iBC法を用いたポストコッホ微生物集団の活写

• Project Area: Post-Koch Ecology: The next-era microbial ecology that elucidates the super-terrestrial organism system
• Project/Area Number: 22H04889
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 杉本 真也 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (60464393)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: バイオフィルム / 複合系 / 透明化 / イメージング / 細菌 / 真菌 / ライブセルイメージング / iCBiofilm / 複合菌種 / 細胞外マトリクス

Outline of Research at the Start

地球上の微生物の大部分は純粋培養が困難な難培養性の微生物であり、かつ、単細胞の状態ではなく、バイオフィルムのような集合体として存在する。しかし、分厚いバイオフィルムには屈折や散乱によりレーザー光が深部まで到達しないため、従来の光学顕微鏡法では観察が困難である。そこで本研究では、独自に開発した瞬間バイオフィルム透明化（iBC, instant Biofilm Clearing）法を用いて、試験管内および生体内において複数種の微生物が形成した複合バイオフィルムを観察し、任意の細胞の空間分布、細胞外マトリクス成分の局在、微生物間あるいは微生物-宿主間の相互作用などを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

地球上の微生物の大部分は純粋培養が困難な難培養性の微生物であり、かつ、単細胞の状態ではなく、バイオフィルムのような集合体として存在することがわかってきた。しかし、分厚いバイオフィルムは屈折や散乱により光が深部まで到達しないため、従来の光学顕微鏡法では詳細な観察が困難であった。本研究では、独自に開発した瞬間バイオフィルム透明化法（iCB法からiCBiofilm法に改名）を用いて、試験管内および生体内において複数種の微生物が形成した複合バイオフィルムを観察し、任意の細胞の空間分布、細胞外マトリクス成分の局在、微生物間あるいは微生物-宿主間の相互作用などを明らかにすることを目的とした。

