2023 Fiscal Year Research-status Report
感染症の増悪に寄与する化膿レンサ球菌の代謝機構同定と病原性制御法の探索
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22K09924
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
広瀬 雄二郎 大阪大学, 大学院歯学研究科, 講師 (90788407)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 雅也 大阪大学, 大学院歯学研究科, 准教授 (00714536)
川端 重忠 大阪大学, 大学院歯学研究科, 教授 (50273694)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 化膿レンサ球菌 / 独立主成分分析 / モジュロン / 代謝機構 / 溶血活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化膿レンサ球菌はヒトの上気道や皮膚に常在するが、咽頭炎など比較的軽度の疾患から重篤な症状を呈す劇症型溶血性レンサ球菌感染症まで多様な感染症を惹き起こす。化膿レンサ球菌 は宿主環境に適応するために、転写調節ネットワークを駆使して生理的状態を変化させる。しかし、化膿レンサ球菌 における転写制御因子は40個以上も推定されており、根底にある転写調節ネットワークを多面的に捉えることは困難であった。
本研究では、化膿レンサ球菌 血清型1型におけるRNA-seq解析データを公共のデータベースより収集し、独立主成分分析を実行した。化膿レンサ球菌 のモジュロン（複数の転写制御因子や環境要因が作用した結果、ともに挙動する遺伝子群）を世界で初めて同定し、データベース上に公開した（imodulondb.org）。さらに、得られた結果を過去のRNA-seq解析のデータ解釈に活用することで、「グルコースの多糖体であるマルトースおよびデキストリンの利用が、溶血毒素の発現に影響する」との仮説が得られた。実際に検証を行うと、菌がグルコースを利用する場合の溶血活性はストレプトリジンO依存的であるのに対し、マルトース利用ではストレプトリジンS依存的、デキストリン利用では両方の毒素が溶血活性に寄与することが明らかにした。さらには、モジュロンの転写活性を計算することにより、ストレプトリジンOをコードする遺伝子の発現上昇において、グルコースとデキストリンでは異なる転写調節ネットワークを利用していることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
化膿レンサ球菌は宿主環境に適応するために、転写調節ネットワークを駆使して生理的状態を変化させる。しかし、化膿レンサ球菌における転写制御因子は40個以上も推定されており、根底にある転写調節ネットワークを多面的に捉えることは困難であった。本研究では、化膿レンサ球菌のモジュロン（複数の転写制御因子や環境要因が作用した結果、ともに挙動する遺伝子群）を世界で初めて同定し、データベース上に公開することができた（imodulondb.org）(Hirose et al., mSystems. 2023. PMID: 37278526)。
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| Strategy for Future Research Activity |
化膿レンサ球菌においてグルコースの二糖体であるマルトースおよび多糖体であるマルトデキストリンの利用は菌がグルコースを利用する場合と比較して、大きく遺伝子発現を変化させることを明らかにしている。しかし、そのメカニズムは不明である。利用する糖質の違いが、化膿レンサ球菌の細胞内にどのような変化をもたらしているかを明らかにするために、化膿レンサ球菌のゲノムスケール代謝モデル（GEM）の開発を試みる。
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| Causes of Carryover |
得られた結果が予想外であったため、コンピューター解析に費やす時間が想定よりも多くなった。その分、病原性に影響を与える栄養環境の同定と病原性制御法の探索にかける解析費用が余った。余剰分は、次年度使用額として当該解析に使用する。
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[Journal Article] Elucidation of independently modulated genes in Streptococcus pyogenes reveals carbon sources that control its expression of hemolytic toxins.2023
Author(s)
Hirose Y, Poudel S, Sastry AV, Rychel K, Lamoureux CR, Szubin R, Zielinski CD, Lim HG, Menon DN, Bergsten H, Uchiyama S, Hanada T, Kawabata S, Palsson BO, Nizet V.
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Journal Title
mSystems
Volume: 8
Pages: e0024723
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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