分子進化情報を活用した耐性化の可能性が低い新たな感染制御法の確立

• 研究課題/領域番号: 19K22710
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分57:口腔科学およびその関連分野
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山口 雅也 大阪大学, 歯学研究科, 講師 (00714536)
• 研究分担者: 住友 倫子 大阪大学, 歯学研究科, 講師 (50423421) ; 中田 匡宣 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 教授 (90444497) ; 広瀬 雄二郎 大阪大学, 歯学研究科, 特任研究員 (90788407)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 肺炎球菌 / 化膿レンサ球菌 / 分子進化 / 低分子阻害剤 / ゲノムワイド関連解析 / BgaA / ゲノム解析 / 分子進化解析

研究開始時の研究の概要

現在、薬剤耐性菌の増加などにより、感染症治療の選択肢が狭まっている。本研究では、細菌の進化過程を解析し、それを活用した、薬剤標的の新たな探索手法の確立を目指す。
まず、病原細菌のゲノム情報から進化上で変異が制限された分子を統計的に同定する。次に当該遺伝子群の欠失株を作製し、マウス感染モデルにて病原性への影響を評価する。感染モデルにおいては、病原性とともに、宿主と病原体それぞれについて、遺伝子応答とサイトカイン応答を網羅的に解析する。得られた結果から、阻害剤やRNAi技術を用いた、感染による過剰な炎症応答の制御法を検討する。

研究成果の概要

本研究では、細菌の進化過程を解析し、それを活用した、薬剤標的の新たな探索手法の確立を試みた。
肺炎球菌の菌体表層タンパク質について解析し、nanAとbgaAが進化的な保存性が高いことが示された。bgaA遺伝子について解析を行い、BgaAは宿主の血管傷害を引き起こすとともに血液凝固を活性化させることで病原因子として働く可能性が示された。
また化膿レンサ球菌において、351株の情報を用いたゲノムワイド関連解析の結果、劇症型感染症と有意に相関する一塩基多型と遺伝子が検出された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

BgaAにおいて進化的に変異が制限されているコドンに着目したところ、タンパク質の構造を崩さない変異が選択されていることが示唆された。すなわち進化の保存性から酵素の機能に重要な部位が推定できる可能性が示された。
また化膿レンサ球菌において、病態と相関する遺伝的多様性が明らかになったことで、侵襲性感染症の予防や治療につながる礎となることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエゴ校(米国)
• [国際共同研究] マドラス大学(インド)
• [国際共同研究] 台湾大学(その他の国・地域)
• [国際共同研究] マドラス大学(インド)
• [国際共同研究] 台湾大学(その他の国・地域 台湾)
• [雑誌論文] Epidemiological analysis of pneumococcal strains isolated at Yangon Children’s Hospital in Myanmar via whole-genome sequencing-based methods (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Masaya、Win Hpoo Pwint Myo、Higashi Kotaro、Ono Masayuki、Hirose Yujiro、Motooka Daisuke、Okuzaki Daisuke、Aye Mya Mya、Htun Moh Moh、Thu Hlaing Myat、Kawabata Shigetada
  • 雑誌名: Microbial Genomics 巻: 7 号: 2 ページ: 000523-000523
  • DOI: 10.1099/mgen.0.000523
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Respiratory FimA-Specific Secretory IgA Antibodies Upregulated by DC-Targeting Nasal Double DNA Adjuvant Are Essential for Elimination of Porphyromonas gingivalis (2021)
  • 著者名/発表者名: Kataoka Kosuke、Kawabata Shigetada、Koyanagi Kayo、Hashimoto Yoshiya、Miyake Tatsuro、Fujihashi Kohtaro
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 12 ページ: 634923-634923
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.634923
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Streptococcus pyogenes upregulates arginine catabolism to exert its pathogenesis on the skin surface (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirose Yujiro、Yamaguchi Masaya、Sumitomo Tomoko、Nakata Masanobu、Hanada Tomoki、Okuzaki Daisuke、Motooka Daisuke、Mori Yasushi、Kawasaki Hiroshi、Coady Alison、Uchiyama Satoshi、Hiraoka Masanobu、Zurich Raymond H.、Amagai Masayuki、Nizet Victor、Kawabata Shigetada
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 34 号: 13 ページ: 108924-108924
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.108924
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Streptococcal H2O2 Inhibits IgE-triggered Degranulation of RBL-2H3 Mast Cell/Basophil Cell Line by Inducing Cell Death (2020)
  • 著者名/発表者名: Okahashi N, Nakata M, Hirose Y, Morisaki H, Kataoka H, Kuwata H, KawabataS.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 15 号: 4 ページ: e0231101-e0231101
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0231101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of decontamination methods of oral biofilms formed on screw-shaped, rough and machined surface implants: an ex vivo study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Otsuki M, Wada M, Yamaguchi M, Kawabata S, Maeda Y, Ikebe K.
