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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Enzymatic insight into the microbiota formation in infant guts

Research Project

Project/Area Number 21H02116
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

片山 高嶺  京都大学, 生命科学研究科, 教授 (70346104)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 伏信 進矢  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (00302589)
奥田 修二郎  新潟大学, 医歯学系, 教授 (00512310)
北岡 本光  新潟大学, 自然科学系, 教授 (60353984)
杉山 友太  群馬大学, 食健康科学教育研究センター, 助教 (80908749)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords共生 / ビフィズス菌 / 母乳オリゴ糖 / ムチン糖鎖
Outline of Annual Research Achievements

腸内細菌およびその代謝物が宿主の健康に大きく関与することが知られている一方で、腸内細菌叢の形成機構については未解明な点が多く残されている。本課題では、乳児期の菌叢形成過程に特に着目し、そのメカニズムを細菌代謝機能の観点および生態学的観点から解明することを目的とした。また本研究の過程で、これまでに知られていなかった新しい糖質分解酵素を発見したため、その酵素機能解析や生体内における機能解析を行った。
1)乳児期における菌叢形成:母乳栄養児の腸管におけるビフィズスフローラ形成には、人乳に3番目に多く含まれるオリゴ糖成分(母乳オリゴ糖)が選択的増殖因子として機能している。本研究において、母乳オリゴ糖トランスポーターを解析したところ、僅か数アミノ酸残基の差異によって当該ホモログ間に異なる基質特異性が付与されていることが明らかとなった。その分子基盤を構造解析や生化学的解析で明らかとするとともに、メタゲノムデータベース解析を行うことで、高い母乳オリゴ糖取込み能を有するバリアントが授乳期にのみ濃縮されていること、またその傾向は離乳と共に消失することを見出した。また、ビフィズスフローラ形成に先住効果が強く働いていることを生態学的観点から明らかとした。
2)新規な糖質分解酵素:腸管におけるムチン糖鎖の非還元末端は高度に硫酸化されており、その分解にはスルファターゼが関与するとされてきた。しかしながら、新規な酵素として硫酸化糖(6-O-硫酸化N-アセチルグルコサミン)を遊離させるスルフォグリコシダーゼをビフィズス菌に見出した。ヒト糞便解析やノトバイオートマウスを用いた解析からも本酵素が実際の腸管内において機能していることを確認すると共に、構造機能解析を行うことで腸内細菌における新しいムチン分解機構を提唱した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] The University of Western Australia(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      The University of Western Australia
  • [Int'l Joint Research] Wageningen University(オランダ)

    • Country Name
      NETHERLANDS
    • Counterpart Institution
      Wageningen University
  • [Journal Article] A bacterial sulfoglycosidase highlights mucin O-glycan breakdown in the gut ecosystem2023

    • Author(s)
      Katoh T、Yamada C、Wallace MD.、Yoshida A、Gotoh A、Arai M、Maeshibu T、Kashima T、Hagenbeek A、Ojima MN.、Takada H、Sakanaka M、Shimizu H、Nishiyama K、Ashida H、Hirose J、Suarez-Diez M、Nishiyama M、Kimura I、Stubbs Ke.、Fushinobu S、Katayama T
    • Journal Title

      Nature Chemical Biology

      Volume: 19 Pages: 778~789

    • DOI

      10.1038/s41589-023-01272-y

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Substrate recognition mode of a glycoside hydrolase family 42 β-galactosidase from Bifidobacterium longum subspecies infantis(BiBga42A) revealed by crystallographic and mutational analyses2023

    • Author(s)
      Gotoh Aina、Hidaka Masafumi、Sakurama Haruko、Nishimoto Mamoru、Kitaoka Motomitsu、Sakanaka Mikiyasu、Fushinobu Shinya、Katayama Takane
    • Journal Title

      Microbiome Research Reports

      Volume: 2 Pages: 20~20

    • DOI

      10.20517/mrr.2023.14

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] GH20 and GH84 β-N-acetylglucosaminidases with different linkage specificities underpin mucin O-glycan breakdown capability of Bifidobacterium bifidum2023

    • Author(s)
      Takada Hiromi、Katoh Toshihiko、Sakanaka Mikiyasu、Odamaki Toshitaka、Katayama Takane
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 299 Pages: 104781~104781

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2023.104781

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A carbohydrate-binding module (CBM)-dependent mucin O-glycan breakdown strategy of Bifidobacterium bifidum, highlighted by sulfoglycosidase BbhII2023

    • Author(s)
      Takane Katayama
    • Organizer
      The 13th Asian Conference on Lactic Acid Bacteria
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Host glycan-mediated symbiosis between bifidobacteria and humans2023

    • Author(s)
      Takane Katayama
    • Organizer
      Korean Society for Lactic Acid Bacteria and Probiotics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ミルクオリゴ糖とムチン糖鎖を介した ヒトとビフィズス菌の共生2023

    • Author(s)
      片山高嶺
    • Organizer
      食品免疫学会第16回産学官交流委員会主催セミナー
    • Invited
  • [Remarks] https://www.bunshioutou.lif.kyoto-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2024-12-25  

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