JP5970138B2 - 新規なバクテリオファージ及びこれを含む抗菌組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、腸管毒素原性大腸菌に特異的な殺菌活性を示す新規なバクテリオファージ及びこれを含む抗菌組成物に関する。また、本発明は、前記新規なバクテリオファージ又は前記抗菌組成物を用いて動物の疾病を予防又は治療する方法に関する。
大腸菌(Escherichia coli、以下、「E.coli」とする)は、腸内細菌(Enterobacteriaceae)や、エシェリキア属(Escherichia)に属するグラム陰性の短桿菌であって、哺乳動物を始めとする多様な動物の腸管内に存在する正常細菌叢のうち一つである。大腸菌は、ほとんどが非病原性で、日和見感染を誘発し得るが、一部の高病原性菌株は、ヒトを始めとした動物内で多様な腸疾患及び敗血症などを誘発するものと知られている。
大腸菌の種類としては、腸管毒素原性大腸菌(Enterotoxigenic E.coli、ETEC)、腸管病原性大腸菌(Enteropathogenic E.coli、EPEC)、腸管出血性大腸菌(Enterohemorrhagic E.coli、EHEC)、腸管凝集性大腸菌(Enteroaggregative E.coli、EAEC)、腸管侵入性大腸菌(Enteroinvacive E.coli、EIEC)、壊死性大腸菌(Necrotoxigenic E.coli、NTEC)などがあり、これらのうち、特に腸管毒素原性大腸菌は、養豚で大腸菌感染性疾病を誘発するものと知られている。
現在、養豚産業の大規模集団飼育の趨勢に伴い、豚の大腸菌症は、養豚場で最も頻繁且つ問題視されている疾病として台頭している(非特許文献1)。最近、韓国でも、豚の大腸菌症の発生が増加し、下痢による幼い豚の成長遅延及び斃死により飼育農家に経済的に大きな損失をもたらしている実情にある(非特許文献2)。
このような豚の大腸菌症を予防及び治療するために、従来は、豚に多くの抗生剤を使用してきたが、抗生剤を誤濫用する場合、豚に耐性を誘発したり、各抗生剤が豚の体内に残留する可能性があり、現在は、全世界的に抗生剤の投与に多くの制限を置いている(非特許文献3)。
一方、バクテリオファージ(bacteriophage)は、特定の細菌に感染し、細菌の成長を抑制・阻害する細菌特異的ウイルスを意味する。バクテリオファージは、抗生剤に比べて宿主特異性に強いだけでなく、最近、抗生剤の使用に対する耐性菌出現の問題が深刻になるにつれて、その活用に対する関心が高まっている(非特許文献4及び5)。
そこで、世界各国でバクテリオファージに対する研究が活発に進められており、バクテリオファージに対する特許出願はもちろん、これを活用した組成物に対して米国食品医薬品局(Food and Drug Administration、FDA)の承認などを取得しようとする動きが増加している趨勢である。
バクテリオファージに関する先行技術として、特許文献1では、E.coli 0157:H菌を統制するための7種のバクテリオファージについて開示しており、特許文献2では、黄色ブドウ球菌に特異的な殺菌活性を有するバクテリオファージについて開示している。また、特許文献3では、細菌細胞膜のペプチドグリカン構造物を特異的に破壊させるバクテリオファージ由来の溶菌タンパク質及びこれによる細菌破砕物について開示している。
しかし、前記のような各先行技術の存在にもかかわらず、養豚を始めとする畜産業において重要な問題となっている腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病を予防及び/又は治療するためのバクテリオファージと関連する先行技術は依然として足りていない実情にあり、したがって、このようなバクテリオファージ及びその関連技術の開発が要求されている。
米国登録特許第6,485,902号 大韓民国登録特許公報B1第10―0910961号 大韓民国公開特許公報A第10―2009―0021475号
パク・ヨンイル、養豚学、先進文化社、353―359、1998 ホン・ウィチョル、韓国壇国大学修士学位論文、早期離乳子豚における卵黄抗体の添加効果、2001 Mason HS他、Trends in Biotech、13:388―392、1995 Cislo、M他、Arch Immunol.Ther.Exp.2:175―183、1987 キム・ソンフン他、バクテリオファージ、新たな代替抗生剤、BioWave Vol.7 No.15、2005、BRIC
本発明者等は、抗生剤の使用による耐性菌の出現及び抗生剤の肉類内残留問題などを解決し、大腸菌感染性疾病を効率的に予防及び治療するために研究を重ねた結果、腸管毒素原性大腸菌に対して特異的な殺菌活性を有する新規なバクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を自然界から分離するに至った。
また、前記新規なバクテリオファージの形態的、生化学的、遺伝的特性を同定し、前記バクテリオファージが耐酸性及び耐熱性などに優れることを確認し、これを活用した抗生剤、消毒剤、飼料添加剤、その他組成物を開発し、さらに、大腸菌感染性疾病の予防又は治療のための組成物及びこれを用いた疾病の予防又は治療方法を開発した。
