腸内微生物社会は如何にして形成されるのか

• 研究領域: マトリョーシカ型進化原理
• 研究課題/領域番号: 24117524
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 福田 真嗣 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科, 特任准教授 (80435677)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円); 2013年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2012年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
• キーワード: 腸内細菌 / ビフィズス菌 / 大腸菌 / 腸内エコシステム / 統合オミクス / メタボローム / 数理モデル / 相互作用 / 腸内環境 / オミクス / 微生物社会

研究概要

海洋や土壌など、地球上のあらゆる環境中には多種多様な微生物共生社会が形成されており、環境生態系を維持している。われわれヒトを含む哺乳類全般も例外ではなく、その腸管内には1,000種類以上で100兆個にもおよぶ細菌群が高密度に生息している。この腸管内で構築されている微生物社会はヒトの健康維持・増進に有用であることが知られているが、微生物社会のバランスが崩れると大腸癌や炎症性腸疾患、アレルギーなどの疾患が誘発されることも報告されている。それ故、腸内微生物社会はわれわれの健康と密接に関わっているといえるが、個々の腸内細菌がどのように振る舞うことで腸管内における複雑な共生微生物社会を形成するのか、すなわち腸内微生物社会形成機構の分子基盤は不明であった。われわれはこれまでに腸内細菌と宿主との相互作用を明らかにするための解析技術として、次世代シーケンサ―を用いたマイクロバイオーム解析や、NMRを用いたメタボローム解析など、種々のオミクス解析により得られた情報を統計科学的に集約する統合オミクス解析手法を考案した。本年度は、微生物社会形成機構の始まりを理解することを目的に、微生物社会の初期状態を構築する腸内細菌である大腸菌とビフィズス菌の2菌種をモデルとして選択し、宿主として無菌マウスにそれぞれ大腸菌またはビフィズス菌を単独定着させたノトバイオートマウス、および両者を定着させたノトバイオートマウスを作製した。これらのマウスの糞便を経時的に採取し、腸内細菌叢情報や代謝物情報を統合オミクスにより集約することで、腸内ミニマム生態系とも言える宿主－大腸菌－ビフィズス菌間の3者間ネットワークに基づく腸内微生物社会形成過程を表現する数理モデルを構築した。本モデルの解析から、腸内微生物社会の形成には微生物側の因子だけでなく、宿主側の因子も重要であることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Commensal microbe-derived butyrate induces colonic regulatory T cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro Furusawa, Yuuki Obata, Shinji Fukuda, Takaho A. Endo, Gaku Nakato, Daisuke Takahashi, Yumiko Nakanishi, Chikako Uetake, Keiko Kato, Tamotsu Kato, Masumi Takahashi, Noriko N. Fukuda, Shinnosuke Murakami, Eiji Miyauchi, Shingo Hino, Koji Atarashi, Satoshi Onawa, Yumiko Fujimura, Trevor Lockett, Julie M. Clarke, David L. Topping, Masaru Tomita, Shohei Hori, Osamu Ohara, Tatsuya Morita, Haruhiko Koseki, J un Kikuchi, Kenya Honda, Koji Hase and Hiroshi Ohno
  • 雑誌名: Nature 巻: 506 号: 7480 ページ: 446-450
  • DOI: 10.1038/nature12721
  • 査読あり
• [雑誌論文] AP-1B-Mediated Protein Sorting Regulates Polarity and Proliferation of Intestinal Epithelial Cells in Mice (2013)
  • 著者名/発表者名: Koji Hase, Fubito Nakatsu, Masumi Ohmae, Kahushi Sugihara, Noriko Shioda, Daisuke Takahashi, Yuuki Obata, Yukihiro Furusawa, Yumiko Fujimura, Taisuke Yamashita, Shinji Fukuda, Hiroshi Okamoto, Masahide Asano, Shigenobu Yonemura and Hiroshi Ohno.
  • 雑誌名: Gastroenterology 巻: 145 号: 3 ページ: 625-635
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2013.05.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] 腸エコシステムと代謝疾患 (2013)
  • 著者名/発表者名: 福田真嗣、大野博司
  • 雑誌名: 内分泌・糖尿病・代謝疾患 巻: 38 ページ: 92-99
  • NAID: 40019957815
• [雑誌論文] Robustness of gut microbiota of healthy adults in response to probiotic intervention revealed by high-throughput pyrosequencing. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kim, SW.
  • 雑誌名: DNA Research 巻: 20(in press) 号: 3 ページ: 241-253
  • DOI: 10.1093/dnares/dst006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microbiota-derived lactate accelerates colon epithelial cell turnover in starvation-refed mice (2013)
  • 著者名/発表者名: Okada T
  • 雑誌名: Nat. Commun 巻: 4巻 号: 1 ページ: 1654-1654
  • DOI: 10.1038/ncomms2668
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermophile-fermented compost as a possible scavenging feed additive to prevent peroxidation. (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto, H.