  • 雑誌名: Int J Implant Dent 巻: 6 号: 1 ページ: 18-18
  • DOI: 10.1186/s40729-020-00212-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of BgaA as a pneumococcal virulence factor elucidated by molecular evolutionary analysis. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Takemura M, Higashi K, Goto K, Hirose Y, Sumitomo T, Nakata M, Uzawa N, Kawabata S.
  • 雑誌名: Front Microbiol 巻: 11 ページ: 582437-582437
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.582437
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic characterization of Streptococcus pyogenes emm89 strains isolated in Japan from 2011 to 2019. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirose Y, Yamaguchi M, Takemoto N, Miyoshi-Akiyama T, Sumitomo T, Nakata M, Ikebe T, Hanada T, Yamaguchi T, Kawahara R, Okuno R, Otsuka H, Matsumoto Y, Terashima Y, Kazawa Y, Nakanishi N, Uchida K, Akiyama Y, Iwabuchi K. Nakagawa C, Yamamoto K, Nizet V, Kawabata S.
  • 雑誌名: Infect. Microbe Dis. 巻: 2 号: 4 ページ: 160-166
  • DOI: 10.1097/im9.0000000000000038
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thermosensitive pilus production by FCT type 3 Streptococcus pyogenes controlled by Nra regulator translational efficiency. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakata M, Sumitomo T, Patenge N, Kreikemeyer B, Kawabata S.
  • 雑誌名: Mol Microbiol 巻: 113 号: 1 ページ: 173-189
  • DOI: 10.1111/mmi.14408
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Streptococcus pneumoniae surface adhesin PfbA exhibits host specificity by binding to human serum albumin but not bovine，rabbit and porcine serum albumins． (2020)
  • 著者名/発表者名: Sankar S，Yamaguchi M，Kawabata S，Ponnuraj K．
  • 雑誌名: Protein J. 巻: 39 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1007/s10930-019-09875-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Streptococcus pneumoniae evades host cell phagocytosis and limits host mortality through its cell wall anchoring protein PfbA. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Hirose Y, Takemura M, Ono M, Sumitomo T, Nakata M, Terao Y, Kawabata S.
  • 雑誌名: Front Cell Infect Microbiol 巻: 9 ページ: 301-301
  • DOI: 10.3389/fcimb.2019.00301
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Streptococcus pyogenes transcriptome changes in the inflammatory environment of necrotizing fasciitis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirose Y, Yamaguchi M, Okuzaki D, Motooka D, Hamamoto H, Hanada T, Sumitomo T, Nakata M, Kawabata S.