本発明は、腸管毒素原性大腸菌に特異的な殺菌活性を有する新規なバクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を有効成分として含む腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防及び/又は治療用組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を有効成分として含む抗生剤、飼料添加剤、飲用水添加剤、消毒剤又は洗浄剤を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)又はこれを有効成分として含む組成物を用いて、ヒトを除いた動物の腸管毒素原性大腸菌感染性疾病を予防及び/又は治療する方法を提供することを目的とする。
本発明の一様態は、腸管毒素原性大腸菌に特異的な殺菌活性を有する新規なバクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を提供する。
本発明の更に他の一様態によると、前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を有効成分として含む腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療用組成物を提供する。
本発明の更に他の一様態によると、前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を有効成分として含む抗生剤、飼料添加剤、飲用水添加剤、消毒剤又は洗浄剤を提供する。
本発明の更に他の一様態によると、前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)又はこれを有効成分として含む組成物を、ヒトを除いた動物に投与する段階を含む腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病を予防又は治療する方法を提供する。
本発明のバクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)は、腸管毒素原性大腸菌を特異的に死滅させるという効果を有する。
また、本発明の前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)は、耐酸性及び耐熱性に優れ、多様な温度範囲及びpH範囲で腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療用物質として活用できるだけでなく、抗生剤、飼料添加剤、飲用水添加剤、消毒剤及び洗浄剤などとして活用できるという効果を有する。
また、本発明は、前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)又はこれを有効成分として含む組成物を、ヒトを除いた動物に投与することによって、腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病を予防又は治療できるという効果を有する。
新規なバクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)(以下、「ΦCJ19」という)の電子顕微鏡写真である。 新規なバクテリオファージΦCJ19のPFGE結果を示した図である。 新規なバクテリオファージΦCJ19のSDS―PAGE結果を示した図である。 新規なバクテリオファージΦCJ19の耐酸性実験結果を示したグラフである。 新規なバクテリオファージΦCJ19の耐熱性実験結果を示したグラフである。
以下、本発明についてより詳細に説明する。本明細書に記載されていない内容は、当該技術分野又は類似分野で熟練した者であれば十分に認識して類推できるものであるので、それについての説明は省略する。
具体的に、本発明の一様態は、
腸管毒素原性大腸菌(Enterotoxigenic Escherichia coli、ETEC)に特異的な殺菌活性を有する新規なバクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を提供する。
腸管毒素原性大腸菌は、グラム陰性の桿菌であって、ラクトース(Lactose)、フルクトース(Fructose)を分解することによって酸とガスを生成する好気性または通性嫌気性菌である。腸管毒素原性大腸菌は、普通の培地でもよく育ち、約7℃〜48℃の温度で発育可能であり、発育最適温度は約35℃〜37℃である。また、腸管毒素原性大腸菌はpH4.5〜pH9の範囲で発育可能である。
腸管毒素原性大腸菌は、コレラ菌(Vibrio cholerae)と類似する毒素を生産するので、腸管毒素原性大腸菌に感染すると、コレラに感染した場合と類似する病症を示すようになる。前記生産される毒素は、大きく分けて、易熱性毒素(heat―labile enterotoxin、LT)及び耐熱性毒素(heat―stable enterotoxin、ST)の二つに区別される。前記易熱性毒素は、約60℃で約10分間加熱する場合に活性を失う毒素であって、前記耐熱性毒素は、約100℃で約30分間加熱しても活性を失わない耐性を示す毒素である。
腸管毒素原性大腸菌は、小腸の上部で増殖し、腸管毒素原性大腸菌の濃度が腸液の単位体積(1ml)当たり約10cfu(colony formation unit)〜10cfuに到逹した場合、大腸菌症を始めとした大腸菌感染性疾病を誘発するようになる。
バクテリオファージ(bacteriophage)は、特定の細菌に感染し、当該細菌の成長を抑制・阻害する細菌特異的ウイルスであって、単一あるいは二重鎖のDNA(Deoxyribonucleic acid)又はRNA(Ribonucleic acid)を遺伝物質として含むウイルスを意味する。
