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2016 Fiscal Year Annual Research Report

バイオフィルム形成機構に立脚した阻害法の開発

Research Project

Project/Area Number 26293100
Research InstitutionJikei University School of Medicine

Principal Investigator

水之江 義充  東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (20157514)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 杉本 真也  東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (60464393)
田嶌 亜紀子  東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (70317973)
奥田 賢一  東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (70624245)
岩瀬 忠行  東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (80385294)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2018-03-31
Keywordsバイオフィルム / 黄色ブドウ球菌 / バイオフィルム阻害剤 / Eap / SasG / 細胞壁タンパク質
Outline of Annual Research Achievements

黄色ブドウ球菌の分泌タンパク質Extracellular adherence protein (Eap) は、バイオフィルム形成を促進することを見出した。臨床分離株 (MRSA) のEap単独欠損株を作製したが,バイオフィルムの形成量は低下しなかった。このことよりEapは他のタンパク質との相互作用の結果バイオフィルム形成に関与していると考えられた。そこでEap欠損株を用い細胞壁タンパク質の欠損株ライブラリーを作製した。その結果、EapとSasGの二重欠損株で著しくバイオフィルムの形成が低下することを見出した。SasGはAドメインとBドメインの繰り返し構造から構成され,C末端にLPXTGモチーフを有している。SasGのコンプリメンテーションの解析により,LPXTGモチーフを欠き細胞壁にアンカーしないSasGはバイオフィルムの形成量を回復させないことを見出した。
黄色ブドウ球菌のバイオフィルムdispersalメカニズムを解析した。変異株を用いた解析から菌自身の産生するヌクレアーゼによってdispersalが起きていることが明らかとなった。またその働きには環境中のpHが重要であることが判明した。更にバイオフィルムdispersalに伴って菌表面の分子発現に変化が見られたことから、バイオフィルムから遊離した菌は、異なる病原性を発揮する可能性が示唆された。
バイオフィルム形成阻害剤を取得するため化合物ライブラリーをスクリーニングし、黄色ブドウ球菌のバイオフィルム形成を阻害する化合物を21個取得した。特に高い活性を示した化合物について詳細な検討を行った結果、細胞外多糖と細胞外タンパク質の産生を抑制することが示された。構造類縁体を用いた解析により、活性に重要な官能基を決定することができた。また本化合物は、黄色ブドウ球菌のβラクタム系抗菌薬に対する感受性を向上させることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

①黄色ブドウ球菌のバイオフィルム形成においてEapと相補的に機能する細胞壁アンカータンパク質SasGを同定した。SasGのコンプリメンテーション解析の結果、LPXTGモチーフを欠く細胞壁にアンカーしないSasGはバイオフィルム形成量を回復させないことを見出した。
②ハイスループットスクリーニングにより得られたヒット化合物について構造活性相関研究を行い、バイオフィルム形成阻害活性に重要な構造の情報を得ることができた。
③黄色ブドウ球菌のdispersalメカニズムを解析した。黄色ブドウ球菌自らが産生するヌクレアーゼによってdispersalが起こることを示した。また、ヌクレアーゼ活性は環境中のpHが重要であることを見出した。

Strategy for Future Research Activity

黄色ブドウ球菌特有の細胞外分泌タンパク質Extracellular adherence protein(Eap)はバイオフィルム形成を促進する。Eap欠損株はバイオフィルム形成が低下しないことよりEapは他のタンパク質と相補的にバイオフィルム形成に関与することが示唆された。細胞壁にタンパク質をアンカーさせる酵素sortase A(srtA)とEapの二重欠損株はバイオフィルムの形成が著しく低下した。そこで細胞壁タンパク質の欠損株ライブラリーを作製した結果、SasGとEapの二重欠損株は著明にバイオフィルム形成能が低下した。SasGはいくつかのドメインからなっている。そこで、ドメインミュータントを作製しバイオフィルム形成に重要なドメインを決定する。また、ミュータントの病原性をカイコの感染モデルを用い検討する。
黄色ブドウ球菌は自らが産生するヌクレアーゼによりdispersalが起きることを示した。dispersalによってバイオフィルムから遊離した菌の病原性について明らかにするため、菌表面の分子発現変化のメカニズムと宿主に対する病原性について解析する。
バイオフィルム阻害剤を探索するため大規模なスクリーニングが可能なハイスループットスクリーニングシステムを構築し、黄色ブドウ球菌のバイオフィルムを形成を阻害する化合物を二十数個取得した。特に高い活性を示した化合物の検討により細胞外多糖と細胞外タンパク質の産生を抑制することを示した。今後は、本化合物の標的分子の同定を行うことで、より詳細な作用機序の解明を行う予定である。