複数の細菌（黄色ブドウ球菌、表皮ブドウ球菌、腸球菌、枯草菌、緑膿菌、大腸菌、コレラ菌）および真菌（Candida albicans）を用いて単一菌種および複合菌種の分厚いバイオフィルムが形成される条件（菌種の組合せや培地組成など）を決定した。そして、これらのバイオフィルムを、iCBiofilm法を用いて顕微鏡観察し、内部の微生物や菌体外マトリクス成分の局在を明らかにした。また、これまで運動性のある細菌のバイオフィルムについての検討はこれまで不十分であったため、そのような細菌（大腸菌、緑膿菌、枯草菌など）のバイオフィルムのライブセルイメージングに向けた検討を行った。その結果、既存の透明化試薬が細菌の運動性を阻害することがわかったため、新たなライブセルイメージング用試薬の探索を実施し、いくつかの候補化合物を取得した。さらに、A01-竹下Gと連携して、糸状菌と緑膿菌によって形成される複合バイオフィルムの成熟過程のライブセルイメージングに成功した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] バイオフィルム透明化法iCBiofilmの開発と透明化ライブセルイメージングへの応用 (2024)
  • Author(s): 杉本真也、金城雄樹
  • Journal Title: 東京慈恵会医科大学雑誌 Volume: 138 Pages: 131-138
• [Journal Article] Identification of lthB, a Gene Encoding a Putative Glycosyltransferase Family 8 Protein Required for Leptothrix Sheath Formation (2023)
  • Author(s): Kunoh Tatsuki、Yamamoto Tatsuya、Ono Erika、Sugimoto Shinya、Takabe Kyosuke、Takeda Minoru、Utada Andrew S.、Nomura Nobuhiko
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 89 Issue: 4
  • DOI: 10.1128/aem.01919-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] バイオフィルムを数秒で透明化 (2023)
  • Author(s): 杉本真也
  • Journal Title: 光アライアンス Volume: 34 Pages: 26-29
• [Journal Article] バイオフィルムの解析技術 (2023)
  • Author(s): 杉本真也
  • Journal Title: アグリバイオ Volume: 7 Pages: 713-17
• [Journal Article] バイオフィルムにおける集団性と社会性ー形成メカニズムと表現型のゆらぎ (2023)
  • Author(s): 杉本真也、尾花望
  • Journal Title: 生物の科学 遺伝 Volume: 77 Pages: 428-435
• [Journal Article] Instantaneous Clearing of Biofilm (iCBiofilm): an optical approach to revisit bacterial and fungal biofilm imaging (2023)
  • Author(s): Sugimoto S., Kinjo Y.
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 6 Issue: 1 Pages: 38-38
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04396-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Staphylococcus aureus utilizes environmental RNA as a building material in specific polysaccharide-dependent biofilms (2022)
  • Author(s): Akio Chiba, Masahide Seki, Yutaka Suzuki, Yuki Kinjo, Yoshimitsu Mizunoe, Shinya Sugimoto
  • Journal Title: npj Biofilms and Microbiomes Volume: 8 Issue: 1 Pages: 17-17
  • DOI: 10.1038/s41522-022-00278-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Porous Pellicle Formation of a Filamentous Bacterium, Leptothrix (2022)
  • Author(s): Kunoh Tatsuki、Yamamoto Tatsuya、Prasad Manoj、Ono Erika、Li Xiaojie、Sugimoto Shinya、Iida Eiji、Obana Nozomu、Takeda Minoru、Nomura Nobuhiko、Utada Andrew S.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 88 Issue: 23
  • DOI: 10.1128/aem.01341-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] バイオフィルムの透明化イメージングのすゝめ (2023)
  • Author(s): 杉本真也
  • Organizer: 第37回日本バイオフィルム学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 分子生物学と透視技術でバイオフィルムの形成原理と機能に迫る (2023)
  • Author(s): 杉本真也
  • Organizer: 第55回 ビブリオシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] バイオフィルムを瞬時に透明にするiCBiofilm法の開発と応用 (2023)
  • Author(s): 杉本真也
  • Organizer: 第72回 日本放線菌学会 学術講演会
  • Invited
• [Presentation] バイオフィルムを透視する新技術で微生物のリアルな姿に迫る (2023)
  • Author(s): 杉本真也、高谷直樹
  • Organizer: 日本科学振興協会年次大会2023「会いに行ける科学者フェス」
• [Presentation] バイオフィルムの透明化ライブセルイメージングを可能にするiCBiofilm法の開発と応用 (2023)
  • Author(s): 杉本真也, 金城雄樹
  • Organizer: 第96回日本細菌学会総会
  • Invited
• [Presentation] Development of a new optical clearing method to visualize biofilms (2022)
  • Author(s): 杉本 真也, 金城 雄樹
  • Organizer: The 10th International Conference on Legionella 2022. Legionella, Biofilm and Functional Water Joint Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] バイオフィルム革新的制御技術 (2023)
  • Author(s): 野村 暢彦 (著, 監修), 尾花 望 (著, 監修), 豊福 雅典 (著, 監修), 久能 樹 (監修)
  • Total Pages: 372
  • Publisher: 株式会社エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860438340
• [Remarks] 東京慈恵会医科大学細菌学講座
  • URL: http://square.umin.ac.jp/saikin/
• [Remarks] 細菌学講座 東京慈恵会医科大学 基礎・臨床講座
  • URL: http://www.jikei.ac.jp/academic/course/11_saikin.html
• [Remarks] バイオフィルム研究センター 東京慈恵会医科大学 基礎・臨床講座
  • URL: http://www.jikei.ac.jp/academic/course/77_biofilm.html
• [Remarks] 慈恵大学プレスリリース
  • URL: http://www.jikei.ac.jp/news/press_release_20230123.html
• [Remarks] JSTプレスリリース
  • URL: https://www.jst.go.jp/pr/announce/20230123/index.html