本発明のバクテリオファージΦCJ19は、腸管毒素原性大腸菌を選択的に感染させる種特異性を有するバクテリオファージであって、正二十面体の頭部(isometric capsid)を有し、尾部(tail)が観察されない構造(図1)を有する、形態学上、ポドウイルス(Podoviridae)に属するバクテリオファージである。
バクテリオファージΦCJ19の塩基配列と別のバクテリオファージの解読塩基配列との相同性を比較した結果は、[表2]の通りである。バクテリオファージΦCJ19の耐酸性においては、pH4.0からpH11.0まで活性を失わずに安定的であり(図4)、耐熱性においては、53℃で2時間露出したときまでは活性を維持したが、60℃では60分露出時から時間の経過と共に活性が減少した(図5)。バクテリオファージΦCJ19のDNA塩基配列は、配列リスト上の配列番号1と同じである。
前記バクテリオファージΦCJ19は、本発明者等が新規に分離したバクテリオファージであって、2013年1月30日付で韓国微生物保存センター(Korean Culture Center of Microorganisms、ソウル市西大門区弘済1洞361―221)に寄託番号KCCM11361Pで寄託した。
本発明の更に他の一様態によると、前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療用組成物を提供する。
前記バクテリオファージΦCJ19は、腸管毒素原性大腸菌を特異的に死滅させ得る抗菌活性を示すので、腸管毒素原性大腸菌による感染で誘発される各疾病を予防又は治療するための目的で用いることができる。前記バクテリオファージΦCJ19を用いた腸管毒素原性大腸菌感染性疾病の例として、好ましくは、大腸菌症(Colibacillosis)、より好ましくは、豚大腸菌症(Colibacillosis in pigs)を挙げることができるが、これに制限されることはない。
前記「大腸菌症」とは、動物に病原性大腸菌が感染して発生する疾病を意味し、その症状として、敗血症、下痢(新生期下痢及び離乳後下痢)、毒血症(浮腫病及び脳脊髄血管症)などが表れる。このうち、敗血症は、生後2日〜3日以内の新生期に主に発生する急性の全身感染症であって、斃死率が非常に高い。下痢は、1週齢〜2週齢以内の哺乳期及び離乳直後に多発する腸管感染症であって、斃死または発育障害の原因となる。毒血症は、離乳後8週齢〜12週齢の子豚で主に発病し、浮腫及び神経症状が表れてから急死を起こす場合が頻繁に発生する。
本発明で使用される「予防」という用語は、前記バクテリオファージΦCJ19及び/又は前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む組成物を、ヒトを除いた動物に提供し、該当疾病を抑制させたり、発病を遅延させる全ての行為を意味する。
本発明で使用される「治療」という用語は、前記バクテリオファージΦCJ19及び/又は前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む組成物を、ヒトを除いた動物に提供し、既に感染した該当疾病の症状を好転又は改善させる全ての行為を意味する。
本発明の前記腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療用組成物は、前記バクテリオファージΦCJ19を5×10pfu/ml〜5×1012pfu/mlで含有することが好ましく、前記バクテリオファージΦCJ19を1×10pfu/ml〜1×1010pfu/mlで含有することがより好ましい。
本発明の前記腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療用組成物は、薬学的に許容可能な担体をさらに含むことができ、前記担体と共に製剤化され、食品、医薬品、飼料添加剤及び飲用水添加剤などとして提供され得る。本発明で使用される「薬学的に許容可能な担体」という用語は、生物体を刺激せず、投与化合物の生物学的活性及び特性を阻害しない担体又は希釈剤を意味する。
本発明に使用可能な前記担体の種類は、特に制限されることはなく、当該技術分野で通常的に使用され、薬学的に許容される担体であればいずれも使用可能である。前記担体の非制限的な例としては、食塩水、滅菌水、リンゲル液、緩衝食塩水、アルブミン注射溶液、デキストロース溶液、マルトデキストリン溶液、グリセロール、エタノールなどを挙げることができる。これらは、単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
また、必要に応じて、抗酸化剤、緩衝液及び/又は静菌剤などの他の通常の添加剤を添加して使用してもよく、希釈剤、分散剤、界面活性剤、結合剤及び/又は潤滑剤などを付加的に添加し、水溶液、懸濁液、乳濁液などの注射用剤形、丸薬、カプセル、顆粒又は錠剤などに製剤化して使用してもよい。
本発明の前記腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療用組成物の投与方式は、特に制限されることはなく、当該技術分野で通常的に使用する方式に従うことができる。前記投与方式の非制限的な例として、組成物の経口投与又は非経口投与方式を挙げることができる。
前記経口投与用剤形の非制限的な例としては、トローチ剤(troches)、ローゼンジ(lozenge)、錠剤、水溶性懸濁液、油性懸濁液、調製粉末、顆粒、エマルジョン、ハードカプセル、ソフトカプセル、シロップ又はエリキシル剤などを挙げることができる。
