母乳オリゴ糖を介したビフィズス菌とヒトの共生・共進化ー分子基盤の解明と応用展開ー

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24580119
• 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, 寄附講座教授 (70346104)
• 研究分担者: 日高 將文 東北大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (00584848) ; 廣瀬 潤子 滋賀県立大学, 人間文化学部, 准教授 (40381917)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ビフィズス菌 / 母乳オリゴ糖 / 共生 / 共進化 / 糖質分解酵素

研究実績の概要

本研究は、ビフィズス菌が発見されて以来100年間にわたって未解明であった課題「母乳栄養児の腸管では何故ビフィズスフローラが形成されるのか」を、ビフィズス菌による母乳オリゴ糖代謝の視点から解明するとともに、ビフィズス菌とヒトの共生・共進化の分子基盤を探ること、また、母乳オリゴ糖を人工乳へ添加することを目標に、母乳オリゴ糖の精密酵素合成法を開発することを目標とした。
最終年度においては、１）Bifidobacerium longum由来の新規なラクト-N-ビオシダーゼがグロボ系やガングリオ系などの糖脂質糖鎖に作用する新規な活性を有していること、２）Bifidobacterium bifidumが胃ムチンタンパク質糖鎖の末端に存在するGlcNAcα1-4Gal構造に作用するユニークな酵素を有すること、および３）Bifidobacterium infantisが基質特異性の異なる３種類の糖質分解酵素ファミリー４２を有していること、を明らかとし、それらについて成果報告を行った。また、Bifidobacterium infantisが有する糖質分解酵素ファミリー４２の一つであるBga42Aについては、その特異性の構造学的基盤を解明するためにX線結晶構造解析を行い、アポ型および基質結合型の複合体構造を決定することに成功した（未発表）。本酵素はビフィズス菌が母乳オリゴ糖を分解する上で鍵となる酵素であり、遺伝子破壊株の作製等を行うことで、ビフィズスフローラ形成の分子基盤を解明することが可能となると考えられる。
また、1,2-α-L-フコシダーゼを改変することにより、フッ化フコースとラクトースから収率85%以上で母乳オリゴ糖の主成分である2'-フコシルラクトースを合成することに成功した（未発表）。

研究成果

• [雑誌論文] Novel substrate specificities of two lacto-N-biosidases towards β-linked galacto-N-biose-containing oligosaccharides of globo H, Gb5, and GA1. (2015)
  • 著者名/発表者名: Gotoh A, Katoh T, Sugiyama Y, Kurihara S, Honda Y, Sakurama H, Kambe T, Ashida H, Kitaoka M, Yamamoto K, Katayama T
  • 雑誌名: Carbohydr Res 巻: 408 ページ: 18-24
  • DOI: 10.1016/j.carres.2015.03.005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] α-N-Acetylglucosaminidase from Bifidobacterium bifidum specifically hydrolyzes α-linked N-acetylglucosamine at nonreducing terminus of O-glycan on gastric mucin. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shimada Y, Watanabe Y, Wakinaka T, Funeno Y, Kubota M, Chaiwangsri T, Kurihara S, Yamamoto K, Katayama T, Ashida H.
  • 雑誌名: Appl Microbiol Biotechnol 巻: 99 ページ: 3941-3948
  • DOI: 10.1007/s00253-014-6201-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct substrate specificities of three glycoside hydrolase family 42 β-galactosidases from Bifidobacterium longum subsp. infantis ATCC 15697. (2014)
  • 著者名/発表者名: Viborg AH, Katayama T, Abou Hachem M, Andersen MC, Nishimoto M, Clausen MH, Urashima T, Svensson B, Kitaoka M.
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 24 ページ: 208-216
  • DOI: 10.1093/glycob/cwt104
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ヒトミルクオリゴ糖の酵素合成に向けた高効率1,2-α-L-フコシンターゼの作出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉山 友太、後藤 愛那、本多 裕司、吉田 永吏奈、栗原 新、北岡 本光、山本 憲二、片山 高嶺
  • 学会等名: 日本農芸化学会２０１５年度大会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [備考] 石川県立大学腸内細菌共生機構学講座
  • URL: http://host-microbe.ishikawa-pu.ac.jp