  • 雑誌名: Appl Environ Microbiol 巻: 85 号: 21
  • DOI: 10.1128/aem.01428-19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ミャンマーで分離された肺炎球菌のシーケンス情報を用いた遺伝子プロファイリングとパンゲノム解析． (2021)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也，Hpoo Pwint Myo Win，大野誠之，東孝太郎，広瀬雄二郎，Mya Mya Aye，Moh Moh Htun，Hlaing Myat Thu，川端重忠．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 細胞接着分子を標的とする病原性レンサ球菌の感染戦略． (2021)
  • 著者名/発表者名: 住友倫子．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 鼻咽腔に定着する肺炎球菌が非血行性に脳へ伝播する機構の解析． (2021)
  • 著者名/発表者名: 高原悠樹，住友倫子，河野正充，山口雅也，中田匡宣，保富宗城，川端重忠．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] emm89型化膿レンサ球菌による侵襲性感染症の発症因子の遺伝統計学的探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大野誠之，山口雅也，広瀬雄二郎，東孝太郎，竹本訓彦，秋山徹，住友倫子，池辺忠義，川端重忠．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 結晶構造解析に基づく化膿レンサ球菌におけるヒアルロン酸分解酵素の分子機構解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 東 孝太郎，山口雅也，中田匡宣，武部克希，住友倫子，鈴木守，川端重忠．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 交互積層細胞コーティング技術を用いた三次元呼吸器モデルの構築． (2020)
  • 著者名/発表者名: 赤松由佳子，赤木隆美，住友倫子，川端重忠，明石満．
  • 学会等名: 第19回再生医療学会総会
• [学会発表] ミャンマーで分離された肺炎球菌のゲノム情報に基づいた分子疫学解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也，川端重忠．
  • 学会等名: 第94回日本感染症学会総会
• [学会発表] レンサ球菌感染症の重症化機構の解明―新たな感染制御法の開発を目指して―． (2020)
  • 著者名/発表者名: 住友倫子．
  • 学会等名: 第62回歯科基礎医学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 血清型M49型Streptococcus pyogenes のCvfAは病原因子の発現と温度依存性の線毛産生に関与する． (2020)
  • 著者名/発表者名: 窪田星子，中田匡宣，広瀬雄二郎，山口雅也，住友倫子，川端重忠．
  • 学会等名: 第62回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] インフルエンザに合併する細菌性肺炎の重症化機構． (2020)
  • 著者名/発表者名: 住友倫子．
  • 学会等名: 第31回日本生体防御学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] 肺炎球菌のニューモライシンに依存する非血行性脳伝播機構の解析． (2020)
  • 著者名/発表者名: 高原悠樹，住友倫子，河野正充，山口雅也，中田匡宣，保富宗城，川端重忠．
  • 学会等名: 第73回日本細菌学会関西支部総会
• [学会発表] Streptococcus pyogenesのCvfAと温度依存性の線毛産生機構の解析． (2020)
  • 著者名/発表者名: 窪田星子，中田匡宣，広瀬雄二郎，山口雅也，住友倫子，川端重忠．
  • 学会等名: 第73回日本細菌学会関西支部総会
• [学会発表] 化膿レンサ球菌におけるヒアルロン酸分解酵素の分子系統解析およびタンパク質結晶構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 東孝太郎，山口雅也，中田匡宣，武部克希，住友倫子，鈴木守，川端重忠．
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] emm89型化膿レンサ球菌による侵襲性感染症のゲノム配列に基づく発症機構の解明． (2020)
  • 著者名/発表者名: 大野誠之，山口雅也，広瀬雄二郎，東孝太郎，竹本訓彦，秋山徹，住友倫子，池辺忠義，山口貴弘，河原隆二，奥野ルミ，大塚仁，松本裕子，寺島祐司，賀澤優，中西典子，内田薫，秋山由美，岩渕香織，中川力，山本一成，川端重忠．
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 交互積層細胞コーティング技術を用いた三次元肺上皮・気道モデルの構築． (2020)
  • 著者名/発表者名: 赤松由佳子，赤木隆美，住友倫子，川端重忠，明石満．
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 肺炎球菌の菌体表層タンパク質群に着目した病態形成機構の解明． (2020)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也．
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 肺炎球菌の菌体表層タンパク質BgaAが病態形成に果たす役割． (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹村萌，山口雅也，広瀬雄二郎，住友倫子，中田匡宣，川端重忠．
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会総会
• [学会発表] Streptococcus pyogenes emm 89型の侵襲性に寄与する因子の検索． (2020)
  • 著者名/発表者名: 広瀬雄二郎，山口雅也，秋山徹，竹本訓彦，奥野ルミ，山口貴弘，大塚仁，住友倫子，中田匡宣，川端重忠．
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会総会
• [学会発表] インフルエンザに続発する細菌性肺炎の発症におけるGP96の機能解析． (2020)
  • 著者名/発表者名: 住友倫子，中田匡宣，長瀬賢史，高原悠樹，山口雅也，岡本成史，川端重忠．
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会総会
• [学会発表] mRNAサーモセンサーにより制御される化膿レンサ球菌の温度感受性線毛産生． (2020)
  • 著者名/発表者名: 中田匡宣．
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 化膿レンサ球菌のアルギニン代謝系は皮膚上で病原性発揮機構に寄与する． (2019)
  • 著者名/発表者名: 広瀬雄二郎，山口雅也，住友倫子，川端重忠．
  • 学会等名: 第93回日本感染症学会総会
• [学会発表] 化膿レンサ球菌による温度依存性の線毛産生(Temperature-dependent pilus production of Streptococcus pyogenes). (2019)
  • 著者名/発表者名: 中田匡宣，住友倫子，川端重忠.