本発明の組成物を錠剤又はカプセルなどの剤形に製剤化するために、ラクトース、サッカロース(Saccharose)、ソルビトール(Sorbitol)、マンニトール(Mannitol)、澱粉、アミロペクチン(Amylopectin)、セルロース(Cellulose)又はゼラチン(Gelatin)などの結合剤;第二リン酸カルシウム (dicalcium phosphate)などの賦形剤;コーンスターチ又はサツマイモ澱粉などの崩壊剤;ステアリン酸マグネシウム(magnesium stearate)、ステアリン酸カルシウム(calcium stearate)、フマル酸ステアリルナトリウム(sodium stearyl fumarate)又はポリエチレングリコールワックス(polyethylene glycol wax)などの潤滑油などを含んでもよく、カプセル剤形の場合、前記した物質以外にも、脂肪油などの液体担体などをさらに含有してもよい。
本発明の組成物の非経口投与方法としては、例えば、静脈内投与、腹腔内投与、筋肉内投与、皮下投与又は局部投与などを用いてもよく、前記組成物を疾患部位に塗布又は噴霧する方法を用いてもよいが、これらに制限されることはない。
前記非経口投与のための剤形は、例えば、皮下注射、静脈注射又は筋肉内注射などの注射用形態;坐剤注入方式;又は呼吸器を通じて吸入を可能にするエアロゾル剤などのスプレー用に製剤化してもよいが、これに制限されることはない。前記注射用剤形に製剤化するためには、本発明の組成物を安定剤又は緩衝剤と共に水で混合することによって溶液又は懸濁液に製造し、これをアンプル(ampoule)又はバイアル(vial)の単位投与用に製剤化してもよい。前記エアロゾル剤などのスプレー用に剤形化する場合、水分散された濃縮物又は湿潤粉末が分散するように推進剤などが添加剤と共に配合されてもよい。
本発明の前記腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療用組成物の適切な塗布、噴霧又は投与量は、前記組成物の製剤化方法、投与方式、投与時間及び/又は投与経路はもちろん、投与対象となる動物の年齢、体重、性別、疾病症状の程度、摂取する食物、排泄速度などの各要因によって多様化することができ、通常、熟練した獣医であれば、目的とする治療に効果的な投与量を容易に決定して処方することができる。
本発明の更に他の一様態によると、前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む抗生剤を提供する。
本発明に使用される「抗生剤」という用語は、薬剤の形態でヒトを含む動物に提供され、菌を死滅させ得る効能を有する製剤を意味し、防腐剤、殺菌剤及び抗菌剤を総称する概念に該当する。
本発明の前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む抗生剤は、従来の抗生剤に比べて腸管毒素原性大腸菌に対する特異性が非常に高いので、益菌は死滅させず、特定の病原菌のみを死滅させることができ、薬物耐性を誘導しないので、従来の抗生剤に比べて製品寿命が延長された新規抗生剤として提供できるという利点を有する。
本発明の更に他の一様態によると、前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む飼料添加剤及び飲用水添加剤を提供する。
本発明の前記飼料添加剤又は飲用水添加剤は、前記バクテリオファージΦCJ19又はこれを含む組成物を飼料添加剤又は飲用水添加剤の形態で別途製造し、これを飼料又は飲用水に混合させる方式で使用してもよく、前記バクテリオファージΦCJ19又はこれを含む組成物を飼料又は飲用水の製造時に直接添加する方式で使用してもよい。
本発明の前記飼料添加剤又は飲用水添加剤として使用される前記バクテリオファージΦCJ19又は前記バクテリオファージΦCJ19を含む組成物は、液状又は乾燥状態であってもよく、乾燥した粉末の形態であることが好ましい。
本発明の前記飼料添加剤又は飲用水添加剤を乾燥した粉末の形態で製造するための乾燥方法は、特に制限されることはなく、当該技術分野で通常的に使用する方法に従うことができる。前記乾燥方法の非制限的な例としては、通風乾燥、自然乾燥、噴霧乾燥、凍結乾燥などを挙げることができる。これらは、単独で使用されてもよく、2種以上の方法を共に用いる方式で行われてもよい。
本発明の前記飼料添加剤又は飲用水添加剤には、非病原性の他の微生物がさらに添加されてもよい。前記添加され得る微生物の非制限的な例としては、タンパク質分解酵素、脂質分解酵素及び/又は糖転移酵素を生産できるバチルス・サブティリス(Bacillus subtilis)などの枯草菌;牛の胃などの嫌気的条件で生理的活性及び有機物分解能を有するラクトバチルス菌株(Lactobacillus sp.);家畜の体重を増加させ、牛乳の産乳量を増加させ、飼料の消化吸収率を高める効果を有するアスペルギルス・オリーゼ(Aspergillus oryzae)などの糸状菌;及びサッカロミセス・セレビシア(Saccharomyces cerevisiae)などの酵母からなる群を挙げることができる。これらは、単独で使用されてもよく、2種以上を混合して使用されてもよい。
本発明の前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む飼料添加剤又は飲用水添加剤は、必要に応じてその他添加剤をさらに含んでもよい。前記使用可能な添加剤の非制限的な例としては、飼料又は飲用水の品質低下を防止するために添加する結着剤、乳化剤、保存剤など;飼料又は飲用水の効用増大のために添加するアミノ酸剤、ビタミン剤、酵素剤、生菌剤、香味剤、非タンパク質態窒素化合物、ケイ酸塩剤、緩衝剤、着色剤、抽出剤又はオリゴ糖などがあり、その他に、飼料混合剤などをさらに含んでもよい。これらは、単独で使用されてもよく、2種以上が共に添加されてもよい。