Causes of Carryover

予算に計上していた旅費および物品費の支出が少なかったため平成28年度予算において一部が未使用になった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度の研究費は、黄色ブドウ球菌のバイオフィルムの形成メカニズムの解明、バイオフィルム形成阻害活性を有する化合物の作用メカニズムの解明およびバイオフィルムdispersalに関わるヌクレアーゼの作用機序を解明するための試薬の購入費および解析費用として使用する予定である。また、国内外の研究成果の発表費用として使用する予定である。さらに論文の投稿のための費用としても使用したいと考えている。

  • Research Products

    (39 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (33 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Complete Genome Sequence of Klebsiella pneumoniae YH43.2016

    • Author(s)
      Iwase T, Ogura Y, Hayashi T, Mizunoe Y.
    • Journal Title

      Genome Announc

      Volume: 4 Pages: e00242-16

    • DOI

      10.1128/genomeA.00242-16.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Imaging of bacterial multicellular behaviour in biofilms in liquid by atmospheric scanning electron microscopy.2016

    • Author(s)
      Sugimoto S, Okuda K, Miyakawa R, Sato M, Arita-Morioka K, Chiba A, Yamanaka K, Ogura T, Mizunoe Y, Sato C.
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 6 Pages: 25889

    • DOI

      10.1038/srep25889.

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] High sensitive method for monitoring RNA metabolism.2016

    • Author(s)
      Sugimoto S.
    • Journal Title

      Journal of Environmental Biotechnology

      Volume: 16 Pages: 45-50

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Complete Genome Sequence of Klebsiella oxytoca Strain JKo3.2016

    • Author(s)
      Iwase T, Ogura Y, Hayashi T, Mizunoe Y.
    • Journal Title

      Genome Announc

      Volume: 4 Pages: e01221-16

    • DOI

      10.1128/genomeA.01221-16.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] バイオフィルム感染症制圧に向けての展望.2016

    • Author(s)
      水之江義充, 杉本真也, 奥田賢一.
    • Journal Title

      家畜感染症学会誌

      Volume: 5 Pages: 113-120

    • Open Access
  • [Presentation] バイオフィルムマトリクス成分の新機能.2017

    • Author(s)
      杉本真也, 千葉明生, 宮川玲奈, 寺尾明莉, 米本圭吾, 水之江義充.
    • Organizer
      第90回日本細菌学会総会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-21
  • [Presentation] 黄色ブドウ球菌におけるEap と細胞壁アンカータンパク質の相補的な機能.2017

    • Author(s)
      米本圭吾, 千葉明生, 杉本真也, 斎藤充, 丸毛啓史, 水之江義充.
    • Organizer
      第90回日本細菌学会総会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-21
  • [Presentation] ヌクレアーゼによる黄色ブドウ球菌バイオフィルムdispersal.2017

    • Author(s)
      田嶌亜紀子, 水之江義充.
    • Organizer
      第90回日本細菌学会総会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-21
  • [Presentation] MRSA 臨床分離株のバイオフィルム形成能とマトリクス成分の解析.2017

    • Author(s)
      千葉明生, 宮川玲奈, 杉本真也, 米本圭吾, 水之江義充.
    • Organizer
      第90回日本細菌学会総会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-21
  • [Presentation] 黄色ブドウ球菌バイオフィルム形成阻害物質のスクリーニングと活性評価.2017

    • Author(s)
      奥田賢一, 山田聡美, 梶山茉莉, 吉井悠, 長野哲雄, 岡部隆義, 小島宏建, 水之江義充.
    • Organizer
      第90回日本細菌学会総会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-21
  • [Presentation] 低分子化合物ABC-JK2 は黄色ブドウ球菌のバイオフィルム形成を阻害し,β-ラクタム系抗菌薬に対する感受性を上昇させる.2017

    • Author(s)
      吉井悠, 奥田賢一, 山田聡美, 永倉茉莉, 杉本真也, 長野哲雄, 岡部隆義, 小島宏建, 岩本武夫, 水之江義充.
    • Organizer
      第90回日本細菌学会総会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-21
  • [Presentation] 腸管出血性大腸菌Sakai 株のゲノムに存在する機能未知遺伝子の酸化ストレス耐性に与える影響の解析.2017

    • Author(s)
      岩瀬忠行, 岡井智瑛, 田嶌亜紀子, 水之江義充.
    • Organizer
      第90回日本細菌学会総会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-21
  • [Presentation] Characterization of extracellular nucleic acids in bacterial biofilms.2017

