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植物糖タンパク質分解酵素から紐解く成人腸内ビフィズス菌の共生関係

研究課題

研究課題/領域番号 19J20806
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分38020:応用微生物学関連
研究機関鹿児島大学

研究代表者

佐々木 優紀  鹿児島大学, 連合農学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード植物糖タンパク質 / アラビノガラクタンプロテイン / ビフィズス菌 / 糖質分解酵素 / 共生関係
研究開始時の研究の概要

成人の腸内細菌は、宿主の食事成分由来の様々な植物性多糖類を含む栄養環境下で生存しており、多種多様な糖質分解酵素を介して糖源の獲得を行っている。我々は、植物性多糖類の1つであるアラビノガラクタンプロテイン(AGP)の成人型ビフィズス菌による分解メカニズムの解明を目指している。特に、アラビアガムAGPはプレバイオティクス効果があるものの、分解酵素を介した増殖メカニズムは不明であった。これまでにアラビアガム資化性菌から資化性の鍵を握る分解酵素を発見し、そのクローニングに成功している。本研究では、さらなる詳細な機能解析を行い、腸管内でAGPをめぐるビフィズス菌間の共生関係を紐解くことを目的とした。

研究実績の概要

本研究は、腸内細菌、特にビフィズス菌が持つ植物性多糖分解酵素に着目し、その増殖メカニズムやビフィズス菌間の共生関係を解明することを目的としている。ビフィズス菌Bifidobacterium longum (B. longum) が有するアラビノガラクタン・プロテイン(AGP)分解酵素群のうち、アラビアガム由来のAGPの側鎖末端に存在するGal-α1,3-Ara (GA) を切断する3-O-α-D-galactopyranosyl-α-L-arabinofuranosidase (GAfase)と、同遺伝子クラスター上の隣接するGH36α-galactosidaseは既に解析済みである。また、昨年度までに、α-L-arabinofuranosidase (BLLJ_1850) とexo-β1,3-galactanase (BLLJ_1840) が協調的にアラビアガム分解に関わることを見出した。本年度では、BLLJ_1850がGH43_22、GH43_34の2つの触媒ドメインを有するマルチドメインの酵素であることに着目し、各触媒ドメインの機能を明らかにした。その結果、GH43_22はα1,3-Araf、GH43_34はα1,4-Arafの切断を担うことが分かった。どちらの結合様式のα-L-Arafもアラビアガムの側鎖末端に存在する構造であり、特にGH43_34ドメインがGAfase作用後のアラビアガムからのAraの遊離に大きく関わっていることが分かった。また、B. longumによるアラビアガムの最終産物として残存するRha-α1,4-GlcA-β1,6-Gal-β1,6-Galは、他の腸内共生細菌であるBacteroides vulgatusによって利用されることを見出し、腸内細菌間での共生関係を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Mechanism of Cooperative Degradation of Gum Arabic Arabinogalactan Protein by Bifidobacterium longum Surface Enzymes2022

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Yuki、Komeno Masahiro、Ishiwata Akihiro、Horigome Ayako、Odamaki Toshitaka、Xiao Jin-Zhong、Tanaka Katsunori、Ito Yukishige、Kitahara Kanefumi、Ashida Hisashi、Fujita Kiyotaka
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 88 号: 6

    • DOI

      10.1128/aem.02187-21

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterization of a GH36 α-D-Galactosidase Associated with Assimilation of Gum Arabic in <i>Bifidobacterium longum </i>subsp.<i> longum </i>JCM70522021

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Yuki、Uchimura Yumi、Kitahara Kanefumi、Fujita Kiyotaka
    • 雑誌名

      Journal of Applied Glycoscience

      巻: 68 号: 2 ページ: 47-52

    • DOI

      10.5458/jag.jag.JAG-2021_0004

    • NAID

      130008050923

    • ISSN
      1344-7882, 1880-7291
    • 年月日
      2021-06-11
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterization of a novel 3-O-α-D-galactosyl-α-L-arabinofuranosidase for the assimilation of gum arabic AGP in Bifidobacterium longum subsp. longum2021

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Yuki、Horigome Ayako、Odamaki Toshitaka、Xiao Jin-Zhong、Ishiwata Akihiro、Ito Yukishige、Kitahara Kanefumi、Fujita Kiyotaka
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 87 号: 10 ページ: 1-20

    • DOI

      10.1128/aem.02690-20

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Degradation of plant arabinogalactan proteins by intestinal bacteria: characteristics and functions of the enzymes involved.2019

    • 著者名/発表者名
      Fujita, K., Sasaki, Y. & Kitahara, K.
    • 雑誌名

      Appl Microbiol Biotechnol

      巻: 103 号: 18 ページ: 7451-7457

    • DOI

      10.1007/s00253-019-10049-0

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Bifidobacterium longumの菌株特異的なアラビアガム分解メカニズムの全容解明2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木 優紀、芦田久、石渡明弘、伊藤幸成、堀米 綾子、小田巻 俊孝、清水(肖) 金忠、北原 兼文、藤田清貴
    • 学会等名
      日本乳酸菌学会2021年度大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ビフィズス菌のアラビアガム資化性の鍵を握る3-O-α-D-galactopyranosyl-α-L-arabinofuranosidaseの機能解析2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木 優紀、堀米 綾子、小田巻 俊孝、清水(肖)金忠、石渡明弘、伊藤幸成、北原 兼文、藤田清貴
    • 学会等名
      日本応用糖質科学会2021年度大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] アラビノガラクタンプロテインに対する成人型ビフィズス菌の二糖遊離酵素の機能解析2020

    • 著者名/発表者名
      佐々木優紀、柳田真言、吉田圭祐、小田巻俊孝、清水(肖)金忠、北原兼文、藤田清貴
    • 学会等名
      日本応用糖質科学会2020年度大会(第69回)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Discovery and characterization of a key enzyme for the assimilation of gum arabic in Bifidobacterium longum subsp. longum JCM 70522019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sasaki, Ayako Horigome, Toshitaka Odamaki, Jin-Zhong Xiao, Kanefumi Kitahara, and Kiyotaka Fujita
    • 学会等名
      13th International Scientific Conference Probiotics, Prebiotics Gut Microbiota And Health 2019 (IPC2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アラビアガム資化性ビフィズス菌由来のGH36 α-galactosidaseの機能解析2019

    • 著者名/発表者名
      佐々木優紀、内村祐美、堀米綾子、小田巻俊孝、清水(肖)金忠、北原兼文、藤田清貴
    • 学会等名
      日本応用糖質科学会2019年度大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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