本発明の前記飼料添加剤は、飼料100重量部に対して、0.05重量部〜10重量部で含有されることが好ましく、0.1重量部〜2重量部で含有されることがより好ましい。本発明の前記飲用水添加剤は、飲用水100重量部に対して、O.0001重量部〜0.01重量部で含有されることが好ましく、0.001重量部〜0.005重量部で含有されることがより好ましい。前記範囲内で、腸管毒素原性大腸菌に対するバクテリオファージΦCJ19の活性が十分に発揮されるという利点がある。
本発明の更に他の一様態によると、前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む飼料添加剤又は飲用水添加剤を添加したり、前記バクテリオファージΦCJ19を直接添加することによって製造された飼料又は飲用水を提供する。
本発明で使用される飼料は、特に制限されることはなく、当該技術分野で通常的に使用される飼料であってもよい。前記飼料の非制限的な例としては、穀物類、根果類、食品加工副産物類、藻類、繊維質類、製薬副産物類、油脂類、澱粉類、粕類又は穀物副産物類などの植物性飼料;タンパク質類、無機物類、油脂類、鉱物性類、単細胞タンパク質類、動物性プランクトン類又は食物などの動物性飼料を挙げることができる。これらは、単独で使用されてもよく、2種以上を混合して使用されてもよい。
本発明で使用される飲用水は、特に制限されることはなく、当該技術分野で通常的に使用される飲用水であってもよい。
本発明の更に他の一様態によると、前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む消毒剤又は洗浄剤を提供する。前記消毒剤又は洗浄剤の剤形は、特に制限されることはなく、当該技術分野で知られている剤形に製造して使用してもよい。
前記消毒剤は、腸管毒素原性大腸菌を除去するために散布されてもよく、動物の活動領域、屠殺場、斃死地域、調理場所又は調理設備などに散布されてもよいが、これに制限されることはない。
前記洗浄剤は、腸管毒素原性大腸菌に露出したり、露出する可能性がある動物の皮膚表面又は身体の各部位などを洗浄する用途で使用されてもよいが、これに制限されることはない。
本発明の更に他の一様態によると、前記バクテリオファージΦCJ19又は前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む組成物を用いて腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病を予防又は治療する方法を提供する。
本発明の前記予防又は治療方法は、具体的に、腸管毒素原性大腸菌によって感染したり、感染する危険があるヒトを除いた対象体に、前記バクテリオファージΦCJ19又は前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む組成物を薬学的に有効な量で投与する段階を含む。前記バクテリオファージΦCJ19又はこれを含む組成物の適切な1日の総使用量は、正しい医学的判断範囲内で処置医によって決定することができ、これは、当該技術分野の通常の知識を有する者にとって自明な事項である。前記ヒトを除いた対象体は、腸管毒素原性大腸菌に感染したり、感染する危険がある豚である。
特定の動物に対する前記バクテリオファージΦCJ19又は前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む組成物の具体的な薬学的有効量は、達成しようとする反応の種類と程度、該当個体の年齢、体重、一般的な健康状態、性別又は食餌はもちろん、前記バクテリオファージΦCJ19又はこれを含む組成物の投与時間、投与経路及び組成物の分泌率、治療期間などを考慮して決定することができ、同時又は異時に共に使用される薬物のその他組成物の成分などを始めとした多くの因子、及び医薬分野でよく知られている類似因子によって多様化することができる。
本発明の前記バクテリオファージΦCJ19又は前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む組成物は、薬学的製剤の形態で動物に噴霧式鼻腔投与してもよく、動物の飼料又は飲用水に直接添加し、これを摂食させる方式で投与してもよく、飼料添加剤又は飲用水添加剤の形態で飼料又は飲用水に混合して投与してもよい。
本発明の前記バクテリオファージΦCJ19又は前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む組成物の投与経路及び投与方式は、特に制限されることはなく、目的とする該当組織に前記バクテリオファージΦCJ19又はこれを含む組成物が到逹し得る限り、任意の投与経路及び投与方式に従うことができる。すなわち、前記バクテリオファージΦCJ19又は前記バクテリオファージΦCJ19を有効成分として含む組成物は、経口又は非経口の多様な経路を介して投与されてもよく、その投与経路の非制限的な例としては、口腔、直腸、局所、静脈内、腹腔内、筋肉内、動脈内、経皮、鼻腔内又は吸入などを挙げることができる。
以下では、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。ただし、これら実施例は、本発明を例示的に説明するためのものであって、本発明の範囲がこれら実施例に限定されることはない。
[実施例1]腸管毒素原性大腸菌に感染するバクテリオファージの分離
<実施例1―1>
バクテリオファージのスクリーニング及び単一バクテリオファージの分離
