DNAとRNA情報を利用したバイオフィルム定量法構築と医療機材の感染症評価

• 研究課題/領域番号: 17K01442
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医療技術評価学
• 研究機関: 鈴鹿工業高等専門学校
• 研究代表者: 小川 亜希子 鈴鹿工業高等専門学校, 生物応用化学科, 准教授 (90455139)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: バイオフィルム / 定量法 / 遺伝子発現 / マイクロアレイ法 / RNA-seq法 / 定量 / マイクロアレイ / RNA-seq / 遺伝子発現解析 / 大腸菌 / 表皮ブドウ球菌 / RNA / 微生物 / 医療機器

研究成果の概要

体内挿入型医療器具上のバイオフィルム形成は慢性感染症の主要因である。その予防対策として材料への抗バイオフィルム特性付与があり、本特性の定量的評価は非常に重要だ。本研究では、細菌のバイオフィルム形成に伴う遺伝子発現変動を指標としたバイオフィルム定量法の構築に取り組み、Escherichia coli K-12株をモデル細菌とし、浮遊状態時とバイオフィルム形成状態時との間でRNA発現量を網羅的に比較した。結果、バイオフィルム定量に遺伝子発現変動が利用可能であり、対象となる遺伝子群はバイオフィルム形成に関わる遺伝子群のみでなく、糖・アミノ酸・窒素代謝に関わる遺伝子群も有効なことが示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

カテーテルなどの体内挿入型医療器具上では、バイオフィルム形成に端を発する感染症が生じやすい。バイオフィルムは細菌と細胞外高分子基質で構成された膜であり、抗生物質耐性をもつ。そこで、医療器具にバイオフィルム形成抑制効果を付与が大切であり、その効果を定量的に評価する必要がある。本研究では、バイオフィルム定量法としてバイオフィルム形成に伴う細菌の遺伝子発現の変動を利用してきた。本法は医療器具の種類に依らずバイオフィルム定量が可能であり、バイオフィルム形成過程を多様な代謝系の動きとして捉えることが可能なため、新たなバイオフィルム形成抑制技術にもつながっていく。

