JP6489752B2 - 酪酸産生菌保有非ヒト動物モデル及びその作製方法 - Google Patents
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- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Description
また、腸内で産生された酪酸が生体にどのような作用を示すかについては、in vivoでの適切な評価系、つまり腸内で酪酸を特異的に増やす系が確立していないため、未だ明らかとなっていない部分が多い。
従って、本発明の課題は、酪酸産生菌を保有する非ヒト動物モデル、その作製方法及びその非ヒト動物モデルの利用を提供することにある。
〔2〕動物がマウスである、〔1〕記載の非ヒト動物モデル。
〔3〕酪酸産生菌が腸内で10%以上の占有率を示す〔1〕又は〔2〕記載の非ヒト動物モデル。
〔4〕酪酸産生菌がAnaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)に属する細菌である〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の非ヒト動物モデル。
〔5〕Anaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)に属する細菌が、Anaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)YIT 12354(NITE P−01831)又はAnaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)YIT 12355(NITE P−01832)である〔4〕記載の非ヒト動物モデル。
〔6〕難消化性糖類と酪酸産生菌を含有する組成物を動物に投与することを特徴とする酪酸産生菌が腸内で優勢となった非ヒト動物モデルの作製方法。
〔7〕難消化性糖類が、イソマルト、イソマルチュロース、D−ガラクチトール、D−キシリトール、D−ソルビトール、L−ソルボース、マルチトール、D−マンニトール、ラクチトール及びガラクトオリゴ糖から選ばれる1種以上である〔6〕記載の非ヒト動物モデルの作製方法。
〔8〕酪酸産生菌が、Anaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)に属する細菌である〔6〕又は〔7〕記載の非ヒト動物モデルの作製方法。
〔9〕Anaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)に属する細菌が、Anaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum) YIT 12354(NITE P−01831)又はAnaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)YIT 12355(NITE P−01832)である〔8〕記載の非ヒト動物モデルの作製方法。
さらに、前記酪酸産生菌は、D−キシリトールを基質として酪酸を産生することができるものが好ましい。
ここで、L−ソルボース又はD−キシリトールを基質とした際の酪酸産生量とは、糖類としてL−ソルボース又はD−キシリトールのみを添加した培地で培養したときの酪酸産生量である。なお、培地組成及び培養条件は、通常の酪酸産生菌の培養に適した条件であればよいが、例えば菌株の凍結保存液(菌体を10%(w/v)スキムミルク−2%グルタミン酸ナトリウム溶液に懸濁した溶液)(菌数:2.0〜5.5×1010cells/mL)を融解し、その一部を33 mMの酢酸ナトリウム及び0.5(w/v)%のグルコースを添加したPY(peptone−yeast extract)液体培地(PYGA培地)4mLに1%接種し、37℃で24時間嫌気培養した後に、培養液をPYGA培地に1%接種し、37℃で24時間嫌気培養した後、培養液の一部を、33 mMの酢酸ナトリウム及び0.5(w/v)%のL−ソルボース又はD−キシリトールを含むPY培地に1%接種し、37℃で24時間嫌気培養した後、培養液中の酪酸濃度を測定すればよい。
なお、培養後の菌数を確認するために、PYGA培地及び/又は33 mMの酢酸ナトリウム及び0.5(w/v)%のL−ソルボース又はD−キシリトールを含むPY培地での培養後に濁度(OD660)を測定することが好ましい。
培養液中の酪酸濃度の測定は、酪酸濃度が測定可能な方法であれば特に限定されないが、例えばイオン排除高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で測定することができる。
また、前記酪酸産生菌は、短鎖脂肪酸の種類を多く含む培地(例えば、酢酸、プロピオン酸、イソブチル酸、イソ吉草酸、吉草酸を含むYCFA培地)でない、短鎖脂肪酸として酢酸(又はその塩)のみを含有する培地でも酪酸を産生できる性質を有するものが好ましい。
また、前記組成物は、動物用の飼料として使用可能な成分、添加剤を含有することができ、慣用の手段を用いて飼料に適した固体状、液体等の形態とすることができる。これらの形態としては、顆粒状、粒状、錠剤、カプセル、ペースト等が挙げられる。
(1)ヒト糞便培養による各種難消化性糖類の酪酸産生促進効果
健常成人男性5名(A〜E)の新鮮排泄糞便をグローブボックス内に搬入し、糞便20gをフィルター付きホモジナイズバッグPYXON−30(エルメックス社製)に移した。そこに糞便の9倍量の嫌気置換済0.1Mリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.8)を加えて10倍希釈した後、フィルターろ過して残渣を除いて糞便希釈液を調製した。糞便希釈液9.5 mLに、発芽大麦(GBF)、L−アラビノース、D−ガラクチトール、ガラクトオリゴ糖、D−キシリトール、D−キシロース、D−ソルビトール、L−ソルボース、マルチトール、D−マンニトール、フラクトオリゴ糖の各糖類の10(w/v)%溶液を0.5mL(糖類の最終濃度0.5(w/v)%)添加し、37℃で24時間嫌気培養した。
