炭疽菌毒素の立体構造情報に基づく新規炭疽ワクチンの開発

• 研究課題/領域番号: 18K19436
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分49:病理病態学、感染・免疫学およびその関連分野
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 東 秀明 北海道大学, 人獣共通感染症国際共同研究所, 教授 (20311227)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: タンパク質分子立体構造 / 人工分子 / 炭疽 / ワクチン抗原 / 細菌感染 / 人工抗原 / 感染予防

研究成果の概要

新規ヒト炭疽ワクチンの開発を目的として、炭疽菌毒素PAの多量体構造情報を基にin silico 分子計算を行い、ワクチン抗原分子を設計した。組換え体タンパク質として大腸菌内に産生させた人工分子を高度精製した。精製分子をin vitroで2量体化させ作出した多量体化人工分子を用い、マウス免疫試験を実施した。免疫試験で得られた血清を解析したところ、人工分子は全長PAとほぼ同等の抗原性を示し、産生された抗体は毒素中和活性を示した。免疫原性は全長PAと大きな差がみられなかったが、PA毒性発現に関わる細胞膜結合領域を欠失させた人工分子では、現行ワクチンの問題である毒性を解決できると推察された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

炭疽の予防法として、無莢膜弱毒炭疽菌が動物用炭疽生ワクチンとして世界で広く利用されている。このワクチンは、動物で炭疽予防に一定の効果を示す一方、ヒトでは重篤な副作用を示す。一部の国では、炭疽菌毒素の一つPAを利用した無細胞炭疽ワクチンをヒトに使用しているが毒性を有することから実用性に乏しい。本研究で作出した、新たな炭疽ワクチン抗原候補分子は、PAの部分構造を利用したものであり、その抗原性は従来の全長PAと同等であり、かつ産生された抗体は従来の抗原に比べ同等以上の毒素中和活性を示した。これらの事から、これまで困難とされていたヒト用炭疽ワクチン開発に関する重要な情報を示せたと考える。

研究成果

• [国際共同研究] メルボルン大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] ザンビア大学(ザンビア)
• [国際共同研究] メルボルン大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] メルボルン大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] メルボルン大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] メルボルン大学(オーストラリア)
• [雑誌論文] Complete Genome Sequences of 24 Strains of Bacillus cereus Isolated from Nosocomial Infection and Bacteremia Cases in Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Furuta Yoshikazu、Tsujinouchi Mai、Shawa Misheck、Zorigt Tuvshinzaya、Miyajima Yuya、Paudel Atmika、Suzuki Satowa、Higashi Hideaki
  • 雑誌名: Microbiology Resource Announcements 巻: 11 号: 4
  • DOI: 10.1128/mra.01203-21
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Clonal relationship between multidrug-resistant Escherichia coli ST69 from poultry and humans in Lusaka, Zambia (2022)
  • 著者名/発表者名: Shawa Misheck、Furuta Yoshikazu、Paudel Atmika、Kabunda O'Brian、Mulenga Evans、Mubanga Maron、Kamboyi Harvey、Zorigt Tuvshinzaya、Chambaro Herman、Simbotwe Manyando、Hang'ombe Bernard、Higashi Hideaki
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Letters 巻: 368 ページ: 21-24
  • DOI: 10.1093/femsle/fnac004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A GCDGC-specific DNA (cytosine-5) methyltransferase that methylates the GCWGC sequence on both strands and the GCSGC sequence on one strand (2022)
  • 著者名/発表者名: Furuta Yoshikazu、Miura Fumihito、Ichise Takahiro、Nakayama Shouta M. M.、Ikenaka Yoshinori、Zorigt Tuvshinzaya、Tsujinouchi Mai、Ishizuka Mayumi、Ito Takashi、Higashi Hideaki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 号: 3 ページ: e0265225-e0265225
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0265225
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection of revertant mosaicism in epidermolysis bullosa through Cas9‐targeted long‐read sequencing (2022)
  • 著者名/発表者名: Natsuga Ken、Furuta Yoshikazu、Takashima Shota、Nohara Takuma、Kosumi Hideyuki、Mai Yosuke、Higashi Hideaki、Ujiie Hideyuki
  • 雑誌名: Human Mutation 巻: 43 号: 4 ページ: 529-536
  • DOI: 10.1002/humu.24331
  • 査読あり
• [雑誌論文] Leptospira Is an Environmental Bacterium That Grows in Waterlogged Soil (2022)
