動物細胞外粘液物質を介した腸内優占菌と宿主との相利共生機構の解明

通过动物细胞外粘液物质阐明肠道优势菌与宿主的互利共生机制

• 批准号: 21H02156
• 负责人: 橋本 渉
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02156/
• 关键词: 腸内細菌叢; 動物宿主; 相利共生; ムチン; グリコサミノグリカン; 微生物叢; 常在機構; 膜小胞; プロバイオティクス; Bacteroides; γ-アミノ酪酸; 腸内細菌叢; 動物宿主; 相利共生; ムチン; グリコサミノグリカン; 微生物叢; 常在機構; 膜小胞; プロバイオティクス; Bacteroides; γ-アミノ酪酸

ヒトを含む動物は、組織の骨格形成や維持等のため、種々の粘液物質（糖タンパク質ムチンや多糖グリコサミノグリカンGAG等）を分泌する。これらの粘液物質は常在細菌にとって格好の栄養素である。本研究では、主要な腸内優占菌（BacteroidesとStreptococcus属細菌）に焦点を当て、その優占性を示す要因を細菌と動物宿主の両者の観点から解析し、相利共生機構を明らかにすることを目指す。今年度は以下の成果を得た。Bacteroides属細菌を対象に50種以上を調べた結果、過半数が粘液物質（ムチンまたはGAG）を資化することを明らかにしている。本菌におけるGAGの代謝機構を解析した結果、GAGの分解により生じる不飽和ウロン酸に作用する初発代謝酵素系（イソメラーゼとレダクターゼ）をRNAシーケンスによる遺伝子発現と組換え酵素の機能解析により分子同定した。B. ovatusとB. thetaiotaomicronが粘液物質を資化する際、必須アミノ酸や短鎖脂肪酸を分泌することを見いだしている。粘液物質を含むヒト培養細胞用培地で培養した両菌の各培養濾液は、ヒト腸管由来Caco-2細胞の増殖を促進した。また、両菌は粘液物質から著量のγ-アミノ酪酸（GABA）を産生したことから、腸内に優占するBacteroides属細菌数種についても調べたところ、優占種はGABAを分泌生産することが判明した。Streptococcus属細菌は腸内のみならず口腔内にも常在する。口腔内にも粘液物質が存在することから、口腔内細菌を対象にGAG存在下で優占する細菌叢を解析した。その結果、Granulicatella属細菌が占有率を増加させ30-40%を占めるに至った。以上のことから、Bacteroides属細菌は、高頻度で粘液物質資化性を示すとともに宿主に有益物質を提供することから腸内優占性を獲得していることが示唆された。

包括人类在内的动物分泌各种粘液物质（例如糖蛋白粘蛋白和多糖糖胺聚糖GAG），以形成和维持组织骨骼结构。这些粘液物质是常驻细菌的理想营养素。这项研究的重点是主要的肠道显性细菌（细菌和链球菌属细菌），旨在分析从细菌和动物宿主的角度证明其优势的因素，并阐明互助的机理。今年，我们获得了以下结果：在检查了菌属属的50多种细菌之后，已经发现大多数细菌使用粘液物质（粘蛋白或GAG）。由于分析该细菌中GAG的代谢机制的结果，最初的代谢酶系统（异构酶和还原酶）作用于通过GAG降解产生的不饱和尿酸产生的，通过RNA测量和重新组合enzymes的官能分析通过基因表达通过分子分析来鉴定出对GAG降解的不饱和尿酸。卵形芽孢杆菌和B. thetaiotaomicros已被发现在使用粘液物质时分泌必需的氨基酸和短链脂肪酸。在含有粘液物质的人类培养细胞培养基中培养的两种细菌的​​每种培养滤液都促进了源自人肠的Caco-2细胞的生长。此外，由于两种细菌均从粘液物质产生了大量的γ-氨基丁酸（GABA），因此我们研究了几种占主导地位的细菌属细菌，并发现主要的物种分泌和产生了GABA。细菌不仅存在于肠道中，而且存在于口腔中。由于粘液物质也存在于口腔中，因此我们在口腔细菌中存在GAG时分析了主要的菌群。结果，颗粒细菌提高了其占用率，导致30-40％。从上面，据建议细菌细菌表现出粘液材料利用的高频率，并为宿主提供有益物质，从而导致肠道优势。