  • 学会等名: 第92回日本細菌学会総会
• [学会発表] Influenza virus-induced dysfunction of pulmonary epithelial barrier promotes secondary bacterial infection. (2019)
  • 著者名/発表者名: 住友倫子.
  • 学会等名: 第92回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Streptococcus pyogenes のアルギニン代謝系が病変形成に果たす役割の解析. (2019)
  • 著者名/発表者名: 広瀬雄二郎，山口雅也，毛利泰士，後藤花奈，住友倫子，中田匡宣，川端重忠.
  • 学会等名: 第92回日本細菌学会総会
• [学会発表] Component analysis of cell-wall anchored pili in Streptococcus sanguinis. (2019)
  • 著者名/発表者名: 李怡萱，中田匡宣，岡橋暢夫，山口雅也，住友倫子，川端重忠.
  • 学会等名: 第92回日本細菌学会総会
• [学会発表] Involvement of two-component regulatory system TCS08 in pneumococcal pneumonia pathogenesis. (2019)
  • 著者名/発表者名: 本多-小川真理子，住友倫子，Dalia Hamd，毛利泰士，山口雅也，中田匡宣，川端重忠.
  • 学会等名: 第92回日本細菌学会総会
• [学会発表] 肺炎球菌の β-ガラクトシダーゼ BgaA の進化的な保存性と病態に 果たす役割の解析. (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹村萌，山口雅也，後藤花奈，広瀬雄二郎，住友倫子，中田匡宣，川端重忠.
  • 学会等名: 第92回日本細菌学会総会
• [学会発表] 進化的な保存性の評価に基づく肺炎球菌の病原因子の探索. (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也，後藤 花奈，竹村 萌，広瀬 雄二郎，住友 倫子，中田 匡宣，川端重忠.
