低濃度・長期慢性暴露における鉛の毒性発現に腸内細菌叢が関係するか？

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17KK0009
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 中山 翔太 北海道大学, 獣医学研究院, 助教 (90647629)
• 研究期間 (年度): 2018 – 2020
• キーワード: 鉛汚染 / 腸内細菌叢 / 低濃度暴露 / 慢性暴露 / 毒性発現 / カブウェ鉱床 / 次世代シークエンス解析

研究実績の概要

本研究では、低濃度・中濃度・高濃度の鉛濃度が検出された子供を対象に、血中・尿中・糞便中の鉛濃度の推移および糞便を用いた腸内細菌叢解析を行い、鉛暴露が腸内細菌叢に及ぼす影響を解明する。
本事業中にザンビアに5回渡航しカウンターパートのJohn Yabe講師とディスカッションおよびサンプリングを実施した。現地で必要となるゲノム抽出装置、PCR装置などのラボのセッティングは初年度前半の渡航で完了した。約800名の子供から血液、尿、および糞便を収集した。現地クリニックにおけるオンサイト血液中鉛濃度測定を終了し、低濃度から高濃度の広範囲における血中鉛濃度を示す検体を集めた。糞便由来の腸内細菌叢解析を実施するためザンビア大学獣医学部に設置したラボにおいて細菌ゲノムを抽出した。これらの試料を対象に金属濃度および細菌叢解析を実施し、大規模なデータ取得が完了した。現在、これらのビッグデータを解析している段階である。対象を人だけでなく、人と生活圏を共有する野生ラットにも拡大し、血液、各種臓器、胃内容物、糞便を採取し、人では不可能な臓器中の金属濃度と細菌叢との関連を明らかにする。
共同研究の重要な目的である途上国における環境学・毒性学の研究者育成のためにザンビア大学より研究者を招聘し技術移転を実施した。招聘者はザンビア大学の学生に教育・指導を実施しており、当該分野の推進に貢献している。
2019年度より治療プロジェクトを遂行する世界銀行(World Bank)の担当者と実施計画のディスカッションを実施した。本共同研究のカウンターパートであるJohn YabeはWorld Bankプロジェクトにおけるメンバーでもあり、当該研究との連携の役割を担うことを確認した。

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

昨年度に引き続きザンビアに渡航し共同研究を推進した。当該年度も試料採取を実施した。これらの試料を対象に当該年度も金属濃度および細菌叢解析を実施し、大規模なデータ取得が完了した。現在、これらのビッグデータを解析している段階である。さらに本年度は対象を人だけでなく、人と生活圏を共有する野生ラットにも拡大し、血液、各種臓器、胃内容物、糞便を採取した。これらの試料は人では不可能な臓器中の金属濃度や細菌叢との関連を明らかにすることができる優位性を持っている。
共同研究の重要な目的である途上国における環境学・毒性学の研究者育成のためにザンビア大学より研究者を招聘し技術移転を実施した。招聘者はザンビア大学の学生に教育・指導を実施しており、当該分野の推進に貢献している。
鉛濃度の高い住民に対する治療プロジェクトを遂行する世界銀行(World Bank)の担当者であるPaul MukukaおよびRuma Tavorathと実施計画のディスカッションを実施した。本共同研究のカウンターパートであるJohn YabeはWorld Bankプロジェクトにおけるメンバーでもあり、当該研究との連携の役割を担うことを確認した。

今後の研究の推進方策

最終年度となる３年度目については、これまでにデータを取得済みの金属濃度およびシークエンス解析のデータにおける関連性を多変量解析などの統計学的解析をもとに明らかにする。得られたデータをもとにマウス・ラットなどの実験動物を用いた暴露実験からデータの再現性を実証し、金属暴露が腸内細菌叢に及ぼす影響を解明する。新型コロナウイルス感染症の拡大により、予定通りにザンビアへの渡航ができない可能性もあるが、既に充分な試料は入手しており、解析データも取得していることから支障はないと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Factors associated with lead (Pb) exposure on dogs around a Pb mining area, Kabwe, Zambia (2020)
  • 著者名/発表者名: Toyomaki Haruya、Yabe John、Nakayama Shouta M.M.、Yohannes Yared B.、Muzandu Kaampwe、Liazambi Allan、Ikenaka Yoshinori、Kuritani Takeshi、Nakagawa Mitsuhiro、Ishizuka Mayumi
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 247 ページ: 125884～125884
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.125884
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Current trends of blood lead levels, distribution patterns and exposure variations among household members in Kabwe, Zambia (2020)
  • 著者名/発表者名: Yabe John、Nakayama Shouta MM.、Nakata Hokuto、Toyomaki Haruya、Yohannes Yared B.、Muzandu Kaampwe、Kataba Andrew、Zyambo Golden、Hiwatari Masato、Narita Daiju、Yamada Daichi、Hangoma Peter、Munyinda Nosiku Sipilanyambe、Mufune Tiza、Ikenaka Yoshinori、Choongo Kennedy、Ishizuka Mayumi
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 243 ページ: 125412～125412
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.125412
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bioimaging of Pb and STIM1 in mice liver, kidney and brain using Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) and immunohistochemistry (2020)