    • Author(s)
      Chiba A, Sugimoto S, Yonemoto K, Mizunoe Y.
    • Organizer
      Advanced Genome Science International Symposium “The Start New Genomic”
    • Place of Presentation
      東京都文京区
    • Year and Date
      2017-01-10 – 2017-01-11
  • [Presentation] 抗バイオフィルム感染症薬の開発に向けた化合物スクリーニングと作用機序研究.2016

    • Author(s)
      奥田賢一.
    • Organizer
      第4回創薬等支援技術基盤プラットフォーム公開シンポジウム(平成28年度)
    • Place of Presentation
      東京都千代田区
    • Year and Date
      2016-12-07 – 2016-12-07
  • [Presentation] バイオフィルム感染症制圧に向けての展望.2016

    • Author(s)
      水之江義充, 杉本真也, 奥田賢一.
    • Organizer
      第6回家畜感染症学会学術集会
    • Place of Presentation
      福岡県福岡市
    • Year and Date
      2016-12-02 – 2016-12-03
  • [Presentation] 細胞外アミロイド線維形成タンパク質の細胞内品質管理機構.2016

    • Author(s)
      杉本真也, 宮川玲奈, 寺尾明莉, 有田健一, 山中邦俊, 小椋光, 水之江義充.
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市
    • Year and Date
      2016-11-30 – 2016-12-02
  • [Presentation] Extracellular RNAはバイオフィルムの構造維持に重要である.2016

    • Author(s)
      千葉明生, 杉本真也, 水之江義充.
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市
    • Year and Date
      2016-11-30 – 2016-12-02
  • [Presentation] Imaging of bacterial biofilms in solution by atmospheric scanning electron microscopy.2016

    • Author(s)
      Sugimoto S, Okuda K, Miyakawa R, Sato M, Chiba A, Muzunoe Y, Sato C.
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第59回シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京都豊島区
    • Year and Date
      2016-11-19 – 2016-11-19
    • Invited
  • [Presentation] MRSA臨床分離株のバイオフィルム形成能とマトリクス成分の解析.2016

    • Author(s)
      米本圭吾, 宮川玲奈, 杉本真也, 佐藤文哉, 千葉明生, 斎藤充, 丸毛啓史, 水之江義充.
    • Organizer
      第31回日本整形外科学会基礎学術集会
    • Place of Presentation
      福岡県福岡市
    • Year and Date
      2016-10-13 – 2016-10-14
  • [Presentation] Light-up 型蛍光プローブを用いて遺伝子発現の揺らぎを瞬時に可視化する.2016

    • Author(s)
      杉本真也, 千葉明生, 水之江義充.
    • Organizer
      第133回成医会総会
    • Place of Presentation
      東京都港区
    • Year and Date
      2016-10-06 – 2016-10-07
  • [Presentation] 腸管出血性大腸菌O157において見出された新規一塩基変異によるσ因子の機能不全.2016

    • Author(s)
      西岡彩子, 岩瀬忠行, 水之江義充.
    • Organizer
      第133回成医会総会
    • Place of Presentation
      東京都港区
    • Year and Date
      2016-10-06 – 2016-10-07
  • [Presentation] バイオフィルム形成の分子基盤の解明と難治性感染症の克服に向けた研究.2016

    • Author(s)
      杉本真也.
    • Organizer
      ERATO野村集団夏合宿
    • Place of Presentation
      茨城県つくば市
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-06
    • Invited
  • [Presentation] 黄色ブドウ球菌のバイオフィルムの形成を阻害する低分子化合物の作用機序解析.2016

    • Author(s)
      吉井悠, 奥田賢一, 山田聡美, 永倉茉莉, 杉本真也, 長野哲雄, 岡部隆義, 小島宏建, 水之江義充.
    • Organizer
      第30回日本バイオフィルム学会
    • Place of Presentation
      東京都中央区
    • Year and Date
      2016-07-02 – 2016-07-02
  • [Presentation] 黄色ブドウ球菌のバイオフィルム形成における分泌タンパク質と細胞壁アンカータンパク質の相補的な機能の解明.2016

    • Author(s)
      米本圭吾, 千葉明生, 杉本真也, 斎藤充, 丸毛啓史, 水之江義充.
    • Organizer
      第30回日本バイオフィルム学会
    • Place of Presentation
      東京都中央区
    • Year and Date
      2016-07-02 – 2016-07-02
  • [Presentation] ケミカルバイオロジーによるバイオフィルム形成機構の解明と抗バイオフィルム感染症薬開発に向けた試み.2016

    • Author(s)
      奥田賢一.
    • Organizer
      第1回バイオフィルム研究者若手ワークショップ
    • Place of Presentation
      東京都新宿区
    • Year and Date
      2016-07-01 – 2016-07-01
  • [Presentation] 分子シャペロンDnaKによるバイオフィルムの形成制御メカニズム.2016

