2020 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of probiotic modes of action in aquaculture from the viewpoint of metabolism
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19K06191
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
田岡 洋介 宮崎大学, 農学部, 准教授 (40437942)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | プロバイオティクス / 物質代謝 / 養殖 / 腸内フローラ / 遺伝子発現 / ヤマメ / カンパチ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らが見出した新規プロバイオティクス乳酸菌Lactococcus lactis K-C2株について、本年度は宮崎県五ヶ瀬町で養殖されているヤマメを対象にその有効性を評価した。まずK-C2株が養魚用配合飼料由来の物質代謝に与える作用機序について検討するために、in vitro（試験管）試験を実施した。K-C2株を含有する配合飼料を調整し、魚類の消化液をシミュレートした人工胃腸液を添加した。定期的に試料溶液を回収し、培養液中の遊離アミノ酸を含む代謝物のメタボローム解析を行った。その結果、K-C2株を添加した飼料では未添加区と比較して、必須アミノ酸を含む総遊離アミノ酸含量が有意に増加することが分かった。メタボローム解析並びに階層的クラスタリング解析により、K-C2株の配合飼料の添加が、人工胃腸液中の代謝物のプロファイルを大きく変化させることが明らかとなった。特にアルギニンデイミナーゼ経路を介したシトルリンやオルニチンの増強が確認され、低級脂肪酸の一種であるオクタン酸や神経伝達物質として知られるドーパ、ドーパミンなどが著しく増加することが明らかとなった。
このようなK-C株の代謝活動がヤマメに与える影響を評価するために、K-C2株の死菌体もしくは生菌体を含む飼料を用いて、一か月間給餌試験を実施した。飼育後のヤマメの体重を測定したところ、K-C2株無添加区及び生菌体添加区と比較して、死菌体添加区に於いて有意に成長が促進していた。先行研究として実施したカンパチへの給餌試験では、生菌体K-C2株の経口投与により、カンパチの成長が有意に促進されることが明らかとなっている。このことから、K-C2株の代謝産物に対する宿主生物の栄養要求性の差異が成長に影響していることが示唆された。
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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
2019年度はK-C2株が配合飼料に及ぼす影響を、タンパク質分解の観点から評価してきた。2020年度はメタボローム解析を導入することで、in vitro試験に於いて、K-C2株の代謝が配合飼料成分に及ぼす影響を網羅的に解析することができた。更にK-C2株の代謝活動が宿主生物へ与える影響を行うために、生菌体及び死菌体K-C2株を含む飼料を調整し、ヤマメへの給餌試験を実施した。本飼育試験により、無添加（コントロール）区と生菌体添加区と比較して、死菌体添加区に於いてヤマメの成長が有意に促進されることが明らかとなった。我々の先行研究に於いて、生菌体の経口投与は、腸内でのタウリン含量を増強することで、カンパチの成長を有意に促進することが明らかとなっているが、ヤマメに於いては異なる結果が得られた。このことは宿主生物の栄養要求性の相違に基づくことが推測され、プロバイオティクスの作用機序が宿主生物に於いて大きく異なることが示唆された。現在、飼育試験で得られた試料について解析を行っており、腸内細菌フローラへの影響並びに成長関連遺伝子の発現プロファイルに関するデータを取得予定である。
当初の試験計画では、カンパチを用いた評価を行う予定であったが、ヤマメを用いた試験に変更した。この理由としては、タウリン要求性が低いヤマメを用いることで、タウリンを軸にした宿主生物への影響について比較評価を効率的に行うことが出来ると判断したためである。
以上のことから、本年度の研究成果、特に配合飼料由来代謝物のメタボローム解析より、当初の研究計画に加えて多くの知見が得られた。一方、対象魚をヤマメに変更したことから、カンパチを用いた試験については2021年度に実施するよう試験計画を変更した。このような状況から、進捗状況は「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度ではヤマメに対するK-C2株生菌体の経口投与試験を行うことで、K-C2株によるプロバイオティクス作用機序が、宿主生物によって大きく異なることが示唆された。今後本飼育試験で得られた腸試料について、代謝産物のプロファイリング並びに腸内細菌フローラの解析を行い、先行研究で得られたカンパチへの経口投与試験と比較することで、K-C2株の代謝ダイナミズムが宿主生物へ与える影響を検討する。加えて、新型コロナウイルスの影響もあり、カンパチを用いた評価試験は2021年度実施へと変更した。2020年度のヤマメの試験と同様に生菌体、死菌体の経口投与試験を行い、K-C2株の代謝活動の影響を両魚種間で比較評価することで、宿主生物の栄養要求性、生理的特性も加味した考察を展開する予定である。
L. lactis K-C2株はメチオニンなど含硫アミノ酸を基質するタウリン合成能力があることが分かっている。カンパチは飼料にタウリンを要求し、ヤマメは要求性が低い。2021年度では両魚種のタウリン合成能と要求性、並びにK-C2株のタウリン産生能を考慮した評価を行い、タウリンを軸とした評価系を構築する。更に、生菌体及び死菌体の経口投与試験を行うことで、生菌体K-C2株の代謝能もしくは死菌体K-C2株の細胞成分が宿主生物に与える影響を抽出したい。
生菌体については、腸内細菌フローラの解析とメタボローム解析を行うことで、K-C2株の代謝物が直接宿主生物に影響を与えているのか、もしくはK-C2株の投与による腸内フローラの改変が、間接的に腸内での物質代謝を改変し、宿主生物に影響を与えているかについて、より掘り下げた考察を行いたい。
以上の研究を実施することで、K-C2株がカンパチ並びにヤマメに与えるプロバイオティック効果の作用メカニズムを包括的に体系化する。
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Research Products
(1 results)