  • 著者名/発表者名: Togao Masao、Nakayama Shouta M.M.、Ikenaka Yoshinori、Mizukawa Hazuki、Makino Yoshiki、Kubota Ayano、Matsukawa Takehisa、Yokoyama Kazuhito、Hirata Takafumi、Ishizuka Mayumi
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 238 ページ: 124581～124581
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.124581
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] One year exposure to Cd- and Pb-contaminated soil causes metal accumulation and alteration of global DNA methylation in rats (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Shouta M.M.、Nakata Hokuto、Ikenaka Yoshinori、Yabe John、Oroszlany Balazs、Yohannes Yared B.、Bortey-Sam Nesta、Muzandu Kaampwe、Choongo Kennedy、Kuritani Takeshi、Nakagawa Mitsuhiro、Ishizuka Mayumi
  • 雑誌名: Environmental Pollution 巻: 252 ページ: 1267～1276
  • DOI: 10.1016/j.envpol.2019.05.038
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solidification of sand by Pb(II)-tolerant bacteria for capping mine waste to control metallic dust: Case of the abandoned Kabwe Mine, Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: Mwandira Wilson、Nakashima Kazunori、Kawasaki Satoru、Ito Mayumi、Sato Tsutomu、Igarashi Toshifumi、Chirwa Meki、Banda Kawawa、Nyambe Imasiku、Nakayama Shouta、Nakata Hokuto、Ishizuka Mayumi
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 228 ページ: 17～25
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.04.107
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Assessing the population-wide exposure to lead pollution in Kabwe, Zambia : blood lead level estimation based on survey data (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiwatari M, Yamada D, Hangoma P, Narita D, Mphuka C, Chitah B, Yabe J, Nakayama SMM, Nakata H, Choongo K, Ishizuka M
  • 雑誌名: Faculty of Economics and Business, Hokkaido University, Discussion Paper, Series A 巻: 338 ページ: 1-28
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] アフリカのザンビア共和国カブウェでの地下水の鉛汚染の移動経路の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: Shota NAKANO, Kazuhiro TOYODA, Shunitz TANAKA, Kawawa BANDA, Imasiku A. NYAMBE, Tsuyoshi ISHIKAWA, Shouta MM NAKAYAMA, Mayumi ISHIZUKA
  • 学会等名: 放射化分析及び中性子を用いた地球化学的研究
• [学会発表] Blood Lead Levels and ALAD Promoter Methylation among Environmental Lead-Exposed Children from Kabwe, Zambia (2020)
  • 著者名/発表者名: YARED B. Yohannes, Nakayama SMM, Yabe J, Toyomaki H, Kataba A, Muzandu K, Nakata H, Ikenaka Y, Choongo K, Ishizuka M
  • 学会等名: International Symposium on Chemical Hazard in Wildlife
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of environmentally relevant lead (Pb) acute exposure on the locomotion behaviour and molecular subcellular responses in the larvae of Danio rerio (zebrafish) (2020)
  • 著者名/発表者名: Andrew Kataba,Tarryn Lee Botha,Shota MM Nakayama,Yoshinori Ikenaka, Victor Wepener, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: International Symposium on Chemical Hazard in Wildlife
  • 国際学会