  • 著者名/発表者名: Yanagihara Yasutake、Villanueva Sharon Y. A. M.、Nomura Naoki、Ohno Marumi、Sekiya Toshiki、Handabile Chimuka、Shingai Masashi、Higashi Hideaki、Yoshida Shin-ichi、Masuzawa Toshiyuki、Gloriani Nina G.、Saito Mitsumasa、Kida Hiroshi
  • 雑誌名: Microbiology Spectrum 巻: 15 号: 2
  • DOI: 10.1128/spectrum.02157-21
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cas9‐guided haplotyping of three truncation variants in autosomal recessive disease (2022)
  • 著者名/発表者名: Natsuga Ken、Furuta Yoshikazu、Takashima Shota、Nohara Takuma、Huang Hsin‐Yu、Shinkuma Satoru、Nakamura Hideki、Katsuda Yousuke、Higashi Hideaki、Hsu Chao‐Kai、Fukushima Satoshi、Ujiie Hideyuki
  • 雑誌名: Human Mutation 巻: - 号: 7 ページ: 877-881
  • DOI: 10.1002/humu.24385
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Regulons of AtxA, the Master Virulence Regulator of Bacillus anthracis (2021)
  • 著者名/発表者名: Furuta Yoshikazu、Cheng Cheng、Zorigt Tuvshinzaya、Paudel Atmika、Izumi Shun、Tsujinouchi Mai、Shimizu Tomoko、Meijer Wim G.、Higashi Hideaki
  • 雑誌名: mSystems 巻: 6 号: 4
  • DOI: 10.1128/msystems.00291-21
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pigs as a potential source of emerging livestock-associated Staphylococcus aureus in Africa: a systematic review (2021)
  • 著者名/発表者名: Samutela Mulemba Tillika、Kwenda Geoffrey、Simulundu Edgar、Nkhoma Panji、Higashi Hideaki、Frey Andrew、Bates Matthew、Hang'ombe Bernard M.
  • 雑誌名: International Journal of Infectious Diseases 巻: 109 ページ: 38-49
  • DOI: 10.1016/j.ijid.2021.06.023
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Silkworm model for Bacillus anthracis infection and virulence determination (2021)
  • 著者名/発表者名: Paudel Atmika、Furuta Yoshikazu、Higashi Hideaki
  • 雑誌名: Virulence 巻: 12 号: 1 ページ: 2285-2295
  • DOI: 10.1080/21505594.2021.1965830
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of ELISA based on Bacillus anthracis capsule biosynthesis protein CapA for naturally acquired antibodies against anthrax (2021)
  • 著者名/発表者名: Zorigt Tuvshinzaya、Furuta Yoshikazu、Simbotwe Manyando、Ochi Akihiro、Tsujinouchi Mai、Shawa Misheck、Shimizu Tomoko、Isoda Norikazu、Enkhtuya Jargalsaikhan、Higashi Hideaki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 16 号: 10 ページ: e0258317-e0258317
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0258317
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Risk factors and spatio-temporal patterns of livestock anthrax in Khuvsgul Province, Mongolia (2021)
  • 著者名/発表者名: Zorigt Tuvshinzaya、Ito Satoshi、Isoda Norikazu、Furuta Yoshikazu、Shawa Misheck、Norov Natsagdorj、Lkham Baasansuren、Enkhtuya Jargalsaikhan、Higashi Hideaki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 16 号: 11 ページ: e0260299-e0260299
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0260299
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distribution of amoebal endosymbiotic environmental chlamydia Neochlamydia S13 via amoebal cytokinesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Okude Miho、Matsuo Junji、Yamazaki Tomohiro、Saito Kentaro、Furuta Yoshikazu、Nakamura Shinji、Thapa Jeewan、Okubo Torahiko、Higashi Hideaki、Yamaguchi Hiroyuki
  • 雑誌名: Microbiology and Immunology 巻: 65 号: 3 ページ: 115-124
