閉鎖環境における微生物の変遷

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 宇宙からひも解く新たな生命制御機構の統合的理解
• 研究課題/領域番号: 15H05946
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 那須 正夫 大阪大学, 薬学研究科, 教授 (90218040)
• 研究分担者: 嶋津 徹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 主幹開発員 (20639158) ; 谷 佳津治 大阪大谷大学, 薬学部, 教授 (50217113) ; 杉田 隆 明治薬科大学, 薬学部, 教授 (10312076) ; 槇村 浩一 帝京大学, 公私立大学の部局等, 教授 (00266347) ; 堀 克敏 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50302956) ; 山口 進康 大阪大学, 薬学研究科, 准教授 (20252702) ; 山崎 丘 帝京大学, 公私立大学の部局等, 講師 (70301174) ; 内井 喜美子 大阪大谷大学, 薬学部, 助教 (90469619) ; 中谷 肇 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80456615) ; 一條 知昭 大阪大学, 薬学研究科, 助教 (20513899) ; 藤山 英保 鳥取大学, 農学部, 特任教授 (90108796)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 閉鎖環境 / 微生物動態 / 微小重力 / 遺伝子伝播 / バイオフィルム

研究実績の概要

１．「高度に管理されたモデル空間におけるMicrobial worldの解明」
厳密な基準のもとに高度に管理された環境である医薬品製造施設を対象とした微生物叢の網羅解析の予備検討として、施設内の管理区域における浮遊細菌数を定量的PCR法および培養法により測定した。その結果、培養法では浮遊微生物は細菌、真菌それぞれ１コロニーずつ形成したのみであったが、定量的PCR法では細菌数が10^2～10^4 cells/m^3となり、培養法による測定結果と比較し、より高精度に測定できることを確認した。また、培養法により分離された微生物種は、Bacillus subtilisおよびCladosporium halotoleransと同定された。
２．「微小重力下における微生物の生存戦略」
（１）B. subtilisを用い、微小重力下における細菌の遺伝子獲得能について検討した。B. subtilisを受容菌として、外来DNAには直鎖状プラスミドpDG1662を使用し、低せん断力環境下と通常重力下での形質転換効率を求めた。その結果、両者に有意な差はなかった。
（２）バイオフィルム形成の初期段階である細胞の凝集と付着について、低せん断力環境下における挙動を観察し、低せん断力環境下では、重力下と比較して速やかに凝集塊の成長が見られた。
（３）これまでにISS滞在中の宇宙飛行士の皮膚ではMalasseziaが優位になることを見いだしたことから、微小重力環境下でMalasseziaによる長期暴露を受けた場合の有害事象の可能性を考察するために、疑似微小重力下での当該菌種の遺伝子変動について検討した。3Dクリノスタットを使ってMalasseziaを培養し、1G環境培養株と共にRNA発現を網羅的に解析した。微小重力環境培養株に有意に発現した遺伝子は、環境ストレス応答に対応する核酸合成・修復に関連していた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

初年度の研究実施計画は、（１）医薬品製造施設を対象とした現存量測定、網羅的な系統解析、（２）バイオイメージング法などを用いた擬似微小重力下でのバイオフィルム形成の解析、（３）標準菌株を用いた擬似微小重力下での遺伝子伝播頻度の測定を挙げていた。
（１）については、医薬品製造施設を対象とした環境微生物の解析を予備的に実施しており、（２）、（３）については、擬似微小重力下において、形質転換頻度の測定や、バイオフィルム形成の初期段階である細胞の凝集の解析を行った。総合して、おおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

１．「高度に管理されたモデル空間におけるMicrobial worldの解明」
モデル環境としての医薬品製造施設を対象とした微生物叢の網羅解析を推し進めるとともに、JAXA閉鎖環境適応訓練設備を用いた有人実験の被験者から採取された皮膚微生物検体の微生物叢（細菌および真菌）を網羅的に解析し、ヒトと微生物との関係について検討する。また、閉鎖環境における微生物群集とヒトおよび環境に与える影響を考察する。
２．「微小重力下における微生物の生存戦略」
微小重力の遺伝子伝播への影響については、形質転換に加えて、接合や形質導入についても検討を進める。また、細菌の環境適応の観点から、機能・形態に対する微小重力の影響についても検討する。バイオフィルム形成については、微小重力下での凝集塊の成長における運動エネルギーおよびブラン運動の影響について数理モデルを提唱し、実験によりモデルの検証をおこなう。

