ヒト腸内細菌の遺伝子改変ツールを開発し、腸内定着と炎症制御に関わる腸内細菌因子の同定に成功

炎症性腸疾患やアレルギーなど多様な疾患との関連が指摘されるヒト腸内細菌Mediterraneibacter gnavus の遺伝子操作ツールを開発しました。さらに、このツールを用いた解析により、同菌の表面を覆う莢膜多糖が腸内定着に重要であり、炎症を抑制する機能を持つことを明らかにしました。

ヒトの腸内には40兆個を超える細菌が生息しています。腸内細菌叢と呼ばれるこれらの集団は、私たちの健康や疾患と密接に関わっていることが明らかとなっています。Mediterraneibacter gnavus（旧分類名：Ruminococcus gnavus、以下M. gnavus）は健常人の腸管内にも棲息するLachnospiraceae科の常在菌ですが、炎症性腸疾患（潰瘍性大腸炎やクローン病）患者ではその存在量が多いことが知られており、病態との関連が注目されています。しかし、これまで本菌の遺伝子改変は困難だったため、病原性や定着に関わる因子の分子機構の研究は大きく制限されていました。

本研究では、M. gnavusに特化した遺伝子導入プラスミド、蛍光標識、遺伝子欠失法など複数の分子遺伝学的ツールを開発し、M. gnavusの遺伝子改変を可能にしました。さらに、これらのツールはM. gnavusに限らず、腸内で高頻度に検出される他のLachnospiraceae科の腸内細菌にも適用可能であることを示しました。これらの技術を用いてＭ. gnavusの機能解析を行った結果、同菌が産生する莢膜（きょうまく）多糖が腸管への定着に重要であることを明らかにしました。莢膜多糖とは細菌細胞の周囲を覆う多糖であり、宿主免疫からの認識を阻害すると考えられています。さらに、莢膜多糖を欠く変異株は炎症活性が高く、クローン病患者から単離された株では莢膜多糖生産に関わる遺伝子群が欠失している傾向が認められました。これらの知見は莢膜多糖が本菌の病原性に関わることを示唆しており、病気の重症度や炎症の強さなど、疾患活動性との関連性を調べることでバイオマーカーとして応用することが期待されます。

本研究は、これまで遺伝子改変が難しかった腸内細菌に対する遺伝子機能解析を可能にし、炎症性疾患の原因解明や、次世代プロバイオティクス（腸内環境を改善し、健康維持に寄与する機能性腸内細菌）の開発に貢献することが期待されます。

本研究は、筑波大学医学医療系助教の尾花望氏、慶應義塾大学先端生命科学研究所特任教授（順天堂大学大学院特任教授、筑波大学客員教授兼務）の福田真嗣氏らによって行われました。研究チームは、M. gnavusの細胞表層へのタンパク質の提示に関与するソルターゼ酵素に着目し、8種類あるソルターゼ遺伝子のうち6種類をそれぞれ破壊した細菌株を作製。srtB3はスーパー抗原の提示に、srtB4は莢膜多糖の提示に必須であることを突き止めました。無菌マウスに野生株と欠損株を同時投与した実験では、莢膜欠損株が速やかに腸管から排除され、かつ強い炎症活性を示すことが確認され、莢膜多糖が定着と炎症抑制の双方を担うことが証明されました。