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2022 Fiscal Year Annual Research Report

単一細菌を用いた抗菌活性測定法の開発と抗菌ペプチドの抗菌メカニズム解明への応用

Research Project

Project/Area Number 21K19214
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

山崎 昌一  静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (70200665)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2023-03-31
Keywords単一細菌解析 / 抗菌ペプチド / 抗菌活性 / 殺菌活性 / 生体膜の生物物理学 / 細胞膜の損傷 / ポア形成 / 細胞死
Outline of Annual Research Achievements

生物が産生するペプチドで細菌などの微生物の増殖を止める活性を持つ抗菌ペプチド(AMP)の抗菌活性や殺菌活性の測定には、最小発育阻止濃度(MIC)や最小致死濃度の測定やタイム・キル・アッセイなど細菌の集団を用いての長時間の測定が用いられてきた。昨年度から続いている本研究では、1個の細菌とAMPの相互作用と細菌の細胞死の相関を研究するために、単一細菌レベルでの抗菌活性および殺菌活性の短時間測定法 (単一細菌解析) を開発した。また、その方法を用いて、AMPによる細菌の細胞膜の損傷と細菌の細胞死の相関を調べた。
方法A(抗菌活性の測定法)では、種々の濃度のAMP存在下で細菌を3時間培養し、マイクロコロニーごとの細菌の数の分布をそれぞれのAMP濃度に対して求める。1個の細胞しか持たないマイクロコロニーの割合(Psingle)は、AMP濃度とともに増加し、ある濃度以上でPsingle = 1となった。この濃度は単一細菌レベルでの抗菌活性測定法におけるMICに相当する。方法B(殺菌活性の測定法)では、種々の濃度のAMPと大腸菌を懸濁液中で時間tだけ相互作用させてから、十分に希釈して3時間培養し、その後マイクロコロニーごとの細菌の数の分布を相互作用の時間の関数として求める。AMP・マガイニン2の場合は、tが増加するにつれてPsingle(t)は増加し、やがて1に達した。Psingle(t)は時間tの相互作用後に死んだ細胞の割合を示す。
3種類のAMPについて、AMPとの相互作用により1個の大腸菌細胞の細胞膜にポア形成などの損傷が起こる確率Pdamage(t)を実験的に求め、それが上記の単一細菌解析・方法Bから求めたAMPによる大腸菌の細胞死の起こる確率Psingle(t)と高い相関があることを見出した。この結果は、AMPが誘起する細胞膜の損傷が細胞死の原因であることを直接示す。

  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Antimicrobial peptide magainin 2-induced rupture of single giant unilamellar vesicles comprising E. coli polar lipids2023

    • Author(s)
      Billah Md. Masum、Or Rashid Md. Mamun、Ahmed Marzuk、Yamazaki Masahito
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes

      Volume: 1865 Pages: 184112

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2022.184112

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of monolayer spontaneous curvature on constant tension-induced pore formation in lipid bilayers2023

    • Author(s)
      Tazawa Kanta、Yamazaki Masahito
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 158 Pages: 081101

    • DOI

      10.1063/5.0135561

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Single-Cell Analysis of the Antimicrobial and Bactericidal Activities of the Antimicrobial Peptide Magainin 22022

    • Author(s)
      Hossain Farzana、Billah Md Masum、Yamazaki Masahito
    • Journal Title

      Microbiology Spectrum

      Volume: 10 Pages: 00114-22

    • DOI

      10.1128/spectrum.00114-22

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Role of interfacial hydrophobicity in antimicrobial peptide magainin 2-induced nanopore formation2022

    • Author(s)
      Hasan Moynul、Hossain Farzana、Dohra Hideo、Yamazaki Masahito
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 630 Pages: 50~56

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2022.08.094

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Single-cell analysis of the antimicrobial and bactericidal activities of the antimicrobial peptides2023

    • Author(s)
      Md. Zahidul Islam, Farzan Hossain, Masahito Yamazaki
    • Organizer
      令和4年度生体医歯工学共同拠点 成果報告会
  • [Presentation] 緑茶由来フラボノイドにより誘起される巨大単一膜ベシクルの膜面積の減少とその解析2023

    • Author(s)
      丹波之宏、杉田直哉、寺田美花、山崎昌一
    • Organizer
      令和4年度生体医歯工学共同拠点 成果報告会
  • [Presentation] Single-cell analysis of the antimicrobial and bactericidal activities of the antimicrobial peptide magainin 22022

    • Author(s)
      Farzana Hossain, Md. Masum Billah, Masahito Yamazaki
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Biomedical Engineering
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of osmotic pressure on antimicrobial peptide magainin 2-induced pore formation and its evolution2022

    • Author(s)
      Md. Masum Billah, Samiron Kumar Saha, Masahito Yamazaki
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Biomedical Engineering
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Single cell analysis for antimicrobial and bactericidal activities of antimicrobial peptides2022

    • Author(s)
      Farzana Hossain, Masahito Yamazaki
    • Organizer
      日本生物物理学会第60回年次大会
  • [Presentation] Antimicrobial peptide magainin 2-induced pore formation and its evolution in single GUVs under osmotic pressure2022

    • Author(s)
      Md. Masum Billah, Samiron Kumar Saha, Md. Mamun Or Rashid, Masahito Yamazaki
    • Organizer
      日本生物物理学会第60回年次大会
  • [Presentation] Effect of lipid composition and distribution on constant tension-induced pore formation in GUVs2022

    • Author(s)
      Kanta Tazawa, Junichi Higuchi, Masahito Yamazaki
    • Organizer
      日本生物物理学会第60回年次大会
  • [Remarks] 山崎研究室(静岡大学電子工学研究所)生体膜のイメージングからメカニズムへ

    • URL

      https://wwp.shizuoka.ac.jp/masahito-yamazaki-la/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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