    • Author(s)
      杉本真也, 有田健一, 山中邦俊, 小椋光, 水之江義充.
    • Organizer
      第1回バイオフィルム研究者若手ワークショップ
    • Place of Presentation
      東京都新宿区
    • Year and Date
      2016-07-01 – 2016-07-01
  • [Presentation] Extracellular small RNAはバイオフィルムの構造維持に重要である.2016

    • Author(s)
      千葉明生, 杉本真也, 水之江義充.
    • Organizer
      第1回バイオフィルム研究者若手ワークショップ
    • Place of Presentation
      東京都新宿区
    • Year and Date
      2016-07-01 – 2016-07-01
  • [Presentation] Identification of ABC-JK2m a small molecule inhibitor of Staphylococcal Biofilm formation.2016

    • Author(s)
      吉井悠, 奥田賢一.
    • Organizer
      第1回バイオフィルム研究者若手ワークショップ
    • Place of Presentation
      東京都新宿区
    • Year and Date
      2016-07-01 – 2016-07-01
  • [Presentation] Identification of ABC-JK2m a small molecule inhibitor of Staphylococcal biofilm formation.2016

    • Author(s)
      Yoshii Y, Okuda K, Yamada S, Nagakura M, Sugimoto S, Nagano T, Okabe T, Kojima H, Mizunoe Y.
    • Organizer
      Biofilms7
    • Place of Presentation
      Porto, Portugal
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-06-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Extracellular rna serves as a building material in bacterial habitats.2016

    • Author(s)
      Chiba A, Yonemoto K, Sugimoto S, Mizunoe Y.
    • Organizer
      2016 ASM Microbe
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2016-06-16 – 2016-06-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Identification of ABC-JK2, a Small Molecule Inhibitor of Staphylococcal Biofilm Formation.2016

    • Author(s)
      Yoshii Y, Okuda K, Yamada S, Nagakura M, Sugimoto S, Nagano T, Okabe T, Kojima H, Mizunoe Y.
    • Organizer
      2016 ASM Microbe
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2016-06-16 – 2016-06-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Genotypic and biofilm profiles of Propionibacterium acnes isolated from pacemakers without clinical signs of infection.2016

    • Author(s)
      Okuda K, Yamada S, Sugimoto S, Iwase T, Sato M, Sato C, MizunoeY.
    • Organizer
      2016 ASM Microbe
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2016-06-16 – 2016-06-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High resolution imaging of aqueous biofilms by atmospheric scanning electron microscopy.2016

    • Author(s)
      Sugimoto S, Okuda K, Miyakawa R, Sato M, Chiba A, Sato C, Mizunoe Y.
    • Organizer
      2016 ASM Microbe
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2016-06-16 – 2016-06-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 蛍光プローブチオフラビンTによる分子レベル・細胞レベルのRNA代謝の高感度モニター.2016

    • Author(s)
      杉本真也.
    • Organizer
      環境バイオテクノロジー学会2016年度大会シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島県広島市
    • Year and Date
      2016-06-14 – 2016-06-14
    • Invited
  • [Presentation] 分子シャペロンDnaKによるバイオフィルムの形成制御メカニズム.2016

    • Author(s)
      杉本真也, 有田-森岡健一, 山中邦俊, 小椋光, 水之江義充.
    • Organizer
      第13回21世紀大腸菌研究会
    • Place of Presentation
      熊本県阿蘇郡
    • Year and Date
      2016-06-02 – 2016-06-03
  • [Presentation] Myricetin類縁体を用いた慢性細菌感染症の制御戦略.2016

    • Author(s)
      有田-森岡健一, 山中邦俊, 水之江義充, 小椋光, 杉本真也.
    • Organizer
      第13回21世紀大腸菌研究会
    • Place of Presentation
      熊本県阿蘇郡
    • Year and Date
      2016-06-02 – 2016-06-03
  • [Presentation] バイオフィルム感染症制圧に向けて.2016

    • Author(s)
      水之江義充.
    • Organizer
      新潟大学 医学部 大学院特別講義
    • Place of Presentation
      新潟県新潟市
    • Year and Date
      2016-05-17 – 2016-05-17
    • Invited
  • [Presentation] バイオフィルムの基礎研究.2016

    • Author(s)
      杉本真也.
    • Organizer
      第5回感染症治療戦略会議
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-05-15 – 2016-05-15
    • Invited
  • [Remarks] 東京慈恵会医科大学 医学部医学研究科 細菌学講座 水之江研究室

    • URL

      http://square.umin.ac.jp/saikin/

URL: 

Published: 2018-01-16  

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