Enzymatic insight into the microbiota formation in infant guts

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02116
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Katayama Takane 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 / ムチンO-グリカン / ヒト母乳オリゴ糖 / ビフィズス菌 / 酵素機能解析

Outline of Final Research Achievements

Gut microbiota formed during infancy significantly influences immune development. We have elucidated that the oligosaccharides abundantly present in human milk (human milk oligosaccharides) are responsible for the formation of bifidobacteria-rich microbiota in the gut of breastfed infants. This study aimed to understand how naturally diversified amino acid replacements in bacterial enzymes affect the formation of gut microbiota. As a result, we succeeded in establishing a framework that enables us to understand the molecular basis underlying gut microbiota formation and to more precisely analyze gut microbial metagenomic data.

Free Research Field

応用微生物学

Academic Significance and Societal Importance of the 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。本研究では、腸内細菌が有する酵素のユニークな機能的差異に着目し、その差異が菌叢形成にどのような影響を及ぼすのかについて、微生物代謝および酵素機能の観点から明らかとした。腸内細菌の菌叢解析（菌種組成解析）やメタゲノム解析（環境DNA全解析）が行われているが、腸内細菌が有する酵素（代謝能）は、菌種レベルのみならず菌株レベルで異なっていることから、菌叢形成機序を理解するためには、より詳細な酵素機能の解析やインフォマティクス解析が必要であることが判明した。