• [学会発表] Organ Pb distribution and temporal change of blood Pb concentrations with oral administration of Pb bullets in waterfowls and raptors (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi SATO, Chihiro ISHII, Shouta M. M. NAKAYAMA, Takahiro ICHISE, Keisuke SAITO, Yukiko WATANABE, Kohei OGASAWARA, Ryota TORIMOTO, Atushi KOBAYASHI, Takashi KIMURA, Yoshinori IKENAKA, Mayumi ISHIZUKA
  • 学会等名: International Symposium on Chemical Hazard in Wildlife
  • 国際学会
• [学会発表] Screening of metal-related toxicity in residents of Kabwe, Zambia (2020)
  • 著者名/発表者名: Hokuto Nakata, Shouta MM Nakayama, John Yabe, Kaampwe Muzandu, Haruya Toyomaki, Yared B Yohannes, Andrew Kataba, Golden Zyambo, Yoshinori Ikenaka, Kennedy Choongo, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: International Symposium on Chemical Hazard in Wildlife
  • 国際学会
• [学会発表] Relationship of lead (Pb) exposure between infants and mothers around Pb mining area in Kabwe, Zambia (2020)
  • 著者名/発表者名: Haruya Toyomaki, John Yabe, Shouta M.M. Nakayama, Yared B. Yohannes, Kaampwe Muzandu, Yoshinori Ikenaka, Hokuto Nakata, Kennedy Choongo, Takeshi Kuritani, Mitsuhiro Nakagawa and Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: International Symposium on Chemical Hazard in Wildlife
  • 国際学会
• [学会発表] ザンビア共和国における鉛汚染問題解決に向けて~多分野融合アプローチによる実践~ (2020)
  • 著者名/発表者名: 中山翔太
  • 学会等名: 令和元年度 日本学術振興会育志賞研究発表会
• [学会発表] Gene Specific Promoter Methylation of Lead Exposure Biomarker Genes in Environmental Lead-Exposed Children from Kabwe, Zambia (2020)
  • 著者名/発表者名: YARED B. Yohannes, Shouta Nakayama, John Yabe, Haruya Toyomaki, Andrew Kataba, Kaampwe Muzandu, Hokuto Nakata, Yoshinori Ikenaka, Kennedy Choongo, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: The 2020 SOT Annual Meeting
• [学会発表] Mining Pollution in Zambia and Challenge to Environmental Health-KAMPAI project in ZAMBIA- (2019)
  • 著者名/発表者名: Shouta M.M. Nakayama, Hokuto Nakata, Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: The 4th Lecture Series on OneHealth
  • 国際学会
• [学会発表] The trend of elevated blood lead levels in Kabwe mining area, Republic of Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: Hokuto Nakata, Shouta M.M. Nakayama, John Yabe, Kaampwe Muzandu, Yared B. Yohannes, Haruya Toyomaki, Andrew Kataba, Golden Zyambo, Hazuki Mizukawa, Yoshinori Ikenaka, Russel Dowling, Jack Caravanos, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: SETAC Europe 29th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Cost-effective mitigation of lead toxicity in rat using indigenous plant Moringa Oleifera (2019)
  • 著者名/発表者名: Hokuto Nakata, Shouta M.M. Nakayama, Andrew Kataba, Haruya Toyomaki, Rio Doya, John Yabe, Kaampwe Muzandu, Golden Zyambo, Hazuki Mizukawa, Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: SETAC Europe 29th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Rodent tooth as a tool for environmental lead (Pb) assessment (2019)
  • 著者名/発表者名: Andrew Kataba, Shouta M.M. Nakayama, Hokuto Nakata,Haruya Toyomaki,Yared B. Yohannes,Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: 第28回環境化学討論会
