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安定同位体ラベル解析で腸内マイクロバイオームの代謝経路の追跡

2018年10月25日
研究発表

メイトーブランドの協同乳業株式会社(本社:東京・中央区/社長:尾﨑 玲)の松本光晴主幹研究員らは、ヒューマン・メタボローム・テクノロジーズ株式会社の大賀拓史研究員らとの腸内マイクロバイオームによるアルギニンから生理活性物質ポリアミンへの生合成経路を探索する共同研究において、キャピラリー電気泳動-飛行時間型質量測定装置(CE-TOFMS)等による安定同位体ラベル追跡解析で、ゲノム情報による解析では発見が難しい個別の細菌による「物質吸収-菌体内代謝-副産物放出」の繰り返しによる物質変換が行われていることを明らかにしました。これは、様々な物質の代謝経路の解明にも応用できる技術で、腸内マイクロバイオームの機能解明に貢献できると考えられます。この成果は、腸内細菌研究の専門誌「Gut Microbes」に公開されました。

要約

消化管下部まで届いた食事由来の物質は、腸管内でマイクロバイオームによる代謝を受け、その代謝産物が宿主の健康に大きな影響を与えています。
腸内マイクロバイオームは、ヒトの遺伝子数の100倍以上の遺伝子を保有し、この代謝にも関与していることから1つの臓器として捉える考え方が広まっています。
しかしながら、多種多様の腸内細菌が棲息し、各々が独自の代謝経路を保有し絡み合っているため、集合体としては極めて複雑で、マイクロバイオームによる代謝経路や物質変換の研究報告は殆どありません。
本研究グループは、アルギニンの経口投与で腸管内の生理活性物質ポリアミン濃度が上昇する現象を解明する目的で、腸内マイクロバイオームによる代謝経路を、ラットの腸管内で、
安定同位体でラベル化したアルギニンとCE-TOFMSを用いて追跡調査を行いました。その結果、アルギニンからポリアミン(プトレッシン、スペルミジン)への変換が証明されるとともに、
オルニチンやシトルリンなどの代謝経路の中間物質の菌体外への放出、さらにそれらは再吸収・利用され、ポリアミンまで変換され放出されるという集合的な生合成経路の存在が認められました。
これは、腸内ポリアミン濃度をコントロールするための重要な知見であることを示すと共に、安定同位体ラベル追跡解析が他の食事成分や代謝産物に対しても応用できる可能性を示しています。
さらに、マイクロバイオームの代謝系が多数の菌種による個々の代謝系の集合体であることを証明し、メタゲノム解析のような単独細菌のゲノム情報をベースとしたアプローチのみでは、
発見困難且つ説明困難な集合的代謝経路が存在することを示しています。

論文情報

ジャーナル : Gut Microbes
論文タイトル:Intestinal luminal putrescine is produced by collective biosynthetic pathways of the commensal microbiome
著者Atsuo Nakamura1、 Takushi Ooga2 & Mitsuharu Matsumoto1
1協同乳業㈱・研究所技術開発グループ、 2 ヒューマン・メタボローム・テクノロジーズ株式会社

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