研究成果

• [雑誌論文] Marine Biofilm Model Comprising a Loop-Type Biofilm Reactor and a Halomonas Strain HIG FST4 1, an Active Biofilm-Forming Bacterium (2022)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, Akiko Hosaka, Shoya Kanematsu, Hideyuki Yoshitake, Michiko
  • 雑誌名: Coatings 巻: 12 号: 10 ページ: 1605-1614
  • DOI: 10.3390/coatings12101605
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biofilm Formation Plays a Crucial Rule in the Initial Step of Carbon Steel Corrosion in Air and Water Environments (2020)
  • 著者名/発表者名: Akiko Ogawa, Keito Takakura, Nobumitsu Hirai, Hideyuki Kanematsu, Daisuke Kuroda, Takeshi Kogo, Katsuhiko Sano, Satoshi Terada
  • 雑誌名: Materials 巻: 13 号: 4 ページ: 923-945
  • DOI: 10.3390/ma13040923
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In-situ detection based on the biofilm hydrophilicity for environmental biofilm formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, Nobuyuki Kogo, Takeshi Hirai, Nobumitsu Ogawa, Akiko Kanematsu, Hideyuki Takahara, Junko Awazu, Akane Fujita, Nobuko Haruzono, Yoshihide Ichida, Shunji Tanaka, Yo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 8070-8081
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44167-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation for Immunity of Biomaterials Based on Raman Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Kanematsu, Yuta Sakagami, Dana M. Barry, Michiko Yoshitake, Akiko Ogawa, Nobumitsu Hirai, Takeshi Kogo, Daisuke Kuroda, Yoshimitsu Mizunoe
  • 雑誌名: Proceedings of Materials Science and Technology 2018 (MS&T18), Columbus, Ohio, the USA 巻: MS&T18 ページ: 1482-1489
  • DOI: 10.7449/2018mst/2018/mst_2018_1482_1489
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Biofilm Formation of a Polymer Brush Coating with Ionic Liquids Compared to a Polymer Brush Coating with a Non-Ionic Liquid (2018)
  • 著者名/発表者名: Kanematsu Hideyuki、Oizumi Atsuya、Sato Takaya、Kamijo Toshio、Honma Saika、Barry Dana、Hirai Nobumitsu、Ogawa Akiko、Kogo Takeshi、Kuroda Daisuke、Sano Katsuhiko、Tsunashima Katsuhiko、Lee Seung-Hyo、Lee Myeong-Hoon
  • 雑誌名: Coatings 巻: 8 号: 11 ページ: 398-398
  • DOI: 10.3390/coatings8110398
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The issue with using DNA profiling as a sole method for investigating the role of marine biofilms in corrosion of metallic materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Makama, Zakari, Celikkol, Sukriye, Ogawa, Akiko, Gaylarde, Christine,, Beech, Iwona
  • 雑誌名: International Biodeterioration & Biodegradation 巻: 135 ページ: 33-38
  • DOI: 10.1016/j.ibiod.2018.09.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microbiome Analysis of Biofilms of Silver Nanoparticle-Dispersed Silane-Based Coated Carbon Steel Using a Next-Generation Sequencing Technique (2018)
  • 著者名/発表者名: Akiko Ogawa, Keito Takakura, Katsuhiko Sano, Hideyuki Kanematsu, Takehiko Yamano, Toshikazu Saishin, Satoshi Terada
  • 雑誌名: antibiotics (MPDI) 巻: 7 号: 4 ページ: 91-100
  • DOI: 10.3390/antibiotics7040091
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electrochemical Responses of Graphene with Biofilm Formation on Various Metallic Substrates by Using Laboratory Biofilm Reactors (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Kanematsu, Kodai Shindo, Dana M. Barry, Nobumitsu Hirai, Akiko Ogawa, Daisuke Kuroda, Takeshi Kogo, Katsuhiko Sano, Hajime Ikegai and Yoshimitsu Mizunoe
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 85 号: 13 ページ: 491-498
  • DOI: 10.1149/08513.0491ecst
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polymer Brush Made by Ionic Liquids and the Inhibition Effects for Biofilm Formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Kanematsu, Atsuya Oizumi, Takaya Sato, Toshio Kamijo, Saika Honma, Dana M. Barry, Nobumitsu Hirai, Akiko Ogawa, Takeshi Kogo, Daisuke Kuroda, and Katsuhiko Tsunashima
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 85 号: 13 ページ: 1089-1095
  • DOI: 10.1149/08513.1089ecst
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Sulfur Content on Microbial Composition and Biodegradation of a Brazilian Diesel and Biodiesel Blend (B10) (2017)
