食物繊維レスポンダーに特徴的なマイクロバイオーム・遺伝子・酵素の解明

阐明膳食纤维反应者的微生物组、基因和酶特征

• 批准号: 22K14810
• 负责人: 杉山 友太
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14810/
• 关键词: 腸内常在細菌; レスポンダー; 遺伝子; 代謝物; 食物繊維; 腸内細菌

食物繊維は多彩な保健効果を持つが、食物繊維の保健効果が得られるヒト「レスポンダー」と得られないヒト「ノンレスポンダー」が存在する。両者の差異は、腸内細菌叢が担うと考えられているが、その分子基盤は不明である。この分子基盤を解明することが出来れば、レスポンダーとノンレスポンダーの差を無くし、全てのヒトが一様に食物繊維の保健効果を享受するための技術開発に繋がる。そこで本研究は、レスポンダー特異的に検出あるいは優勢化する腸内細菌種を単離・同定し、食物繊維の資化機構と資化により生じる代謝物の産生機構（レスポンダー/ノンレスポンダーの決定を担う機構）を遺伝子・タンパク質レベルで解明することを目的とした。グルコマンナンをモデル食物繊維として研究を進めた。糞便培養を用いて、グルコマンナンのヒト腸内細菌叢への作用を評価した。この結果、種々の保健効果が報告されている細菌種がグルコマンナン存在下で顕著に増加することを明らかにした。さらに、同菌種の増加度は、ドナー毎に異なり、本菌種がグルコマンナンに対するレスポンダーとノンレスポンダーの差を担う因子の一つであることが予想された。続けて、in silico解析により、同菌種が持つグルコマンナンの資化・分解に寄与するタンパク質を推定し、組換えタンパク質を用いてグルコマンナン分解活性ならびに基質特異性をを評価した。この結果、候補タンパク質の一つがグルコマンナンにのみ分解活性を示すことを明らかにした。

膳食纤维具有多种健康功效，但有些人类“反应者”可以从膳食纤维的健康益处中受益，而“无反应者”则不能。人们认为肠道菌群是造成两者差异的原因，但其分子基础尚不清楚。如果我们能够阐明这一分子基础，它将带来技术的发展，消除反应者和非反应者之间的差异，让所有人类平等地享受膳食纤维的健康益处。因此，在本研究中，我们分离鉴定了在应答者中特异性检测到或占优势的肠道细菌种类，并确定了膳食纤维同化的机制以及同化产生的代谢物的产生（确定应答者/非应答者）的目的。这项研究的目的是在基因/蛋白质水平上阐明造成这种现象的机制。我们使用葡甘露聚糖作为膳食纤维模型进行了研究。使用粪便培养评估葡甘露聚糖对人类肠道菌群的影响。结果表明，在葡甘露聚糖的存在下，据报道具有各种健康影响的细菌种类显着增加。此外，同一细菌种类的增加程度因供体而异，并且该细菌种类预计是造成对葡甘聚糖有反应者和无反应者之间差异的因素之一。接下来，使用计算机分析来估计相同细菌物种中有助于葡甘露聚糖同化和分解的蛋白质，并使用重组蛋白来评估葡甘露聚糖降解活性和底物特异性。结果表明，候选蛋白质之一仅显示出对葡甘露聚糖的分解活性。