韓国・忠清道洪城郡広川地域のサンファ原種農場地域の養豚糞便及び環境サンプルから収得した試料50mlを4,000rpmで10分間遠心分離した後、その上澄液を0.45μmのフィルターでろ過することによって試料液を準備し、これを用いてソフトアガーオーバーレイ(soft agar overlay)方法を行った。前記ソフトアガーオーバーレイ方法とは、トップアガー(top―agar、0.7%の寒天を用いて固体培地上に付けること)で成長する宿主細胞を用いてバクテリオファージの溶菌を観察する方法をいう。
具体的に、韓国ソウル大学獣医学科獣医伝染病学室で分離した腸管毒素原性大腸菌(SNUJG280)振盪培養液(OD600=2)150μlと10×LB培地(トリプトファン(tryptone)、10g/l;酵母抽出物、5g/l;NaCl、10g/l)2mlに前記試料ろ過液18mlを混合し、これを30℃で18時間培養した後、前記培養液を4,000rpmで10分間遠心分離し、その上澄液を0.45μmのフィルターを用いてろ過した。その次に、LB平板培地上に0.7%(w/v)の寒天3mlと腸管毒素原性大腸菌(SNUJG280)振盪培養液(OD600=2)150μlとの混合液を注いで固めた後、その上に前記試料液10μlを滴下し、30℃で18時間培養することによって溶菌斑の形成を確認した。
一つの溶菌斑には一種類のバクテリオファージが存在すると知られているので、前記形成された溶菌斑から単一バクテリオファージを分離しようとした。具体的に、前記溶菌斑を400μlのSM溶液(NaCl、5.8g/l;MgSO7HO、2g/l;1M Tris―Cl(pH7.5)、50ml)に加え、4時間放置することによってバクテリオファージ溶液を収得した。続いて、バクテリオファージ溶液100μlを0.7%(w/v)の寒天5ml及び腸管毒素原性大腸菌(SNUJG280)振盪培養液(OD600=2)150μlと混合し、150mm直径のLB平板培地を用いたソフトアガーオーバーレイを行い、完全に溶菌されるまで培養した。培養が終了した後、前記LB平板培地に5mlのSM溶液を加え、室温で4時間放置することによってバクテリオファージ溶液を収得した。
前記溶液を回収し、1%(v/v)のクロロホルムを加えた後、10分間混合し、4,000rpmで10分間遠心分離を行うことによって上澄液を収得し、前記上澄液を0.45μmのフィルターでろ過することによって最終試料を収得した。
<実施例1―2>
バクテリオファージの大量培養及び精製
前記実施例1―1で収得したバクテリオファージを腸管毒素原性大腸菌(SNUJG280)を用いて大量に培養し、これからバクテリオファージを精製した。
具体的に、腸管毒素原性大腸菌(SNUJG280)を振盪培養し、1.5×1010cfuになるように株分けし、4,000rpmで10分間遠心分離を行った後、これを4mlのSM溶液に再浮遊させた。これにバクテリオファージを1.5×10pfuで接種し、MOI(multiplicity of infection)=0.0001と滴定した後、常温で20分間定置させた。続いて、これを150mlのLB培地に接種し、30℃で5時間培養した。
培養が終了した後、最終体積の1%(v/v)になるようにクロロホルムを添加して20分間撹拌し、制限酵素であるDNase IとRNase Aをそれぞれ最終濃度が1μg/mlになるように添加し、30℃で30分間定置させた。その次に、最終濃度がそれぞれ1Mと10%(w/v)になるようにNaClとポリエチレングリコールを加え、4℃で3時間さらに定置させ、4℃で12,000rpmで20分間遠心分離を行うことによって沈殿物を収得した。
前記収得した沈殿物を5mlのSM溶液に懸濁させ、20分間室温で定置させた後、1mlのクロロホルムを加えて撹拌し、4℃で4,000rpmで20分間遠心分離を行うことによって上澄液を収得した。前記上澄液を0.45μmのフィルターでろ過した後、グリセロール密度勾配法(密度:40%、5%のグリセロール)を用いた超遠心分離(35,000rpm、1時間、4℃)を行い、バクテリオファージを精製した。
本発明者は、養豚糞から試料を採取し、腸管毒素原性大腸菌に対する特異的殺菌活性を有する前記バクテリオファージを「Bacteriophage ΦCJ19」と命名し、2013年1月30日に韓国微生物保存センター(Korean Culture Center of Microorganisms、ソウル市西大門区弘済1洞361―221)に寄託番号第KCCM11361P号で寄託した。
<実施例2>
ΦCJ19の大腸菌感染性の比較
前記実施例1で精製したバクテリオファージΦCJ19が腸管毒素原性大腸菌(SNUJG280)以外の他の大腸菌に対しても溶菌活性を示すか否かを確認するために、交差感染を行った。
具体的に、2種の腸管毒素原性大腸菌(SNUJG280及びCANRO8(カナダのゲルフ大学(University of Guelph)から入手))と12種の非病原性大腸菌(MC4100、BL21(DE3)、Rosetta(DE3)、2616、281、1917、DH5a、GM2929、Tuner(DE3)、W3110、K12G、0122ΔLT)をそれぞれ培養することによって培養液を収得し、前記それぞれの培養液と前記精製したバクテリオファージΦCJ19を用いたソフトアガーオーバレイ方法を行い、溶菌斑の形成有無を確認した。
前記結果は、下記の表1に示す。
前記表1に示したように、実施例1で精製したバクテリオファージΦCJ19は、非病原性大腸菌において7種(MC4100、BL21(DE3)、Rosetta(DE3)、GM2929、Tuner(DE3)、W3110、及び0122ΔLT)に対して溶菌活性を示し、残りの5種(2616、281、1917、DH5a、及びK12G)に対しては溶菌活性を示さないことを確認することができた。
