Development of genetic tools for the annotation in Lactobacillus

乳酸菌注释遗传工具的开发

• 批准号: 18F18782
• 负责人: 下里 剛士
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-11-09 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18F18782/
• 关键词: ゲノム編集; 乳酸桿菌; LGG; プロバイオティクス; CRISPR-Cas; Lactobacillus; 機能強化乳酸菌

乳酸菌やビフィズス菌など、プロバイオティクスを用いた発酵乳製品に対する人々の関心が高まっている。とくに乳酸菌の優れた健康効果が次々と報告され、健康維持・疾病予防といった観点から、機能性ヨーグルトが売り上げを伸ばしている。しかしながら、乳酸菌の健康機能については、機能自体の脆弱性の他、個人差が大きいことなどが問題となっている。そこで本共同研究では、近年注目されているCRISPR-Casシステムを用いたゲノム編集技術に着目した。ゲノム編集技術は、生物が持つゲノムDNA配列の中で、特定の箇所を高い精度で切断し、特定の遺伝子が担う形質を改良する技術である。すでに真核生物で広く利用されつつあるが、ラクトバシラス乳酸菌（乳酸桿菌）におけるゲノム編集の実績は極めて限定される。その理由の一つとして、ラクトバシラス乳酸菌は、外来性DNAの導入に対して働く、強力な防御システムの存在が示唆されている。本研究では、ラクトバシラス乳酸菌に対して、革新的なプロバイオティック効果（宿主に対する健康効果）を付与する新たな技術としてゲノム編集技術に注目し、Dieter Vandenheuvel博士（アントワープ大学・博士研究員）共同研究を行った。とくにラクトバシラス乳酸菌として、ヒト由来のLactobacillus rhamnosus GG株をモデル菌株として採用した。Lactobacillus rhamnosus GGはアレルギー、感染症および大腸炎の予防効果など、様々な機能性が報告されている世界的に有名なプロバイオティック乳酸菌である。その有用性が高く評価されている一方で、投与時期や投与量によってその効果に差異が生じることが課題となっている。本共同研究を受けて、ラクトバシラス乳酸菌におけるゲノム編集技術の確立に向けたツール開発が大幅に進展し、新たな乳酸菌機能の強化法として提案するための基盤が整備された。

人们对使用乳酸菌和双歧杆菌等益生菌的发酵乳制品越来越感兴趣。尤其是乳酸菌优异的保健功效不断被报道，从维护健康、预防疾病的角度出发，功能性酸奶的销量不断增加。但乳酸菌的保健功能存在功能本身脆弱、个体差异大等问题。因此，这项联合研究的重点是利用近年来备受关注的CRISPR-Cas系统的基因组编辑技术。基因组编辑技术是对生物体基因组DNA序列的特定部分进行高精度切割，以改善特定基因所携带的性状的技术。尽管它已经在真核生物中得到广泛应用，但在乳酸菌（乳酸杆菌）中基因组编辑的记录极其有限。有人认为，造成这种情况的原因之一是乳酸菌具有强大的防御系统，可以抵抗外来DNA的引入。在这项研究中，我们与Dieter Vandenheuvel博士（安特卫普大学博士后研究员）合作，将基因组编辑技术作为一项新技术，赋予乳酸菌创新的益生菌作用（对宿主的健康作用）。特别地，使用源自人的鼠李糖乳杆菌GG菌株作为乳杆菌乳酸菌的模型菌株。鼠李糖乳杆菌 GG 是一种世界著名的益生乳酸菌，据报道具有多种功能，包括预防过敏、感染和结肠炎的能力。虽然其实用性广受好评，但问题是其效果因给药时间和剂量而异。此次联合研究的结果是，在建立乳酸菌基因组编辑技术的工具开发方面取得了重大进展，为提出增强乳酸菌功能的新方法奠定了基础。