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12871
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel chromosomal insertions of ISEcp1-bla CTX-M-15 and diverse antimicrobial resistance genes in Zambian clinical isolates of Enterobacter cloacae and Escherichia coli (2021)
  • 著者名/発表者名: Misheck Shawa; Yoshikazu Furuta; Gillan Mulenga; Maron Mubanga; Evans Mulenga; Tuvshinzaya Zorigt; Christone Kaile; Manyando Simbotwe; Atmika Paudel; Bernard Hang’ombe; Hideaki HIGASHI
  • 雑誌名: Antimicrobial Resistance & Infection Control 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 79-79
  • DOI: 10.1186/s13756-021-00941-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A potential role of non-neutralizing IgA antibodies in cross-protective immunity against influenza A viruses of multiple hemagglutinin subtypes (2020)
  • 著者名/発表者名: Okuya K, Yoshida R, Manzoor R, Saito S, Suzuki T, Sasaki M, Saito T, Kida Y, Mori-Kajihara A, Kondoh T, Sato M, Kajihara M, Miyamoto H, Ichii O, Higashi H, Takada A
  • 雑誌名: J Virol 巻: - 号: 12 ページ: 408-420
  • DOI: 10.1128/jvi.00408-20
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative Analyses of the Antiviral Activities of IgG and IgA Antibodies to Influenza A Virus M2 Protein (2020)
  • 著者名/発表者名: Okuya Kosuke、Eguchi Nao、Manzoor Rashid、Yoshida Reiko、Saito Shinji、Suzuki Tadaki、Sasaki Michihito、Saito Takeshi、Kida Yurie、Mori-Kajihara Akina、Miyamoto Hiroko、Ichii Osamu、Kajihara Masahiro、Higashi Hideaki、Takada Ayato
  • 雑誌名: Viruses 巻: 12 号: 7 ページ: 780-780
  • DOI: 10.3390/v12070780
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Isolation of Candidatus Bartonella rousetti and Other Bat-associated Bartonellae from Bats and Their Flies in Zambia (2020)
  • 著者名/発表者名: Qiu Yongjin、Kajihara Masahiro、Nakao Ryo、Mulenga Evans、Harima Hayato、Hang’ombe Bernard Mudenda、Eto Yoshiki、Changula Katendi、Mwizabi Daniel、Sawa Hirofumi、Higashi Hideaki、Mweene Aaron、Takada Ayato、Simuunza Martin、Sugimoto Chihiro
  • 雑誌名: Pathogens 巻: 9 号: 6 ページ: 469-469
  • DOI: 10.3390/pathogens9060469
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A potential role of non-neutralizing IgA antibodies in cross-protective immunity against influenza A viruses of multiple hemagglutinin subtypes (2020)
  • 著者名/発表者名: Okuya K, Yoshida R, Manzoor R, Saito S, Suzuki T, Sasaki M, Saito T, Kida Y, Mori-Kajihara A, Kondoh T, Sato M, Kajihara M, Miyamoto H, Ichii O, Higashi H, Takada A
  • 雑誌名: J Virol 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Geographic distribution of cattle anthrax in Western Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: Simbotwe M, Mulenga E, Furuta Y, Muuka GM, Hang’ombe BM, Higashi H
  • 雑誌名: JJVR 巻: 67 ページ: 195-202
  • NAID: 120006648364
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Upstream sequence-dependent suppression and AtxA-dependent activation of protective antigens in Bacillus anthracis (2019)
  • 著者名/発表者名: Toyomane K, Furuta Y, Fujikura D, Higashi H
  • 雑誌名: PeerJ 巻: 7 ページ: e6718-e6718
  • DOI: 10.7717/peerj.6718
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel Sequence Type in Bacillus cereus Strains Associated with Nosocomial Infections and Bacteremia, Japan. (2019)
