新しい共培養モデルを用いたヒトー腸内細菌の共生の分子基盤解明と応用展開

• 研究課題/領域番号: 18H02126
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分38020:応用微生物学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 片山 高嶺 京都大学, 生命科学研究科, 教授 (70346104)
• 研究分担者: 加藤 紀彦 京都大学, 生命科学研究科, 助教 (40724612) ; 神戸 大朋 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (90303875)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2019年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2018年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
• キーワード: 共培養 / アピカル嫌気 / 嫌気性細菌 / 腸上皮細胞 / 腸管上皮細胞 / 偏性嫌気性細菌 / 腸上皮細胞株 / 共生 / 腸内細菌

研究成果の概要

単層化Caco-2細胞のアピカル側を嫌気環境としつつ、基底膜側を好気環境に維持することが可能なアピカル嫌気培養デバイスを開発した。本デバイスを用いCaco-2細胞を5日間培養したところ、アピカル側および基底膜側の溶存酸素濃度は0.3 %以下および60 %以上に保たれており、経上皮電気抵抗値は通常のCO2インキュベーターで培養した場合と同等であった。また、蛍光免疫染色によってもタイトジャンクション形成能の維持が確認された。アピカル側培地に嫌気性腸内細菌を添加したところ、その増殖が著しく促進された。本装置を用いることでヒト腸上皮細胞と偏性嫌気性腸内細菌の共培養が可能であることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本助成においてアピカル嫌気培養デバイスの有効性を示すことが出来た。本デバイスの特許出願に基づいた共同研究を国内企業2社と進めており、2022年もしくは2023年には実用化が見込まれている。本装置が汎用化されることで、よりin vivoに近い状態で共生・疾患メカニズムを解析することが可能となると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] University College Cork(アイルランド)
• [雑誌論文] Enzymatic Adaptation of Bifidobacterium bifidum to Host Glycans, Viewed from Glycoside Hydrolyases and Carbohydrate-Binding Modules (2020)
  • 著者名/発表者名: Katoh Toshihiko、Ojima Miriam N.、Sakanaka Mikiyasu、Ashida Hisashi、Gotoh Aina、Katayama Takane
  • 雑誌名: Microorganisms 巻: 8 号: 4 ページ: 481-481
  • DOI: 10.3390/microorganisms8040481
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolutionary adaptation in fucosyllactose uptake systems supports bifidobacteria-infant symbiosis (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Sakanaka, M.E. Hansen, A. Gotoh, T. Katoh, K. Yoshida, T. Odamaki, H. Yachi, Y. Sugiyama, S. Kurihara, J. Hirose, T. Urashima, J. Xiao, M. Kitaoka, S. Fukiya, A. Yokota, L.L. Leggio, M.A. Hachem, T. Katayama
  • 雑誌名: Science Advance 巻: 5 号: 8
  • DOI: 10.1126/sciadv.aaw7696
  • NAID: 120006716596
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] A plug flow apical anaerobic incubation device that enables co-culturing of anaerobic microbes and intestinal epithelial cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Aina GOTOH, Toyoyuki HASHIMOTO, Yasuko YONEDA, Yoichi FUJIYAMA, Eiichi OZEKI, Toshihiko KATOH, Yoh-ichi TAGAWA, Yun-Gi KIM, Koji HASE, Takane KATAYAMA
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
• [学会発表] Symbiosis and co-evolution between bifidobacteria and humans, driven by human milk oligosaccharides (2019)
  • 著者名/発表者名: Takane Katayama
  • 学会等名: The 7th International conference on food factors
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 嫌気性腸内細菌と培養細胞の共培養システムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 後藤愛那・永田千夏・加藤紀彦・神戸大朋・片山高嶺
  • 学会等名: 第22回腸内細菌学会
• [学会発表] iGOEMONチャンバーの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 後藤愛那・神戸大朋・片山高嶺
  • 学会等名: 2018年日本乳酸菌学会泊まり込みセミナー
• [備考]
  • URL: http://www.bunshioutou.lif.kyoto-u.ac.jp/katayama/Member.html
• [備考]
  • URL: http://www.bunshioutou.lif.kyoto-u.ac.jp/katayama/Home.html
• [備考]
  • URL: http://www.bunshioutou.lif.kyoto-u.ac.jp/katayama/Home.html
• [産業財産権] 嫌気性細菌などの細菌と上皮細胞との共培養装置及び共培養法 (2019)
  • 発明者名: Takane Katayama, Taiho Kambe
  • 権利者名: Takane Katayama, Taiho Kambe
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019
  • 外国
• [産業財産権] 嫌気性細菌などの細菌と上皮細胞との共培養装置及び共培養法 (2019)
  • 発明者名: Takane Katayama, Taiho Kambe
  • 権利者名: Takane Katayama, Taiho Kambe
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019
  • 外国