• [学会発表] DNA methylation in CpG-rich promoter region and Genetic polymorphism of ALAD gene in environmental Lead-Exposed Children from Kabwe, Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: Yared B. Yohannes, Shouta M.M. Nakayama, John Yabe, Hokuto Nakata, Haruya Toyomaki, , Kaampwe Muzandu, Andrew Kataba,Yoshinori Ikenaka, Kennedy Choongo, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: 第28回環境化学討論会
• [学会発表] Seasonal change of lead contamination levels in wild rat blood and soil (2019)
  • 著者名/発表者名: Hokuto Nakata, Shouta M.M. Nakayama, Golden Zyambo, John Yabe, Kaampwe Muzandu, Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: 第28回環境化学討論会
• [学会発表] ザンビア共和国カブエ地域における資源採掘に起因した鉛汚染の実態解明と対策の検討：環境化学のその先へ (2019)
  • 著者名/発表者名: 中田北斗、中山翔太、John Yabe、Kaampwe Muzandu、豊巻治也、Yared Beyene、Andrew Kataba、Golden Zyambo、Kennedy Choongo、池中良徳、石塚真由美
  • 学会等名: 第28回環境化学討論会
• [学会発表] Investigation of ameliorative effect of Moringa Oleifera on lead toxicity (2019)
  • 著者名/発表者名: Hokuto Nakata, Shouta M.M. Nakayama, Andrew Kataba, Haruya Toyomaki, Rio Doya, John Yabe, Kaampwe Muzandu, Golden Zyambo, Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: 第28回環境化学討論会
• [学会発表] 鳥類の鉛暴露の実態とその毒性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石塚真由美、池中良徳、中山翔太
  • 学会等名: 希少な鳥を守るには ―野鳥の鳥インフルエンザと鉛汚染対策に向けて― 公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ザンビアにおける鉛汚染：血中鉛濃度データと家計調査データに基づく推計・予測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山田大地、樋渡雅人、Peter Hangoma, 成田大樹, Chrispin Mphuka, Bona Chitah, John Yabe, 中山翔太、中田北斗, Kennedy Choongo, 石塚真由美
  • 学会等名: 比較経済体制学会第59回全国大会
• [学会発表] Zinc and Lead Biosorption by Oceanobacillus Profundus KBZ 3-2: a Bacterial Strain Resistant to Metals Isolated from Metal polluted Soils in Kabwe, Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: Wilson Mwandira, Kazunori Nakashima, Satoru Kawasaki, Mayumi Ito, Tsutomu Sato, Toshifumi Igarashi, Meki Chirwa, Kawawa Banda, Imasiku Nyambe, Shouta Nakayama, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: The 14th Asian Congress on Biotechnology (ACB2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Determination of Lead (Pb) exposure on infants living around Pb mining area in Kabwe, Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: Haruya Toyomaki, John Yabe, Shouta Nakayama, Yared Yohannes, Kaampwe Muzandu, Hazuki Mizukawa, Yoshinori Ikenaka, Hokuto Nakata, Takeshi Kuritani, Mitsuhiro Nakagawa, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: the 15th International Congress of Toxicology
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of Lead Exposure, Distribution Patterns and Exposure Variations among Household Members in Kabwe, Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: Yabe John, Nakayama SMM, Haruya T, Yared Beyene Yohannes, Nakata H, Muzandu K, Kataba A, Zyambo G, Munyinda NS, Choongo K, Mukuka P, Mfune T, Ishizuka M
  • 学会等名: Hokkaido University & The University of Zambia, KAMPAI Project @The Seventh Tokyo International Conference on African Development（TICAD7）
  • 国際学会
• [学会発表] 鉛汚染は末梢血中の免疫系細胞を変動させるのか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 牛根奈々、中山翔太、石塚真由美、羽山伸一
  • 学会等名: 第25回日本野生動物医学会大会（山口）
• [学会発表] 鉛散弾の経口投与によるバルバリーガモの鉛の血中濃度の経時変化および体内分布の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤裕、石井千尋、中山翔太、一瀬貴大、齊藤慶輔、渡邊有希子、小笠原浩平、鳥本亮太、小林篤史、木村亨史、池中良徳、石塚真由美