<実施例3>
ΦCJ19の形態観察
前記実施例1で精製したバクテリオファージΦCJ19を0.01%のゼラチン溶液で希釈し、2.5%のグルタルアルデヒド(glutaraldehyde)溶液で固定した。これを炭素コーティングされた雲母板(carbon―coated mica plate(ca.2.5mm×2.5mm))に滴下して10分間適応させた後、滅菌蒸留水で洗浄した。炭素被膜(carbon film)を銅グリッド(copper grid)上に取り付け、2%の酢酸ウラニル(uranyl acetate)で30秒〜60秒間染色し、乾燥を行った後、透過電子顕微鏡(JEM―1011、80kV、倍率×120,000〜×200,000)で検鏡した(図1)。
図1は、バクテリオファージΦCJ19の電子顕微鏡写真を示した図で、形態学上、正二十面体の頭部を有し、尾部を有さない形態型を示すことから、ポドウイルスに属することが分かった。
<実施例4>
ΦCJ19の全体のゲノムDNAのサイズ分析
前記実施例1で精製したバクテリオファージΦCJ19からゲノムDNAを抽出した。
具体的に、精製されたバクテリオファージΦCJ19培養液に20mMのEDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid)、50μg/mlのタンパク質分解酵素(proteinase K)、及び0.5%(w/v)のSDS(sodium dodecyl sulfate)を加えて50℃で1時間定置し、同一の体積のフェノール(pH8.0)を加えて撹拌した後、室温で12,000rpmで10分間遠心分離を行うことによって上澄液を収得した。
前記上澄液を同一の体積のPC(フェノール:クロロホルム=1:1)と混合し、室温で12,000rpmで10分間遠心分離を行うことによって上澄液を収得した。前記上澄液を同一の体積のクロロホルムと混合し、室温で12,000rpmで10分間遠心分離を行い、その上澄液を収得した。前記上澄液に3Mの酢酸ナトリウム(sodium acetate)を全体体積の10%(v/v)になるように加えて混合し、2倍体積の冷たい95%のエタノールを加えて混合した後、−20℃で1時間定置させた。続いて、0℃で10分間12,000rpmで遠心分離を行った後、上澄液を除去することによって沈殿物を収得した後、これに50μlのTE緩衝液(Tris―EDTA、pH8.0)を加えて溶解した。前記で抽出されたDNAを10倍希釈し、OD260で吸光度を測定することによって濃度を測定した。
その次に、1μgのDNAを1%のPFGE(pulse―field gel electrophoresis)アガロースゲルにローディングし、バイオ・ラッド(BIORAD)PFGEシステム7番プログラム(サイズ範囲25kb〜100kb;スイッチタイムランプ(switch time ramp)0.4秒〜2.0秒、線形(linear shape);順方向電圧(forward voltage)180V;逆方向電圧(reverse voltage)120V)を用いて常温で20時間展開した(図2)。
図2は、バクテリオファージΦCJ19のゲノムDNAの電気泳動写真であって、バクテリオファージΦCJ19のゲノムDNAは、約54kbのサイズを示すことを確認することができた。図2において、Mは、サイズ測定の基準になるDNAである。
<実施例5>
ΦCJ19のタンパク質パターン分析
1010pfu/ml力価(titer)の精製されたバクテリオファージΦCJ19溶液15μlと5×SDS試料溶液3μlとを混合して5分間加熱した後、12%のSDS―PAGEを行った(図3)。
図3は、バクテリオファージΦCJ19を対象にして行ったSDS―PAGE結果を示す電気泳動写真であって、約44kDa、40.5kDa、37kDa、20kDa及び17kDaサイズの主要タンパク質を確認することができた。
<実施例6>
ΦCJ19の遺伝的特性分析
前記実施例1で精製したバクテリオファージΦCJ19の遺伝子的特性を調査するために、バクテリオファージΦCJ19のDNAを遺伝子分析機器FLXチタンシーケンサー(titanium sequencer)(Roche)を使用して分析した。(株)マクロジェン(Macrogen Inc.)でGSとデ・ノボアセンブリソフトウェア(de novo assembler software)(Roche)を使用して遺伝子を組み合わせた。転写解読枠(open reading frame)は、GeneMArk.hmm、Glimmer v3.02及びFGENESBソフトウェアを使用して行われた。BLASTPとインタープロスキャン(InterProScan)プログラムを使用して転写解読枠の名前を命名(annotation)した。
前記バクテリオファージの塩基配列は、既存に報告されたバクテリオファージの塩基配列と多様な類似性を示したが、全ての断片が100%一致するバクテリオファージはないことが確認された。ここで、前記バクテリオファージは、新規に分離されたバクテリオファージであることを確認することができた。
下記の表2は、バクテリオファージΦCJ19の塩基配列と他のバクテリオファージの解読塩基配列との相同性を比較した結果を示したものである。
前記製造されたバクテリオファージΦCJ19のDNAを遺伝子分析機器を使用して分析した塩基配列の一部結果は、配列番号1と同じである。
<実施例7>
pHによるΦCJ19の安定性の調査
