ヒト腸内細菌最優勢種の腸管内腔におけるポリアミン生産機構の遺伝学的解析

• 研究課題/領域番号: 17H05026
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 近畿大学 (2019); 石川県立大学 (2017-2018)
• 研究代表者: 栗原 新 近畿大学, 生物理工学部, 講師 (20630966)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 25,090千円 (直接経費: 19,300千円、間接経費: 5,790千円); 2019年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2018年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2017年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
• キーワード: ポリアミン / ヒト腸内常在菌叢最優勢種 / Bacteroides dorei / B. thetaiotaomicron / Enterococcus faecalis / 腸内細菌の培養 / 腸内細菌の遺伝子操作 / 腸内常在菌叢最優勢種 / ポリアミン産生乳酸菌 / エクスポーター / 合成系遺伝子 / 腸内細菌 / 酵素 / トランスポーター / プトレッシン / 遺伝子 / スペルミジン / 遺伝子操作 / 代謝産物 / 健康

研究成果の概要

ヒト腸内常在菌叢最優勢種および代表的な善玉菌であるビフィズス菌のポリアミン合成・輸送について網羅的に解析を行った。また、多くのヒトにおいてヒト腸内常在菌叢における最優勢の2門であるBacteroidetes門およびFirmicutes門を代表する菌種 (Bacteroides thetaiotaomicron, B. dorei, Enterococcus faecalis) の単菌あるいは複数菌にまたがるポリアミン代謝・輸送系を遺伝学的・生化学的に解析した。さらに環境中に著量のポリアミンを放出する腸内細菌であるP. mirabilisの新規ポリアミンエクスポーターを2種、スクリーニングした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、世界中の研究者が生体内のポリアミン量を上昇させると動物の健康寿命が伸長することを報告しており、ポリアミン摂取による医療費削減・労働人口増大が期待されている。腸内細菌はヒトの主要なポリアミン源であるが、その腸管内腔での生産機構はほとんど明らかとなっていない。本研究で得られた成果は腸管内腔におけるポリアミン濃度を最適化するための重要な基礎科学的知見となる。

