機能性乳酸菌を作出するための新規ゲノム改変技術の確立

• 研究課題/領域番号: 20K05818
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 福岡大学
• 研究代表者: 鹿志毛 信広 福岡大学, 薬学部, 教授 (80185751)
• 研究分担者: 佐藤 朝光 福岡大学, 薬学部, 教授 (90369025) ; 山本 雅達 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 助教 (40404537)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 乳酸菌 / ゲノム改変 / EPA / ゲノム組み込み型ベクター / 乳酸菌の遺伝子改変技術 / ゲノム組み込み型宿主―ベクター / in vivo excision システム / ゲノム組込型ベクター / 遺伝子改変 / 機能性乳酸菌 / エイコサペンタエン酸

研究開始時の研究の概要

乳酸菌をドラッグデリバリーシステムに応用する研究は急速に発展しつつあるが、その多くは薬剤耐性遺伝子を保持するプラスミドを用いた遺伝子組換え技術が用いられており、選択圧のないヒト消化管内ではプラスミドを脱落した菌が優性に出現すると考えられる。
本研究では、安定かつ安全な乳酸菌の遺伝子改変技術を確立することを目的として、ゲノム組込み型宿主―ベクターの開発と組換えによってゲノムに挿入された薬剤耐性遺伝子を除去出来るシステムの構築を行ない、このシステムを用いてエイコサペンタエン酸（EPA）を産生する組換え乳酸菌を作出し、高脂血症モデルマウスに経口投与による治療実験を行ってその有効性を検証する。

研究成果の概要

ヒト常在細菌である乳酸菌は発酵食品や医薬品の製造に古くから利用されており、ヒトに対する安全性が確立されている。本研究では『機能性乳酸菌を作出するための新規ゲノム改変技術の確立』を目指し、選択圧の無い環境下においても遺伝的形質を安定に保持し、なおかつ危険な薬剤耐性菌を生じる可能性のある薬剤耐性遺伝子を除去することが出来るゲノム組み込み型宿主―ベクターの開発と、ゲノムに配座した薬剤耐性遺伝子を除去するシステムの構築を行なった。その応用例としてエイコサペンタエン酸（EPA）合成遺伝子を乳酸菌に組み込み、予防医学的に脂質異常症の改善に活用できる経口投与可能なEPA産生乳酸菌の作製を試みた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

乳酸菌をドラッグデリバリーシステムに応用する研究では、いまだ薬剤耐性遺伝子を有するプラスミドを用いた遺伝子組換え技術に依存しており、このことは医療目的として人に直接投与するには二つの問題を生じる。
先ずプラスミドが有する薬剤耐性遺伝子に依存して薬剤選択圧の下に保持されている外来遺伝子は、選択圧のないヒト標的臓器内ではプラスミドが脱落した菌が優勢に出現することでその治療効果は低下する。次に組み換え乳酸菌の中でプラスミドに保持される薬剤耐性遺伝子の存在は思わぬ耐性菌の出現を招く危険性がある。本研究において構築されたシステムはこれらの問題を明確に回避するもので、その社会的意義は大きいと考えられる。