  • 著者名/発表者名: de Azambuja, Aline O., Cazarolli, Juciana C., de Quadros, Patricia D., Bucker, Francielle, Correa, Camila, Casagranda, Juliano C., Ferrao, Marco F., Celikkol, Sukriye, Ogawa, Akiko, Bonifay, Vincent, Sunner, Jan A., Beech, Iwona B., Bento, Fatima M.
  • 雑誌名: Energy & Fuels 巻: 31 号: 11 ページ: 12305-12316
  • DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b02287
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 微生物が関わる金属腐食 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小川亜希子
  • 雑誌名: 生物工学会誌 巻: 95 ページ: 608-611
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microbiomes of Biofilms on Decorative Siliceous Stone: Drawbacks and Advantages of Next Generation Sequencing (2017)
  • 著者名/発表者名: Akiko Ogawa, Sukriye Celikkol-Aydin, Christine Gaylarde, Jose Antonio, Baptista-Neto, Iwona Beech
  • 雑誌名: Current Micobiology 巻: 74 号: 7 ページ: 848-853
  • DOI: 10.1007/s00284-017-1257-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Microbial communities on painted wet and dry external surfaces of a historic fortress in Niteroi, Brazil (2017)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, Akiko, Celikkol-Aydin, Sukriye, Gaylarde, Christine, Baptista-Neto, Jose Antonio, Beech, Iwona
  • 雑誌名: International Biodeterioration & Biodegradation 巻: 123 ページ: 164-173
  • DOI: 10.1016/j.ibiod.2017.06.018
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Applying the zinc nanoparticles and copper suboxide nanoparticles for siloxane-based coated aluminium plates to inhibit biofilm formation under a seawater condition (2021)
  • 著者名/発表者名: Akiko Ogawa, Katsuhiko Sano, Masaki Iino, Hideyuki Kanematsu
  • 学会等名: INTERFINISH2020
  • 国際学会
• [学会発表] 製鋼スラグの組成とバイオフィルムを形成する細菌叢との関連 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小川亜希子、田中礼士、鈴木賢紀、平井信充
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会秋季大会シンポジウム
• [学会発表] Staphylococcus epidermidis biofilm formation in radio frequency alternating electromagnetic field (2019)
  • 著者名/発表者名: H.Miura, K.Yokoi, H. Kanematsu, N.Hirai, T.Kogo, A.Ogawa, D.Kuroda, N.Wada, K.Sano
  • 学会等名: MRS-J 2019
  • 国際学会
• [学会発表] バイオフィルム形成に対するシランコーティングの影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田堀 朱音、佐野 勝彦、小川 亜希子、矢野 真弓、廣部 崚馬、寺田 聡
  • 学会等名: 第２１回化学工学会学生発表会東京大会
• [学会発表] 細菌叢または遺伝子発現情報からバイオフィルムを解析する (2019)
  • 著者名/発表者名: 小川亜希子
  • 学会等名: 第5回SUMS-NITS医工連携研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Application of Silane-Based Coating to Biomaterials for Inhibiting Biofilm Induced Infection (2018)
  • 著者名/発表者名: Akiko Ogawa, Akane Tahori, Mayumi Yano, Ryouma Hirobe, Satoshi Terada, Daisuke Kuroda, Katsuhiko Sano, Hideyuki Kanematsu
  • 学会等名: The 31rd Annual and international meeting of the Japanese association of animal cell technology
  • 国際学会
• [学会発表] ポリマーブラシ コーティングとそのバイオフィルム形成挙動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大泉敦也、兼松秀行、佐藤貴哉、上条利夫、本田彩夏、平井信充、小川亜希子、幸後健、黒田大介、佐野勝彦、綱島克彦、Dana Barry
  • 学会等名: 第28回 日本MRS年次大会
  • 国際学会
• [学会発表] 異なる構造を持つシラン系樹脂へのバイオフィルム付着性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐野勝彦、兼松秀行、平井信充、黒田大介、小川亜希子、幸後健
  • 学会等名: 第28回 日本MRS年次大会
  • 国際学会
• [学会発表] ５種類の細菌とそれが作るバイオフィルム形成の差異について (2018)
  • 著者名/発表者名: 兼松秀行、小川亜希子、平井信充、幸後健、黒田大介、佐野勝彦、Dana Barry
  • 学会等名: 第28回 日本MRS年次大会
  • 国際学会
• [学会発表] 定量PCRを利用した バイオフィルム定量系の構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本康太郎、小川亜希子
  • 学会等名: 新領域創成研究会2017 おおさか
• [学会発表] 生体材料のバイオフィルム感染症とコーティング剤によるその抑制 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小川亜希子、矢野真弓、佐野勝彦、兼松秀行
  • 学会等名: 化学工学会第４９回秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] LBRによる材料上でのバイオフィルム作製と解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美将誉、小川亜希子
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会第174回秋季大会
• [学会発表] 大腸菌のバイオフィルム形成と遺伝子発現との関連 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美将誉、小川亜希子
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会第174回秋季大会「鉄鋼スラグ等各種材料上へのバイオフィルム形成挙動の評価・分析とその有効利用」
• [学会発表] 表皮ブドウ球菌を用いた遺伝子発現情報利用によるバイオフィルム定量系の構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮本康太郎、小川亜希子
  • 学会等名: 異分野融合シンポジウム 微生物を基軸とした環境と電気と金属
  • 招待講演
• [学会発表] Atmospheric Corrosion of Various Spray Coated Specimens and Biofilms (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kanematsu, A. Ogawa, T. Kogo, D. Kuroda, N. Hirai
  • 学会等名: Annual Meeting of Japan Thermal Spray Society. 2017
  • 国際学会