研究成果

• [雑誌論文] Development of a new chromogenic method for putrescine quantification using coupling reactions involving putrescine oxidase (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Yuta、Ohta Hirokazu、Hirano Rika、Shimokawa Hiromi、Sakanaka Mikiyasu、Koyanagi Takashi、Kurihara Shin
  • 雑誌名: Analytical Biochemistry 巻: 593 ページ: 113607-113607
  • DOI: 10.1016/j.ab.2020.113607
  • 査読あり
• [雑誌論文] A polyamine-independent role for S-adenosylmethionine decarboxylase (2019)
  • 著者名/発表者名: Li Bin、Kurihara Shin、Kim Sok Ho、Liang Jue、Michael Anthony J.
  • 雑誌名: Biochemical Journal 巻: 476 号: 18 ページ: 2579-2594
  • DOI: 10.1042/bcj20190561
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bioactive polyamine production by a novel hybrid system comprising multiple indigenous gut bacterial strategies (2018)
  • 著者名/発表者名: Kitada Yusuke、Muramatsu Koji、Toju Hirokazu、Kibe Ryoko、Benno Yoshimi、Kurihara Shin、Matsumoto Mitsuharu
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 4 号: 6
  • DOI: 10.1126/sciadv.aat0062
  • NAID: 40022130596
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of polyamine biosynthetic- and transport ability of human indigenous Bifidobacterium (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Yuta、Nara Misaki、Sakanaka Mikiyasu、Kitakata Aya、Okuda Shujiro、Kurihara Shin
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 82 号: 9 ページ: 1606-1614
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1475211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polyamine-independent growth and biofilm formation, and functional spermidine/spermine N-acetyltransferases in Staphylococcus aureus and Enterococcus faecalis (2018)
  • 著者名/発表者名: Li Bin、Maezato Yukari、Kim Sok Ho、Kurihara Shin、Liang Jue、Michael Anthony J.
  • 雑誌名: Molecular Microbiology 巻: 111 号: 1 ページ: 159-175
  • DOI: 10.1111/mmi.14145
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Functional analysis of arginine decarboxylase gene speA of Bacteroides dorei by markerless gene deletion (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakanaka Mikiyasu、Sugiyama Yuta、Nara Misaki、Kitakata Aya、Kurihara Shin
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Letters 巻: 365 号: 4
  • DOI: 10.1093/femsle/fny003
• [雑誌論文] Comprehensive analysis of polyamine transport and biosynthesis in the dominant human gut bacteria: Potential presence of novel polyamine metabolism and transport genes (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Yuta、Nara Misaki、Sakanaka Mikiyasu、Gotoh Aina、Kitakata Aya、Okuda Shujiro、Kurihara Shin
  • 雑誌名: The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 巻: 93 ページ: 52-61
  • DOI: 10.1016/j.biocel.2017.10.015
  • NAID: 40022130541
• [雑誌論文] Use of Gifu Anaerobic Medium for culturing 32 dominant species of human gut microbes and its evaluation based on short-chain fatty acids fermentation profiles (2017)
  • 著者名/発表者名: Gotoh Aina、Nara Misaki、Sugiyama Yuta、Sakanaka Mikiyasu、Yachi Hiroyuki、Kitakata Aya、Nakagawa Akira、Minami Hiromichi、Okuda Shujiro、Katoh Toshihiko、Katayama Takane、Kurihara Shin
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 81 号: 10 ページ: 2009-2017
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1359486
  • NAID: 40022130526
  • 査読あり
• [学会発表] The Genetic Analyses of Polyamine Transport and Biosynthesis in the Dominant Human Gut Microbes (2019)
  • 著者名/発表者名: Shin Kurihara
  • 学会等名: ゴードン研究会議（ポリアミン）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 腸内細菌のポリアミン代謝・輸送機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 栗原 新
  • 学会等名: 日本農芸化学会中部支部例会
  • 招待講演
• [学会発表] 腸内シンビオシスの分子機序解明とその高度応用展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 栗原 新
  • 学会等名: 公益財団発酵研究所 第13回助成研究報告会
  • 招待講演
• [学会発表] 腸内細菌のポリアミン代謝・輸送機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 栗原 新
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会2019年度大会
  • 招待講演
• [学会発表] 腸内細菌の代謝産物が及ぼす生体への影響とその制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 栗原新
  • 学会等名: 平成30年度発酵と代謝研究会 講演会 『人のインサイド空間に迫る ～Society5.0＋が実現するヒューマンサスティナブルシステム～』
  • 招待講演
• [学会発表] ヒト腸内常在菌叢最優勢種の機能を培養と遺伝子操作によって解明する (2019)
  • 著者名/発表者名: 栗原新
  • 学会等名: 第52回無菌生物ノートバイオロジー学会」のシンポジウムⅡ「新時代を迎えた腸内常在菌研究
  • 招待講演
• [学会発表] ヒト腸内細菌Bacteroides thetaiotaomicron の カルボキシスペルミジン脱炭酸酵素の遺伝学的・生化学的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 下川ひろみ、阪中幹祥、栗原新
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年度大会
• [学会発表] 尿路感染症菌 Proteus mirabilis の新規プトレッシンエクスポーターの探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 太田宏一、阪中幹祥、杉山友太、栗原新
  • 学会等名: 日本ポリアミン学会 第10回年会
• [学会発表] ヒト腸内細菌Bacteroides thetaiotaomicronのカルボキシスペルミジン脱炭酸酵素の生化学的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 下川ひろみ、阪中幹祥、栗原新
  • 学会等名: 日本ポリアミン学会 第10回年会
• [学会発表] 培養と遺伝子操作によるヒト腸内常在菌叢最優勢種の機能解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 栗原新
  • 学会等名: 腸内菌未来フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] ヒト腸内常在菌叢優勢種Bacteroides dorei のポリアミン放出能とアルギニンデカルボキシラーゼ遺伝子の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 阪中幹祥、杉山友太、奈良未沙希、北方彩、栗原新
  • 学会等名: 第22回腸内細菌学会大会
• [学会発表] マーカーレス遺伝子欠損を利用したヒト腸内細菌Bacteroides doreiのアルギニンデカルボキシラーゼ遺伝子の機能解析. (2018)
  • 著者名/発表者名: 阪中幹祥・杉山友太・奈良未沙希・北方彩・栗原新.
  • 学会等名: 日本ポリアミン学会第9回年会
• [学会発表] ヒト腸内細菌Bacteroides thetaiotaomicronのスペルミジン生合成経路の遺伝学・生化学的解析. (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤澤友貴・阪中幹祥・杉山友太・太田宏一・栗原新.
  • 学会等名: 日本ポリアミン学会第9回年会
• [学会発表] ヒト腸内常在菌叢最優勢種Bacteroides doreiにおけるマーカーレス遺伝子欠損系の確立およびポリアミン代謝系遺伝子の機能解析. (2018)
  • 著者名/発表者名: 阪中幹祥・杉山友太・奈良未沙希・北方彩・栗原新.
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] プトレッシンオキシダーゼと発色試薬を用いたプトレッシンの新規簡易定量法の開発. (2018)
  • 著者名/発表者名: 太田宏一・杉山友太・栗原新.
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] A novel putrescine exporter SapBCDF of Escherichia coli. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama, Y., Nakamura, A., Matsumoto, M., Kanbe, A., Sakanaka, M., Higashi, K., Igarashi, K., Katayama, T., Suzuki, H., Kurihara, S.
  • 学会等名: Gordon Research Conference Polyamines 2017.
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a novel simple method for the determination of putrescine concentration in biological samples. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohta, H., Sugiyama, Y., Kurihara, S.
  • 学会等名: Gordon Research Conference Polyamines 2017.
  • 国際学会
• [学会発表] プトレッシンの新規簡易定量法の開発とこれを用いた尿路感染症菌Proteus mirabilisの新規プトレッシンエクスポーターの探索. (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田宏一・杉山友太・栗原新.
  • 学会等名: 東京慈恵会医科大学学外共同シンポジウム 「第16回 ポリアミンと核酸の共進化」