  • 著者名/発表者名: Akamatsu R, Suzuki M, Okinaka K, Sasahara T, Yamane K, Suzuki S, Fujikura D, Furuta Y, Ohnishi N, Esaki M, Shibayama K, Higashi H
  • 雑誌名: Emerging Infectious Diseases 巻: 25(5) 号: 5 ページ: 883-890
  • DOI: 10.3201/eid2505.171890
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Caspase-3 knockout inhibits intervertebral disc degeneration related to injury but accelerates degeneration related to aging (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi T, Yamada K, Iwasaki K, Tsujimoto T, Higashi H, Kimura T, Iwasaki N, Sudo H
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 9 号: 1 ページ: 19324-19324
  • DOI: 10.1038/s41598-019-55709-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel sequence type in Bacillus cereus strains associated with nosocomial infections and bacteremia in Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Akamatsu R, Suzuki M, Okinaka K, Sasahara T, Yamane K, Suzuki S, Fujikura D, Furuta Y, Ohnishi N, Esaki M, Shibayama K, Higashi H
  • 雑誌名: Emerg Infect Dis 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of Bacitracin Resistance Due to a Large Genomic Deletion among Bacillus anthracis Strains (2018)
  • 著者名/発表者名: Furuta Y, Harima H, Ito E, Maruyama F, Ohnishi N, Osaki K, Ogawa H, Squarre D, Hang'ombe BM, Higashi H
  • 雑誌名: mSystems 巻: 3 号: 5 ページ: 00182-18
  • DOI: 10.1128/msystems.00182-18
  • NAID: 120006543305
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development and application of a Bacillus anthracis protective antigen domain-1 in-house ELISA for the detection of anti-protective antigen antibodies in cattle in Zambia (2018)
  • 著者名/発表者名: Simbotwe Manyando、Fujikura Daisuke、Ohnuma Miyuki、Omori Ryosuke、Furuta Yoshikazu、Muuka Geoffrey Munkombwe、Hang’ombe Bernard Mudenda、Higashi Hideaki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 10 ページ: e0205986-e0205986
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0205986
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 炭疽の克服を目指して -途上国における炭疽の実状- (2021)
  • 著者名/発表者名: 東 秀明
  • 学会等名: 第70回日本感染症学会東日本地方会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Candidatus Borrelia fainii ~a new world relapsing fever borrelia in Zambia~ (2020)
  • 著者名/発表者名: Yongjin Qiu, Hideaki Higashi
  • 学会等名: Joint symposium for the control of zoonoses in Zambia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 炭疽の現状と予防対策 (2020)
  • 著者名/発表者名: 東 秀明
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会総会 シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Research Center for Zoonosis Control and Hokudai Center for Zoonosis Control in Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: Hideaki HIGASHI
  • 学会等名: 新興・再興感染症に関するアジア・アフリカ リサーチフォーラム2019
• [学会発表] 炭疽菌感染の現状と予防対策 (2018)
  • 著者名/発表者名: 東 秀明
  • 学会等名: 日本実験動物学会第7回実験動物科学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 途上国における炭疽の現状と予防対策 (2018)
  • 著者名/発表者名: 東 秀明
  • 学会等名: 第63回日本ブドウ球菌研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 炭疽 現状と新たな予防法への取組み (2018)
  • 著者名/発表者名: 東 秀明
  • 学会等名: 琉球大学熱帯生物圏研究センターセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 人獣共通感染症の克服を目指して アフリカにおける炭疽の現状 (2018)
  • 著者名/発表者名: 東 秀明
  • 学会等名: 第27回先端科学移動大学2018
  • 招待講演