腸内細菌叢のin vivo再構築による宿主行動および生理機能の解明

Research Project

Project/Area Number	19K22295
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	宮崎亮国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (80712489)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help	¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000) Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000) Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	腸内細菌叢 / ミツバチ / 腸内細菌 / 社会性昆虫
Outline of Research at the Start	昨今の研究によって腸内細菌が宿主の様々な生理機能や疾病に関与することが明らかとなってきた。しかし、哺乳類の腸内細菌叢は多種の細菌によって構成されており、そのほとんどは実験室での培養技術が確立していないため、個々の細菌の役割、すなわち各腸内細菌と宿主機能の関連性を包括的に解析することは現在の技術では不可能である。本研究では、これらの問題を解決できる唯一の実験システムとしてミツバチの腸内細菌叢を用い、宿主に共生する腸内細菌叢を実験的に再構築することによって、個々の腸内細菌が宿主の行動や生理機能に与える影響を網羅的に解析し、その分子基盤の解明に挑戦する。
Outline of Annual Research Achievements	腸内細菌は宿主の様々な生理機能や疾病に関与し、学術的にも社会的にも大きく注目されている。しかし、哺乳類の腸内細菌叢は数百種以上もの細菌によって構成されており、そのほとんどは実験室での培養技術が確立していないため、個々の共生細菌の役割、すなわち各腸内細菌と宿主機能の関連性やそのメカニズムを解析する実験モデルとしては不十分である。本研究の目的は、宿主に共生する腸内細菌叢のin vivo再構築系を確立し、個々の腸内共生細菌が宿主の行動や生理機能に与える影響を直接的かつ網羅的に解析することである。研究初年度として、今年度は5種類のミツバチ腸内細菌を培養し、無菌ミツバチへ投与することで腸内細菌叢のin vivo再構築を行う予定であった。当初の予定通り、全組合わせの腸内細菌カクテルを用意し、無菌ミツバチへの摂取ならびに定着の状況を定量PCRやシーケンシングによって調べることができた。その結果、摂取後一定の日数において、全5種類を投与した個体では各細菌の定着が確認できたが、一部の組み合わせでは、十分な細菌の定着が確認されなかった。このことは、腸内細菌叢の安定した定着には細菌同士の相互作用や特定の細菌の機能が必要であることを示唆している。現在は、腸内細菌の組み合わせが異なる各個体の腸切片を複数の部位について作製し、腸内細菌の定着や局在の様子を蛍光in situハイブリダイゼーション (FISH) 法などで視覚的に観察する準備を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の予定通り、腸内細菌カクテルの調製と無菌ミツバチへの摂取、ならびに定着の状況を定量解析することはできたが、時間的に腸内細菌の定着の様子をFISH法などで視覚的に観察するまでには至らなかった。
Strategy for Future Research Activity	腸内細菌叢を再構築した個体でFISHを行い、細菌の定着具合を視覚的に確認する。さらに、各個体の寿命、記憶学習能力等を測定し、腸内細菌と宿主機能の関連性を明らかにする。