バクテリオファージΦCJ19が胃腸内の低いpHで安定性を保有できるか否かを確認するために、多様なpH範囲(pH3.0、pH3.5、pH4.0、pH5.5、pH6.4、pH7.5、pH8.3、pH9.2及びpH11.0)で安定性の調査実験を実施した。
実験のために、多様なpH溶液(酢酸ナトリウム緩衝溶液(pH4.0、pH5.5及びpH6.4)、クエン酸ナトリウム緩衝溶液(pH3.0及びpH3.5)、リン酸ナトリウム緩衝溶液(pH6.9及びpH7.4)、Tris―HCl溶液(pH8.2、pH9.0、pH9.8及びpH11.0))をそれぞれ0.2Mで製作した。
前記各pH溶液180μlと5.0×1010PFU/ml力価のバクテリオファージ溶液20μlを混ぜ、各pH溶液の濃度を1Mにした後、常温で2時間定置した。対照群は、同一の方法で5.0×1010PFU/mlのバクテリオファージ溶液20μlをSM溶液180μlに混ぜた後、常温で2時間定置した。その次に、これらを段階的に希釈し、ソフトアガーオーバーレイ方法を用いて各段階の希釈液を10μlずつ落とした後、30℃で18時間培養し、溶菌の有無を通じて力価を測定した(図4)。
図4は、バクテリオファージΦCJ19の耐酸性実験結果を示した図である。図4に示したように、対照群と比較すると、バクテリオファージΦCJ19は、pH4.0からpH11.0まで活性を失わずに安定的であることを確認することができた。
<実施例8>
温度によるΦCJ19の安定性の調査
バクテリオファージの製品剤形のうち飼料添加剤として用いる場合、バクテリオファージの剤形過程で発生する熱に対する安定性を確認するための実験を行った。
具体的に、5.0×1010PFU/ml濃度のバクテリオファージΦCJ19の溶液100μlを37℃、42℃、53℃及び60℃の温度条件下でそれぞれ0分、30分、60分及び120分間定置させた。その次に、前記処理した実験培養液を段階的に希釈し、ソフトアガーオーバーレイ方法で各段階の希釈液を10μlずつ落とした後、30℃で18時間培養し、溶菌の有無を通じて力価を測定した(図5)。
図5は、バクテリオファージΦCJ19の耐熱性実験結果を示した図である。図5に示したように、バクテリオファージΦCJ19は、53℃で2時間露出したときまでは活性を維持したが、60℃では60分露出時から時間の経過と共に活性が減少することが分かった。
<実施例9>
野生分離株腸管毒素原性大腸菌に対するΦCJ19の感染範囲の調査
バクテリオファージΦCJ19が実験に使用された腸管毒素原性大腸菌(SNUJG280)の他に、韓国ソウル大学獣医科大学及びカナダのゲルフ大学で分離した野生分離株腸管毒素原性大腸菌15株に対して溶菌活性の有無を確認した。
具体的に、各菌株の振盪培養液(OD600=2)150μlを混ぜてソフトアガーオーバーレイ方法を進行し、10pfu/ml力価のバクテリオファージΦCJ19の溶液を10μlずつ落とした後、30℃で18時間培養し、溶菌斑の形成有無を観察した。
前記結果は、下記の表3に示す。
前記表3に示したように、バクテリオファージΦCJ19は、一般の養豚農家で豚の下痢の原因菌として相当部分を占めているETEC O―血清型O149(SNU107、SNUF4、SNUJG280、SNU3220、CANRO8)に対して感染能を示しており、さらに、F―血清型K88(SNU107、SNU160、SNU162、SNUF4、SNU3220、CANRO8、SNUJG280)、K99(SNU2618)に対する感染能を示しているので、現場への適用時に優れた効率性を示すと期待される。
寄託機関名:韓国微生物保存センター(国外)
受託番号:KCCM11361P
受託日付:20130130

Claims (8)

  1. 腸管毒素原性大腸菌(Enterotoxigenic Escherichia coli)に特異的な殺菌活性を有する新規なバクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)。
  2. 請求項1による前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を有効成分として含む腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療用組成物。
  3. 前記感染性疾病が大腸菌症である、請求項2に記載の腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療用組成物。
  4. 請求項1による前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を有効成分として含む抗生剤。
  5. 請求項1による前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を有効成分として含む飼料添加剤又は飲用水添加剤。
  6. 請求項1による前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)を有効成分として含む消毒剤又は洗浄剤。
  7. 請求項1による前記バクテリオファージΦCJ19(KCCM11361P)又は請求項2による前記組成物を、ヒトを除いた動物に投与する段階を含む腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療方法。
  8. 前記感染性疾病は大腸菌症である、請求項7に記載の腸管毒素原性大腸菌による感染性疾病の予防又は治療方法。
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