  • 学会等名: 第92回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 日本における劇症型感染症由来Streptococcus pyogenes emm 89型の解析． (2019)
  • 著者名/発表者名: 広瀬雄二郎，山口雅也，奥野ルミ，秋山徹，菅原庸，浜田茂幸，住友倫子，中田匡宣，川端重忠．
  • 学会等名: 第51回レンサ球菌研究会
• [学会発表] Two-component regulatory system TCS08 contributes to pathogenesis in pneumococcal pneumonia． (2019)
  • 著者名/発表者名: Sumitomo T，Hamd DT，Honda-Ogawa M，Mori Y，Yamaguchi M，Nakata M，Kawabata S．
  • 学会等名: ASM Microbe 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 肺炎球菌のβ-ガラクトシダーゼBgaAは敗血症の病原因子として働く． (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹村萌，山口雅也，住友倫子，中田匡宣，鵜澤成一，川端重忠．
  • 学会等名: 大阪大学歯学会第128回例会
• [学会発表] Streptococcus pneumoniae のコリン結合タンパク質CbpJおよびCbpLの機能解析． (2019)
  • 著者名/発表者名: 後藤花奈，山口雅也，川端重忠．
  • 学会等名: 大阪大学歯学会第128回例会
  • 招待講演
• [学会発表] 宿主―細菌相互作用による肺炎重症化メカニズム解析． (2019)
  • 著者名/発表者名: 土門久哲，永井康介，山口雅也，川端重忠，寺尾豊．
  • 学会等名: 第13回細菌学若手コロッセウムin みやぎ蔵王
• [学会発表] 肺炎球菌の菌体表層タンパク質PfbAが自然免疫系に対して果たす役割の解明． (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也，広瀬雄二郎，竹村萌，大野誠之，住友倫子，中田匡宣，寺尾豊，川端重忠．
  • 学会等名: 第13回細菌学若手コロッセウムin みやぎ蔵王
• [学会発表] マウス壊死性筋膜炎モデルの感染局所におけるStreptococcus pyogenesの遺伝子発現解析． (2019)
  • 著者名/発表者名: 花田知己，広瀬雄二郎，山口雅也，住友倫子，中田匡宣，川端重忠．
  • 学会等名: 第61回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] インフルエンザ感染によるGP96シャペロンの活性化は肺炎球菌の肺胞上皮細胞への付着を亢進させる． (2019)
  • 著者名/発表者名: 住友倫子，中田匡宣，山口雅也，川端重忠．
  • 学会等名: 第61回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] Restoration of intact nra into serotype M18 Streptococcus pyogenes restored thermosensitive pilus production. (2019)
  • 著者名/発表者名: Li Y，Nakata M，Sumitomo T，Hirose Y，Takemura M，Yamaguchi M，Okahashi N，Kawabata S.
  • 学会等名: 第61回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] Streptococcus pyogenesは低グルコース環境においてアルギニン代謝依存的に遺伝子発現を変動させる． (2019)
  • 著者名/発表者名: 広瀬雄二郎，山口雅也，花田知己，住友倫子，中田匡宣，川端重忠．
  • 学会等名: 第61回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] Streptococcus pneumoniaeは種特異的なタンパク質PfbAにより過剰な免疫応答を伴う宿主の死亡を抑制する． (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也，広瀬雄二郎，竹村萌，大野誠之，住友倫子，中田匡宣，寺尾豊，川端重忠．
  • 学会等名: 第61回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 温度感受性転写因子の翻訳効率に依存する化膿レンサ球菌の線毛発現． (2019)
  • 著者名/発表者名: 中田匡宣，住友倫子，川端重忠．
  • 学会等名: 第61回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] Restoration of transcriptional regulator nra in serotype M18 Streptococcus pyogenes leads to phenotypic change． (2019)
  • 著者名/発表者名: Li Y，Nakata M，Sumitomo T，Hirose Y，Takemura M，Yamaguchi M，Kawabata S.
  • 学会等名: 第7回口腔微生物研究会
• [学会発表] Identification of pneumococcal virulence factors based on selective pressure analysis． (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也．
  • 学会等名: 2019年「先進ゲノム支援」拡大班会議
• [図書] 第III編 第3章 肺炎と微生物叢．（ヒト常在菌叢と生理機能・全身疾患） (2020)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也，川端重忠
  • 総ページ数: 325
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781315195
• [図書] Detection of Fibronectin-Binding Proteins of Streptococcus pyogenes Using Ligand Blot Analysis. In: Proft T., Loh J. (eds) Group A Streptococcus. Methods in Molecular Biology (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakata M., Kawabata S.
  • 総ページ数: 417
  • 出版者: Humana
  • ISBN: 9781071604663
• [備考] 大阪大学 大学院歯学研究科 口腔細菌学教室
  • URL: https://web.dent.osaka-u.ac.jp/mcrbio/
• [備考] 口腔細菌学教室 山口雅也助教
  • URL: https://www.hs.ura.osaka-u.ac.jp/yamaguchimasaya/
• [備考] 科研費研究成果トピックス
  • URL: https://www.jsps.go.jp/j-grantsinaid/37_topics/index.html