研究成果

• [雑誌論文] Microbes and crewed space habitat (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuyasu Yamaguchi, Masao Nasu
  • 雑誌名: Journal of Disaster Research 巻: 10 ページ: 1022-1024
  • DOI: 10.20965/jdr.2015.p1022
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bacterial monitoring in the Internationas Space Station-“Kibo” (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Ichijo, Nobuyasu Yamaguchi, Masao Nasu
  • 雑誌名: Journal of Disaster Research 巻: 10 ページ: 1035-1039
  • DOI: 10.20965/jdr.2015.p1035
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 皮膚マイクロバイオーム環境の適正化：細菌と真菌の相互作用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 齊藤 知慧、張 音実、杉田 隆
  • 学会等名: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・川崎市）
  • 年月日: 2016-03-27
• [学会発表] 宇宙飛行士の皮膚真菌マイクロバイオーム解析と擬似微小重力環境におけるマイクロバイオームの遺伝子発現変動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉田 隆、齊藤 知慧、張 音実
  • 学会等名: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・川崎市）
  • 年月日: 2016-03-27
• [学会発表] RNA-seq of Malassezia restricta under microgravity: space flight simulation (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉田 隆、張 音実、渡辺 愛弓、齋藤 智慧、石岡 憲昭
  • 学会等名: 第89回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 大阪国際交流センター（大阪府・大阪市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] バイオフィルムの形成メカニズムと細胞表層分子の役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中谷 肇
  • 学会等名: 膜工学サロン 講演会
  • 発表場所: 神戸大学（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2016-03-17
  • 国際学会
• [学会発表] アシネトバクター属由来の表層ナノファイバーを用いたペプチド提示技術の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中谷 肇、堀 克敏
  • 学会等名: 化学工学会第81年会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] "Application of a fibrous trimeric autotransporter adhesin from Acinetobacter sp. Tol 5 to the nanofiber display system" (2015)
  • 著者名/発表者名: Hajime Nakatani, Katsutoshi Hori
  • 学会等名: The 6th iBioK Asian Symposium
  • 発表場所: Kobe University（Hyogo, Japan）
  • 年月日: 2015-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] 国際宇宙ステーションにおける微生物モニタリング：遺伝子発現を指標とした細菌活性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中辻 愛子、手島 規美子、森 美紀子、空閑 巨樹、那須 正夫、内井 喜美子、谷 佳津治
  • 学会等名: 第65回日本薬学会近畿支部総会・大会
  • 発表場所: 大阪大谷大学（大阪府・富田林市）
  • 年月日: 2015-10-17
• [学会発表] NGS を活用した医真菌研究の実際 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉田 隆、張 音実、高島 昌子、杉田 隆、張 音実、高島 昌子
  • 学会等名: 第59回日本医真菌学会総会・学術大会
  • 発表場所: ホテルさっぽろ芸文館（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2015-10-09
  • 国際学会
• [学会発表] 微小重力下におけるMalasseziaの遺伝子発現変動の解析―宇宙長期滞在にむけた情報取得― (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉田 隆、齋藤 知慧、張 音実
  • 学会等名: 第59回日本医真菌学会総会・学術大会
  • 発表場所: ホテルさっぽろ芸文館（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2015-10-09
• [学会発表] 菌叢バランスの制御による皮膚環境の適正化―StaphylococcusとMalasseziaの相互作用― (2015)
  • 著者名/発表者名: 斉藤 知慧、張 音実、杉田 隆
  • 学会等名: 第59回日本医真菌学会総会・学術大会
  • 発表場所: ホテルさっぽろ芸文館（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2015-10-09
• [学会発表] 「有人宇宙活動と微生物」：国際宇宙ステーションに滞在する宇宙飛行士の皮膚微生物叢の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉田 隆
  • 学会等名: 日本宇宙生物科学会第29回大会
  • 発表場所: 帝京大学（東京都・板橋区）
  • 年月日: 2015-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] 疑似微小重力環境が皮膚常在菌 Malassezia の遺伝子発現に与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 張 音実、渡辺 愛弓、杉田 隆、石岡 憲昭
  • 学会等名: 日本宇宙生物科学会第29回大会
  • 発表場所: 帝京大学（東京都・板橋区）
  • 年月日: 2015-09-26
• [学会発表] Staphylococcus aureus と Malassezia による菌叢バランスの理解と制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 斉藤 知慧、張 音実、杉田 隆
  • 学会等名: 第59回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 日本大学薬学部（千葉県・船橋市）
  • 年月日: 2015-09-12