2020 Fiscal Year Research-status Report
嫌気性菌Bifidobacterium属細菌のO2感受性メカニズムの解明
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19K07564
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture |
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Principal Investigator |
川崎 信治 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (50339090)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 嫌気性菌 / ビフィズス菌 / クロストリジウム菌 / 乳酸菌 / 活性酸素 / O2感受性 / H2O2感受性 / 酸素感受性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は嫌気性菌のO2感受性機構の解明を目的として、偏性嫌気性菌のクロストリジウム菌やビフィズス菌を用いて研究を行っている。ビフィズス菌は乳児腸 内菌叢の優占種であり、高いプロバイオティクス効果を持つ。健康や医療分野での利用が期待されるが、高いO2感受性をもつが故に産業利用が困難である。これまでに高いプロバイオティクス活性を持つ乳児由来のビフィズス菌:Bifidobacterium infantisが低濃度のO2下で生育が著しく阻害されることを見いだし、本菌株からO2感受性の原因となる活性酸素H2O2を生成する酵素の同定に成功した。また本酵素をコードする遺伝子をO2耐性株のB. minimumに導入したところ、O2感受性が付与された。本結果から、1つの酵素反応がビフィズス菌のO2感受性を左右する可能性を推定し、現在研究を進めている。 初年度と２年目の研究では、O2に高い感受性を示すビフィズス菌のO2感受性に関与する原因酵素の同定を目的として研究を行った。申請者は前述の乳児主要腸内菌のO2高感受性 株:B. infantisを用いてきたが、初年度は、主に成人腸内に生息するB. adolescentisが高いO2感受性を示すことを見いだした。B. adolescentisのO2に対する生育挙動、H2O2生成酵素の諸性質解明を行い、比較的順調に研究結果が得られている。２年目はB. adlescentisのH2O2生成酵素のタンパク科学的諸性質の解析を行い、本酵素がO2に対して高い親和性を持つこと、B. infantisと同様の機構にてH2O2生産に関与する原因酵素の可能性があることを解析した。現在は引き続き、その完全解明を目指して研究を進めると共に、遺伝子欠損変異株の取得を目指している。
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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
初年度は、O2に高い感受性を示すビフィズス菌のO2感受性に関与する原因酵素の同定を目的として研究を行った。申請者はB. infantisについて得られた研究成果を基に、初年度はB. adolescentisを用いて、B. infantis にて得られた知見の共通性と多様性に関する調査を行った。その結果、B. adolescentisのH2O2生成酵素の存在を同定し、本酵素のタンパク科学的諸性質の解析を行った。結果についてはまだ未発表のため詳細は記載できないが、２年目に本酵素のO2に対する親和性から生体内でH2O2生成酵素として機能しうることが判明した。また他にもO2に高い感受性を示すビフィズス菌を、自然界由来のサンプル（サンプル名は未発表のため差し控える）から単離・同定に成功し、これらが示すO2感受性がB. infantisやB. adlescentisと同様の酵素反応に起因する可能性を推定し、解析を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はまずB. adolescentisのH2O2生産酵素について、タンパク科学的諸性質の再現性の取得を行い、遺伝子欠損株の作製とその諸性質の解析を完了し、学会や国際誌への発表を目指す方針である。また 申請者らが同定したB. infantisのH2O2生成型NADPH oxidase(NPOX)のオルソログ(相同性タンパク質)に着目する。本酵素をコードする遺伝子はゲノム解読済みのビフィズス菌株の全てに保存されている。O2耐性株のB.minimumや微好気性株のB.boumでは、O2培養下でH2O2 生成が検出されないことから、O2耐性株が保持するNPOXオルソログはO2との反応性が弱い、もしくはO2により遺伝子発現が誘導されない可能性が推定される。またO2耐性株は優れたH2O2分解酵素活性を保持する可能性も推定される。そこでH2O2生成酵素とH2O2分解酵素の機能性の違いを感受性株、耐性株の両菌株間で比較解析することにより、ビフィズス菌のO2感受性メカニズムを解明する。３年目は、遺伝子欠損変異株の作製を試みる。本研究が成功すれば酵素の機能性とO2感受性への関与の完全解明が可能になる。またH2O2分解酵素の機能性を抑えるファクターの同定を現在進めており、本研究が成功すれば、ビフィズス菌のO2感受性を１つの原因酵素の抑制により実現できる可能性があり、最終年度の研究目標として研究を試みる方針である。最終的に研究成果を統合して、O2に高い感受性を示すが故に産業上で未利用の有用菌種の育種開発に貢献することを目標とする。
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| Causes of Carryover |
研究計画は比較的順調に進んでいるが、今年度は新型コロナウイルスの影響で研究開始時期が遅れたため、使用予定額を使うことができなかった。次年度は研究目的を達成するために、遺伝子操作技術に長けた短期研究員を雇用するなど、臨機応変に対応したい。
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