ヒトとの共生を支える腸内細菌のグリコシダーゼ～生理機能解析とその高度利用～

• 研究課題/領域番号: 22780072
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 石川県立大学
• 研究代表者: 片山 高嶺 石川県立大学, 生物資源環境学部, 准教授 (70346104)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2011年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2010年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: ヒト母乳オリゴ糖 / ビフィズス菌 / 共生 / グリコシダーゼ / 母乳オリゴ糖 / ビフィズス因子 / オリゴ糖代謝 / 腸内細菌 / ミルクオリゴ糖 / ムチン型糖鎖 / 精密オリゴ糖合成

研究概要

母乳栄養児の腸管では,授乳開始後速やかにビフィズス菌優勢な細菌叢(ビフィズスフローラ)が形成されることが知られており,それには母乳中に含まれるオリゴ糖(ヒト母乳オリゴ糖)が関与することが示唆されていたが,その詳細は不明であった.我々は,乳児の糞便から頻繁に単離されるビフィズス菌であるBifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longum subsp. infantis, Bifidobacterium longum subsp. longumより,母乳オリゴ糖に作用可能な酵素群を単離同定するとともに,これらの酵素群が実際に母乳オリゴ糖の資化に関わっていることを明らかとした.これらの成果は,母乳栄養児におけるビフィズスフローラ形成の謎を解く極めて重要な発見である.また,ヒトとビフィズス菌の共進化を示唆する興味深い知見も得られた.さらに,人工乳(粉ミルク)をより母乳に近づける目的で母乳オリゴ糖の酵素合成法を確立することを試み,母乳オリゴ糖の最大成分である2'-フコシルラクトースの合成法を開発した.