  • 学会等名: 第162回日本獣医学会学術集会
• [学会発表] Rodent tooth as a biomarker for lead (Pb) exposure (2019)
  • 著者名/発表者名: Andrew Kataba, Shouta M.M. Nakayama, Hokuto Nakata,Haruya Toyomaki,Yared B. Yohannes,Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: The 7th Sapporo Summer Symposium for One Health (7th SaSSOH)
  • 国際学会
• [学会発表] G177C Polymorphism and Promoter CpG Methylation of ALAD Gene in Environmental Lead-Exposed Children (2019)
  • 著者名/発表者名: Yared B. Yohannes, Shouta Nakayama, John Yabe, Haruya Toyomaki, Andrew Kataba, Kaampwe Muzandu, Hokuto Nakata,Yoshinori Ikenaka, Kennedy Chongo, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: The 7th Sapporo Summer Symposium for One Health (7th SaSSOH)
  • 国際学会
• [学会発表] Current Trends of Blood Lead Levels, Distribution Patterns and Exposure Variations among Household Members in Kabwe, Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: John Yabe, Shouta MM Nakayama, Hokuto Nakata, Haruya Toyomaki, Yared B Yohannes, Kaampwe Muzandu, Andrew Kataba, Golden Zyambo, Masato Hiwatari, Daiju Narita, Daichi Yamada, Peter Hangoma, Nosiku Sipilanyambe Munyinda, Tiza Mufune, Yoshinori Ikenaka, Kennedy Choongo, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: The 7th Sapporo Summer Symposium for One Health (7th SaSSOH)
  • 国際学会
• [学会発表] Application of adverse outcome pathways as a risk assessment tool of chemical stressors in wildlife and humans (2019)
  • 著者名/発表者名: Victor Wepener, Yoshinori Ikenaka, Suanne Bosch, Avela Mbangatha, Shouta MM Nakayama, Mayumi Ishizuka, Tarryn L Botha
  • 学会等名: The 7th Sapporo Summer Symposium for One Health (7th SaSSOH)
  • 国際学会
• [学会発表] Time trend of blood Pb concentration and toxicological effects of Pb gunshotsthrough oral administration in waterfowl’s (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sato, Chihiro Ishii, Shouta M. M. Nakayama, Takahiro Ichise, Keisuke Saito, Yukiko Watanabe, Kohei Ogasawara,Ryota Torimoto, Atushi Kobayashi, Takashi Kimura, Yoshinori Ikenaka, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: 第 3 回環境化学会 北海道東北地区部会 & 3rd Chemical Hazard Symposium in 札幌
• [学会発表] Impact of Lead Exposure, Distribution Patterns and Exposure Variations among Household Members in Kabwe, Zambia (2019)
  • 著者名/発表者名: Yared B. Yohannes, Shouta Nakayama, John Yabe, Haruya Toyomaki, Andrew Kataba, Kaampwe Muzandu, Hokuto Nakata,Yoshinori Ikenaka, Kennedy Chongo, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: 第 3 回環境化学会 北海道東北地区部会 & 3rd Chemical Hazard Symposium in 札幌
• [学会発表] Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) reveals detailed distribution patterns of Pb in mice organs (2019)
  • 著者名/発表者名: Shouta M.M. Nakayama, Masao Togao, Yoshinori Ikenaka, Yoshiki Makino, Ayano Kubota, Takehisa Matsukawa, Kazuhito Yokoyama, Takafumi Hirata, Mayumi Ishizuka
  • 学会等名: SETAC North America 40th Annual Meeting
  • 国際学会
• [図書] International CHEMICAL HAZARD Symposium 2019 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikenaka Y, Nakayama SMM, Ishizuka M
  • 総ページ数: 46
  • 出版者: SYOUBUNSYA inc.
  • ISBN: 978-4-909032-03-4