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2018 年度 実績報告書

ヒト腸内細菌最優勢種の腸管内腔におけるポリアミン生産機構の遺伝学的解析

研究課題

研究課題/領域番号 17H05026
研究機関石川県立大学

研究代表者

栗原 新  石川県立大学, 生物資源環境学部, 寄附講座准教授 (20630966)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードポリアミン / 腸内細菌 / 酵素 / トランスポーター / プトレッシン
研究実績の概要

13 種のヒト常在性ビフィズス菌のポリアミン (プトレッシン、スペルミジンおよびスペルミン) 合成能および輸送能を解析した。試験したビフィズス菌のうち、11 種にポリアミン合成能を認め、10 種にポリアミン輸送能を認めた。さらに、各ビフィズス菌のポリアミン合成能および輸送能と既知ポリアミン合成酵素、分解酵素およびトランスポーターのホモログの有無を照らし合わせた結果、ヒト常在性ビフィズス菌が新規のポリアミン合成酵素およびトランスポーターを有することが示唆された。
腸内細菌はヒト腸管内では複雑な細菌叢を形成しているため細菌間の相互作用にも考慮する必要がある。そこで腸内細菌叢の最も単純なモデルとして、腸内細菌2菌種の混合培養を行い、ポリアミンを高生産する組み合わせをスクリーニングしたところ、腸内細菌叢最優勢54位のEnterococcus faecalisとモデル腸内細菌である大腸菌の混合培養でポリアミン生産が飛躍的に高まることを見出した。次にその産生機構を両菌の遺伝子破壊・相補株を定着させたマウスを用いて解析したところ、以下の機構が明らかとなった。すなわち、大腸菌のAdiCによって環境中から取り込まれたアルギニンが、本菌の細胞内でAdiAによってアグマチンへと変換される。このアグマチンは大腸菌のAdiCにより環境中へと放出され、放出されたアグマチンはE. faecalisのAguDによりその細胞内に取り込まれる。次にE. faecalisのAguA等の触媒する反応によりプトレッシンにまで代謝され、AguDにより環境中へと放出されることが明らかとなった。
腸内細菌の一種で、細胞外へ盛んにプトレッシンを放出することが知られているProteusu mirabilisのプトレッシントランスポーターについて、その候補となる遺伝子2種のスクリーニングに成功した。

現在までの達成度 (区分)
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

ヒト腸内常在菌叢最優勢種およびヒト健康に様々な有益な影響を与えることが知られている善玉菌であるビフィズス菌のポリアミン輸送・合成について知見が、これまでの研究でそろい、査読付き学術誌に報告することができた。また、腸内細菌は生体内では複雑な細菌叢を形成しているため、細菌間の相互作用を考慮する必要があるが、混合培養系におけるポリアミン産生機構の分子機構の一端にてついて遺伝子レベルで解明し、サイエンス姉妹誌に報告することができた。
さらに、腸内におけるポリアミン濃度を上昇させるうえで最も重要な、腸内細菌のポリアミンエクスポーターについて、新規なものの候補遺伝子を2種スクリーニングすることに成功した。

今後の研究の推進方策

ヒト腸内常在菌叢最優勢種56種の中においてBacteroidetes門に属する腸内細菌は約43%、Bacteroides属に属する腸内細菌は約36%を占めている。また、これまでの研究で、Bacteroides vulgatus、Bacteroides doreiなど数種のBacteroides属細菌が菌体外へ多量のポリアミンを放出することが知られているため、これらの細菌種が腸内のポリアミン濃度を決定している可能性が高い。そこで今後はこのBacteroides属細菌のポリアミン合成・輸送系の解明を行う。
さらに、これまでの研究で候補遺伝子がスクリーニングされたProteus mirabilisについてもポリアミンエクスポーター遺伝子の同定を行う。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Bioactive polyamine production by a novel hybrid system comprising multiple indigenous gut bacterial strategies2018

    • 著者名/発表者名
      Kitada Yusuke、Muramatsu Koji、Toju Hirokazu、Kibe Ryoko、Benno Yoshimi、Kurihara Shin、Matsumoto Mitsuharu
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 4 ページ: eaat0062

    • DOI

      10.1126/sciadv.aat0062

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of polyamine biosynthetic- and transport ability of human indigenous Bifidobacterium2018

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Yuta、Nara Misaki、Sakanaka Mikiyasu、Kitakata Aya、Okuda Shujiro、Kurihara Shin
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 82 ページ: 1606~1614

    • DOI

      10.1080/09168451.2018.1475211

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polyamine-independent growth and biofilm formation, and functional spermidine/spermine N-acetyltransferases in Staphylococcus aureus and Enterococcus faecalis2018

    • 著者名/発表者名
      Li Bin、Maezato Yukari、Kim Sok Ho、Kurihara Shin、Liang Jue、Michael Anthony J.
    • 雑誌名

      Molecular Microbiology

      巻: 111 ページ: 159~175

    • DOI

      10.1111/mmi.14145

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 腸内細菌の代謝産物が及ぼす生体への影響とその制御2019

    • 著者名/発表者名
      栗原新
    • 学会等名
      平成30年度発酵と代謝研究会 講演会 『人のインサイド空間に迫る ~Society5.0+が実現するヒューマンサスティナブルシステム~』
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒト腸内常在菌叢最優勢種の機能を培養と遺伝子操作によって解明する2019

    • 著者名/発表者名
      栗原新
    • 学会等名
      第52回無菌生物ノートバイオロジー学会」のシンポジウムⅡ「新時代を迎えた腸内常在菌研究
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒト腸内細菌Bacteroides thetaiotaomicron の カルボキシスペルミジン脱炭酸酵素の遺伝学的・生化学的解析2019

    • 著者名/発表者名
      下川ひろみ、阪中幹祥、栗原新
    • 学会等名
      日本農芸化学会2019年度大会
  • [学会発表] 尿路感染症菌 Proteus mirabilis の新規プトレッシンエクスポーターの探索2018

    • 著者名/発表者名
      太田宏一、阪中幹祥、杉山友太、栗原新
    • 学会等名
      日本ポリアミン学会 第10回年会
  • [学会発表] ヒト腸内細菌Bacteroides thetaiotaomicronのカルボキシスペルミジン脱炭酸酵素の生化学的解析2018

    • 著者名/発表者名
      下川ひろみ、阪中幹祥、栗原新
    • 学会等名
      日本ポリアミン学会 第10回年会
  • [学会発表] 培養と遺伝子操作によるヒト腸内常在菌叢最優勢種の機能解明2018

    • 著者名/発表者名
      栗原新
    • 学会等名
      腸内菌未来フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒト腸内常在菌叢優勢種Bacteroides dorei のポリアミン放出能とアルギニンデカルボキシラーゼ遺伝子の機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      阪中幹祥、杉山友太、奈良未沙希、北方彩、栗原新
    • 学会等名
      第22回腸内細菌学会大会

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公開日: 2019-12-27  

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