊により細胞外に光依存性溶血因子を遊離する。ヘテロカプサの先行研究により、細胞外溶血因子はアルコール抽出しうるポルフィリン誘導体である事を明らかにした。さらにシャットネラ及びカレニアにもヘテロカプサと同様な光依存性溶血因子が存在することを見出した。ヘテロカプサ由来ポルフィリン誘導体は、ヘテロカプサ自身やシャットネラ及びカレニアに対しても致死作用を示すことを見出した。従って物理的細胞破壊により遊離したポルフィリン誘導体は赤潮防除因子として作用する可能性が示唆され、これらの成果は新たな赤潮防除法の手掛かりを提供する。ヘテロカプサ由来ポルフィリン誘導体は広く生物学的に大変興味深い物質であり、その生物活性のより多面的解析の必要性から、細菌やがん細胞に対する作用を検討した。本ポルフィリン誘導体は光により励起され、一重項酸素を発生し、抗菌作用を示す可能性を示唆する結果が得られた。活性酸素に対して細菌類は耐性を獲得しにくいことから、細菌感染治療でしばしば問題となる多剤耐性菌に対しても本ポルフィリン誘導体は有効性を発揮する可能性がある。さらに、本ポルフィリン誘導体はヒトがん細胞株HeLa細胞に対して光依存的細胞毒性を示す結果が得られた。今後、シャットネラ及びカレニア由来のポルフィリン誘導体に関する生物活性の多面的詳細解析が必要である。
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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
本研究では、通常の実験室で対応できる高感度でしかも簡便なマイクロバイオアッセイ法の確立とその有効性を検証してきた。活性酸素特異的発光蛍光プローブを用いたマイクロプレートでの活性酸素産生測定、溶血活性測定法、培養細胞による細胞毒性測定、動物プランクトンであるワムシに対する致死作用測定等のマイクロバイオアッセイ法を実施した。本年度の成果として、近年分離されたカレニア株はシャットネラとほぼ同程度の活性酸素産生能を有することを見出すことができた。今回の発見により渦鞭毛藻類であるカレニアも株によってはシャットネラと同程度に活性酸素産生能を有することが分かった。さらに、主要な赤潮原因プランクトンであるシャットネラ、ヘテロカプサ及びカレニアから細胞破壊により光依存性溶血因子が遊離することを見出した。先行研究により、ヘテロカプサの溶血因子はポルフィリン誘導体であること、細胞破壊により遊離した本溶血因子はヘテロカプサ自身のみならずシャットネラやカレニアにも作用することを見出した。従って、物理的細胞破壊は自身の毒性を消失させるのみならず、細胞外に遊離した溶血因子がさらに周辺の赤潮プランクトンの死滅をもたらすことが示唆された。一方、ヘテロカプサの光依存性溶血因子のブドウ球菌と大腸菌に対する抗菌作用の比較研究により、本溶血因子はブドウ球菌に対して強い抗菌作用を示すことが明らかとなった。その抗菌作用は光依存的であり、光に励起され一重項酸素が産生され、強い抗菌作用を示すことが分かった。大腸菌に対しては無効であった。細菌感染症において大きな問題となっているメチシリン耐性ブドウ球菌に対するヘテロカプサ由来ポルフィリン誘導体の有効性の有無は興味深い点であり、今後の課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
多くの赤潮プランクトンは強固な細胞壁を持たず、超音波や攪拌など物理的処理により比較的容易に細胞を破壊でき、それに伴い生物毒性も消失することがこれまでの多くの研究で明らかにされている。本研究により、ヘテロカプサ、シャットネラ及びカレニアは細胞破壊に伴い細胞外に光依存的溶血因子を放出すること、本因子は自身の細胞のみならず他の種類の赤潮プランクトンに対しても細胞死滅効果をもたらすことが見出された。従って、物理的細胞破壊は赤潮プランクトンの毒性を消失させるのみならず、破壊液をより積極的に防除に利用できる可能性を示唆する。現在導入されている赤潮防除法に比較して赤潮プランクトン破壊液の利用は、海域への負荷が少ない赤潮防除法といえる。ヘテロカプサのポルフィリン誘導体に関する最も興味深い成果は、光依存的抗菌作用に関する知見である。今後はがん細胞に対する作用についても詳細に検討していく予定である。今後は以下の３項目を中心に研究を進めていく計画である。①シャットネラ及びカレニアにおいても、ヘテロカプサのポルフィリン誘導体の先行研究で確立したプランクトン大量培養技術で原料を確保した後、回収した細胞からのメタノール抽出、Sephadex HL20、TLC、HPLCによりポルフィリン誘導体の精製を実施する。②得られた活性物質の構造解析を種々の機器分析により実施し、構造を明らかにする。③生物活性に関しては細菌及びがん細胞に対する作用を中心に解析を進める計画である。抗菌作用に関しては引き続きグラム陽性菌及びグラム陰性菌に対する作用の比較を実施し、作用の特異性について詳細について検討する。がん細胞に対する作用に関しては、複数の細胞株での比較検討と共に、アポトーシス誘導能の有無を視野にいれつつ、細胞毒性機構解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
物品費として使用を計画していたが、少額であったことから、研究に役立てることをできる物品を見出せなかったため、次年度に使用することとした。
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