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 115(in press) 号: 2 ページ: 203-208
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.01.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of novel genes selectively expressed in the follicle-associated epithelium from the meta-analysis of transcriptomics data from multiple mouse cell and tissue populations. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi A, Donaldson DS, Kanaya T, Fukuda S, Baillie JK, Freeman TC, Ohno H, Williams IR, Mabbott NA.
  • 雑誌名: DNA Res. 巻: 19(5) 号: 5 ページ: 407-22
  • DOI: 10.1093/dnares/dss022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acetate-producing bifidobacteria protect the host from enteropathogenic infection via carbohydrate transporters. (2012)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, S.
  • 雑誌名: Gut Microbes 巻: 3 号: 5 ページ: 449-454
  • DOI: 10.4161/gmic.21214
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Ets transcription factor Spi-B is essential for the differentiation of intestinal microfold cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Kanaya, T., Hase, K., Takahashi, D., Fukuda, S., Hoshino, K., Sasaki, I., Hemmi, H., Knoop, K. A., Kumar, N., Sato, M., Katsuno, T., Yokosuka, O., Toyooka, K., Nakai, K., Sakamoto, A., Kitahara, Y., Jinnohara, T., McSorley, S. J., Kaisho, T., Williams, I. R., and Ohno, H.
  • 雑誌名: Nat Immunol 巻: 13 号: 8 ページ: 729-736
  • DOI: 10.1038/ni.2352
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exposure to probiotic Lactobacillus acidophilus L-92 modulates gene expression profiles of epithelial Caco-2 cells. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yanagihara, S.
  • 雑誌名: Journal of Medicinal Food 巻: 15 号: 6 ページ: 511-519
  • DOI: 10.1089/jmf.2012.0040
  • 査読あり
• [雑誌論文] 統合オミクスによる腸エコシステムの理解 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福田真嗣
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 30 ページ: 3255-3260
• [学会発表] 統合オミクスによる腸内エコシステムの理解 (2013)
  • 著者名/発表者名: 福田真嗣
  • 学会等名: 第29回日本微生物生態学会
  • 発表場所: 鹿児島
  • 招待講演
• [学会発表] Comprehensive understanding of gut ecosystem via multiple omics approach (2013)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, S.
  • 学会等名: International Conference of Matryoshka-type Evolution of Eukaryotic Cells
  • 発表場所: Kyoto
  • 招待講演
• [学会発表] マルチオミクスによる腸内共生システムの理解 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福田真嗣
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] Multiple omics approach identified acetate produced by probiotic bifidobacteria to protect host from enteropathogenic infection. (2012)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, S.
  • 学会等名: International Conference and Exhibition of Probiotics
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2012-11-19
  • 招待講演
• [学会発表] 腸内エコシステムの理解に向けたマルチオーミクス解析技術の構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福田真嗣
  • 学会等名: 第16回腸内細菌学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-06-14
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding the gut ecosystem via multiple omics approach. (2012)
  • 著者名/発表者名: Fukuda, S.
  • 学会等名: The International Scientific Conference on Probiotics and Prebiotics 2012
  • 発表場所: Kosice, Slovakia
  • 年月日: 2012-06-12
  • 招待講演
• [図書] 微生物機能学 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福田真嗣
  • 出版者: 三共出版