物質循環計測を見据えた多次元NMRメタボノミクス法の開発

开发用于物质循环测量的多维核磁共振代谢组学方法

基本信息

批准号：
17710191
负责人：
菊地淳
金额：
$ 2.3万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は当該グループのオリジナル技術である高等植物の安定同位体標識技術を高度化し、特にモデル樹木・ポプラにも適用化した。茎からの寒天培地へのルーティングで、1ヶ月程度で葉から光合成由来の13CO2、あるいは根圏からの13C6-glucoseの取り込みがプラトーに達する事が分かった。この安定同位体標識技術を活かし、木質系バイオマスに必要とされる、固体状態での物性、構造解析を固体多次元NMR法を用いて展開する事が可能となった。一方で木質系バイオマス分解系として、シロアリ・腸内微生物分解系についても順調に代謝データが得られ始めてきた。特に、このような非モデル生物系ではゲノム情報から要素還元的にアプローチする事が難しいので、着目酵素の発現を抑えるRNAi技術と安定同位体標識技術を組み合わせる事により、微生物から宿主への複合生物間相互作用の観測を可能とした。他方で消費者の系としてマウスについても、新規の代謝データが得られている。例えば、動脈硬化に感受性の高い系統とそれ以外の系統を比較すると、腸内細菌の発酵産物である酢酸、乳酸、プロピオンが顕著に異なる事がわかった。これは腸内細菌との生物間相互作用が、動脈硬化との何らかの因果性をもっている可能性を示唆している。一方で、別の実験として、植物繊維の割合が高いコムギフスマを飼料中に混ぜたものと、コントロールとして通常通りの餌を摂食させたマウスの尿、糞の代謝産物を計測すると、尿でも摂食効果が顕著に現れる事がわかった。上述のように、生態系における生産者(植物)、消費者(動物)、分解者(微生物)の三者の相互作用を多次元NMRメタボノミクス法により計測する事で、生物間における物質循環を解析する目処が立った。これらの成果については、既にJ.Biol.Chem.誌、Phytochem..誌への受理が決まりつつある他、5報の論文を執筆中である。

今年，该团队原创的高等植物稳定同位素标记技术得到改进，并应用于模型树和杨树。通过从茎到琼脂培养基，我们发现叶子光合作用产生的 13CO2 或根际 13C6-葡萄糖的吸收在大约一个月内达到平台。通过利用这种稳定同位素标记技术，使用固态多维核磁共振方法开发木质生物质所需的固态物理性质和结构分析成为可能。另一方面，关于白蚁/肠道微生物分解系统作为木质生物质分解系统的代谢数据正在稳步开始获得。特别是，在这种非模型生物系统中，很难从基因组信息中实现元素还原，因此通过结合抑制目的酶表达的RNAi技术和稳定同位素标记技术，我们可以将复杂的生物体从微生物转化为这使得观察主机之间的交互成为可能。另一方面，作为消费系统的小鼠获得了新的代谢数据。例如，在将动脉硬化高易感性菌株与其他菌株进行比较时，发现肠道细菌的发酵产物乙酸、乳酸、丙酸存在显着差异。这表明与肠道细菌的生物相互作用可能与动脉硬化存在某种因果关系。另一方面，在另一项实验中，我们测量了喂食麦麸的小鼠和喂食正常饮食的对照组的尿液和粪便中的代谢物，麦麸的饲料中含有很高比例的植物纤维。结果发现，食物的影响是显而易见的。如上所述，通过使用多维核磁共振代谢组学测量生态系统中生产者（植物）、消费者（动物）和分解者（微生物）之间的相互作用，我们可以研究生物体之间的物质循环。这些结果已被 J.Biol.Chem 和 Phytochem 接受发表，目前正在撰写五篇论文。