研究成果

• [雑誌論文] Bifidobacterium longum subsp. infantis uses two differentβ-galactosidases for selectively degrading type-1 and type-2 human milk oligosaccharides (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshida E, Sakurama H, Kiyohara M, Nakajima M, Kitaoka M, Ashida H, Hirose J, Katayama T, Yamamoto K, Kumagai H.
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 22 ページ: 361-368
  • URL: http://glycob.oxfordjournals.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] α-N-Acetylgalactosaminidase from infant-associated bifidobacteria belonging to novel glycoside hydrolase family 129 is implicated in alternative mucin degradation pathway (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiyohara M, Nakatomi T, Kurihara S, Fushinobu S, Suzuki H, Tanaka T, Shoda S, Kitaoka M, Katayama T, Yamamoto K, Ashida H
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 287 ページ: 693-670
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bifidobacterium longum subsp.infantis uses two different β-galactosidases for selectively degrading type-1 and type-2 human milk oligosaccharides (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshida E, Sakurama H, Kiyohara M, Nakajima M, Kitaoka M, Ashida H, Hirose J, Katayama T, Yamamoto K, Kumagai H
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 22 ページ: 361-368
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physiology of the consumption of human milk oligosaccharides by infant-gut associated bifidobacteria (2011)
  • 著者名/発表者名: Asakuma S, Hatakeyama E, Urashima T, Yoshida E, Katayama T, Yamamoto K, Kumagai H, Ashida H, Hirose J, Kitaoka M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 286 ページ: 34583-34592
  • URL: http://www.jbc.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] An exo-α-sialidase from bifidobacteria involved in the degradation of sialyloligosaccharides in human milk and intestinal glycoconjugates (2011)
  • 著者名/発表者名: Kiyohara M, Tanigawa K, Chaiwangsri T, Katayama T, Ashida H, Yamamoto K.
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 21 ページ: 437-447
  • URL: http://glycob.oxfordjournals.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of phosphoketolase : thiamine diphosphate-dependent dehydration mechanism (2010)
  • 著者名/発表者名: Suzuki R, Katayama T, Kim BJ, Wakagi T, Shoun H, Ashida H, Yamamoto K, and Fushinobu S.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 285 ページ: 34279-34287
  • URL: http://www.jbc.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overexpression, crystallization and preliminary X-ray analysis of xylulose-5-phosphate/fructose-6-phosphate phosphoketolase from Bifidobacterium breve (2010)
  • 著者名/発表者名: Suzuki R, Kim BJ, Shibata T, Iwamoto Y, Katayama T, Ashida H, Wakagi T, Shoun H, Fushinobu S, and Yamamoto K.
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F. Structural Biology and Crystallization Communications 巻: 66 ページ: 941-943
  • URL: http://journals.iucr.org/f/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cooperation ofβ-galactosidase andβ-N-acetyl-hexosaminidase from bifidobacteria in assimilation of human milk oligosaccharides with type 2 structure (2010)
  • 著者名/発表者名: Miwa M, Horimoto T, Kiyohara M, Katayama T, Kitaoka M, Ashida H, and Yamamoto K.
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 20 ページ: 1402-1409
  • URL: http://glycob.oxfordjournals.org/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of phosphoketolase : thiamine diphosphate-dependent dehydration mechanism (2010)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, R., et al.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 285 ページ: 34279-34284
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overexpression, crystallization and preliminary X-ray analysis of xylulose-5-phosphate/fructose-6-phosphate phosphoketolase from Bifidobacterium breve (2010)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, R., et al.
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F.Structural Biology and Crystallization Communications 巻: 66 ページ: 941-943
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cooperation of b-galactosidase and b-N-acetylhexosaminidase from bifidobacteria in assimilation of human milk oligosaccharides with type 2 structure (2010)
  • 著者名/発表者名: Miwa, M., et al.
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 20 ページ: 1402-1499
  • 査読あり
• [学会発表] ビフィズス菌の共生戦略 (2012)
  • 著者名/発表者名: 片山高嶺, 芦田久, 熊谷英彦, 山本憲二
  • 学会等名: 2012年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] 1,3-1,4-α-L-フコシダーゼの結晶構造解析に基づく基質特異性の構造学的基盤 (2012)
  • 著者名/発表者名: 楼間晴子, 伏信進矢, 北岡本光, 日高詩文, 芦田久, 片山高嶺, 山本憲二, 熊谷英彦
  • 学会等名: 2012年度日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2012-03-23
• [学会発表] Bifidobacterium bifidum由来の1,3-1,4-α-L-フコシダーゼの改変によるルイスa/x抗原の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 桜間晴子, 吉田永史奈, 本多裕司, 芦田久, 北岡本光, 片山高嶺, 山本憲二, 熊谷英彦
  • 学会等名: 日本応用糖質科学会平成23年度大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] ビフィズス菌のヒトミルクオリゴ糖代謝経路 (2011)
  • 著者名/発表者名: 北岡本光, 西本完, 片山高嶺, 清原正志, 和田潤, 芦田久, 山本憲二, 浦島匡
  • 学会等名: 63回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 2011-09-26
• [学会発表] ビフィズス菌によるヒトミルクオリゴ糖の分解-培養上清におけるオリゴ糖濃度の経時変化- (2011)
  • 著者名/発表者名: 片山高嶺, 朝隈貞樹, 畑山恵美, 浦島匡, 吉田永史奈, 熊谷英彦, 芦田久, 廣瀬潤子, 北岡本光, 山本憲二
  • 学会等名: 63回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 2011-09-26
• [学会発表] A UNIQUE PATHWAY OF BIFIDOBACTERIA FOR THE DEGRADATION OF HUMAN MILK OLIGOSACCHARIDES (2011)
  • 著者名/発表者名: Takane Katayama, Hisashi Ashida, Motomitsu Kitaoka, Shinya Fushinobu, Hidehiko Kumagai, and Kenji Yamamoto
  • 学会等名: International Union of Microbiological Societies 2011Congress
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] A UNIQUE PATHWAY OF BIFIDOBACTERIA FOR THE DEG RADATION OF HUMAN MILK OLIGOSACCHARIDES (2011)
  • 著者名/発表者名: Katayama T, Ashida H, Kitaoka M, Fushinobu S, Kumagai H, Yamamoto K
  • 学会等名: International Union of Microbiological Societies 2011 Congress
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] ビフィズス菌ヒトミルクオリゴ糖分解酵素を利用したフコシルオリゴ糖の調製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 片山高嶺, 本多裕司, 熊谷英彦, 山本憲二
  • 学会等名: 日本農芸化学会2011年度大会シンポジウム
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] Bifidobacterium longum subsp. infantis ATCC15697株のヒトミルクオリゴ糖分解酵素 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田永吏奈, 中島将博, 北岡本光, 廣瀬潤子, 清原正志, 片山高嶺, 山本憲二, 熊谷英彦
  • 学会等名: 日本農芸化学会2011年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2011-03-27
• [学会発表] 1,3-1,4-a-L-フコシンターゼによるルイスa/x抗原の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 櫻間晴子, ら
  • 学会等名: 日本農芸化学会2011年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Conversion of 1,2-a-L-fucosidase to 1,2-a-L-fucosynthas (2010)
  • 著者名/発表者名: Katayama, T., et al.
  • 学会等名: The 12^<th> Japanese-Swiss Meeting on Biotechnology and Bioprocess Development
  • 発表場所: Toyama
  • 年月日: 2010-10-11
• [図書] Lactic Acid Bacteria and bifidobacteria : Current Progress in Advanced Research (2011)
  • 著者名/発表者名: Kitaoka M, Katayama T, Yamamoto K
  • 総ページ数: 286
  • 出版者: Metabolic pathway of human milk oligosaccharides in bifidobacteira (Chapter 3). pp53-65
• [図書] 乳酸菌とビフィズス菌のサイエンス(ヒトミルクオリゴ糖の代謝) (2010)
  • 著者名/発表者名: 北岡本光, ら
  • 総ページ数: 668
  • 出版者: 京都大学学術出版会