その結果を図1に示す。図1から、ヒト糞便に難消化性糖類を添加して培養すると、酪酸産生量が増加し、ヒト健常成人糞便中に酪酸産生菌が存在することを確認した。
健常成人男性2名(C:30歳,E:29歳)から糞便を採取し、グローブボックス内に搬入した。糞便を十分に均質化した後、一部をフィルター付きホモジナイズバッグPYXON−30(エルメックス社製)に移した。そこに糞便の9倍量の嫌気置換済0.1Mリン酸Naバッファー(pH6.8)を加えてホモジナイズし、残渣を除いた。糞便希釈液の一部をPY(表1)、0.5(w/v)%L−ソルボース添加PY(PYS)、及び0.5(w/v)%D−キシリトール添加PY(PYX)液体培地に0.5%接種し、37℃のもと24時間嫌気培養した。培養後、培養液を嫌気置換したPBSで106-7倍希釈し、PY、PYS、及びPYX寒天平板培地に播種し、37℃で72時間嫌気培養した。PYS及びPYX平板培地に生育したコロニーのうち、PY平板培地上のそれと比較して形態が異なるコロニーを釣菌し、PYS及びPYX液体培地に接種して37℃で24時間嫌気培養した。これらの分離株のうち、培養液中に酪酸を産生した株を選抜した。その結果、分離株2株(YIT 12354及びYIT 12355)を選抜した。
(1)酪酸産生量
1)各種菌株によるL−ソルボース及びD−キシリトールからの酪酸の産生
各菌株の凍結保存液(菌体を10%(w/v)スキムミルク−2%グルタミン酸ナトリウム溶液に懸濁した溶液)(菌数:2.0〜5.5×1010cells/mL)を融解し、その一部を33mMの酢酸ナトリウム及び0.5(w/v)%のグルコースを添加したPY液体培地(PYGA培地)4mLに1%接種し、37℃で24時間嫌気培養した。培養後、培養液の一部を新しいPYGA培地に1%接種し、37℃で24時間嫌気培養した。培養後、培養液の濁度(OD660)を測定した。その後、培養液の一部を、PY培地に0.5(w/v)%のL−ソルボース又はD−キシリトールと33mMの酢酸ナトリウムを含む培地(L−ソルボースを含む培地:PYSA、D−キシリトールを含む培地:PYXA)に1%接種し、37℃で24時間嫌気培養した後、濁度(OD660)を測定した。培養終了後の培養液中の有機酸濃度はイオン排除HPLCで定量した。このとき、酢酸ナトリウムは添加しているがL−ソルボース又はD−キシリトールは添加しないPY培地(PYA培地)で培養したものをブランクとした。
溶離液:15 mM過塩素酸−7%アセトニトリル
pH調整剤:15 mM過塩素酸−60 mMトリスヒドロキシメチルアミノメタン−7%アセトニトリル
分離カラム:有機酸分析用カラムRSpak KC−811×2(昭和電工社製)
カラム温度:42℃
注入試料量:10μL
流速:1.0 mL/min
分析時間:35分
検出器:Waters432電気伝導度検出器
セル温度:45℃
なお、酪酸産生量は(数1)に従って算出した。
前記1)に記載した条件と同条件でPYGA液体培地にて培養した菌液の一部を、33mMの酢酸ナトリウムを含むPYA培地にさらに40mMの乳酸ナトリウムを加えた培地に1%接種し、37℃で24時間嫌気培養した。培養終了後の培養液中の有機酸濃度をイオン排除HPLCで分析した。分析条件は前記1)と同じ条件で行った。なお、酪酸産生量は、(数2)に従って算出した。
上記酪酸産生菌は、YCFAのような短鎖脂肪酸の種類を多く含む培地でない、短鎖脂肪酸として酢酸(又はその塩)のみを含有する培地でも酪酸を産生できる性質を有することが分かった。また、酪酸産生量自体もSS2/1及びSSC/2に比べ高かった。
各菌株の培養液からビーズフェノール法によりDNAを抽出し、16SrDNAの全長をPCRで増幅した後、配列のほぼ全長をシークエンスした。得られた配列は日本DNAデータバンク(DDBJ)のFASTA検索に供し、既知菌種の配列データベースと照合した。さらに、Clustal Xを用いた近隣結合(NJ)法で分離株の配列を系統解析し、Tree−Viewプログラムを用いて系統樹を作成した。
結果を図2に示す。
各種菌株の生化学性状検査には、市販のアピZYM、ラピッドID32Aアピ、及びアピケンキ20A(シスメックス・ビオメリュー(株))を用いた。検査方法は製品マニュアルに従った。
結果を表5に示す。
これらの結果から、YIT 12354及びYIT 12355は新規な菌株と判定し、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センターにそれぞれ受託番号NITE P−01831及びNITE P−01832として寄託した。
a)難消化性糖類
難消化性糖類として、ガラクトオリゴ糖(GOS)、マルチトール、D−マンニトール、ラクチトール、イソマルト、イソマルチュロース、L−ソルボース、D−ソルビトールを用いた。なお、GOS以外は試薬グレードのものを使用した。GOSは市販のオリゴメイト55N(ヤクルト薬品工業)から、活性炭カラムを用いて単糖及び乳糖画分(上部消化管で消化吸収される画分)を除去したものを使用した。具体的には、精製水で膨潤させた活性炭(和光純薬社製)を詰めたカラムに、精製水で希釈した糖液を添加し、2%エタノール溶液でカラムを洗浄した後、50%エタノール溶液で難消化性画分を溶出し、溶出液を減圧乾燥して得たGOS糖液を使用した。
b)使用菌株
代表的なヒト腸内酪酸産生菌であるA.hadrusの基準株であるA.hadrus YIT 10092T(DSM 3119T)及び分離株2株を使用した。
c)酪酸産生能力の評価
上記の菌株を0.5%D−グルコースを添加した33mMの酢酸ナトリウムを含むPYA培地(PYGA培地)で37℃24時間嫌気培養した。培養液の一部を、0.5(w/v)%の各難消化性糖類を含むPYA培地(試験培地)に1%接種し、37℃24時間嫌気培養した。培養終了後、培養液中の有機酸濃度をイオン排除HPLCで分析した。分析条件は前記実施例2と同じ条件で行った。有機酸濃度の定量後、各難消化性糖類からの酪酸産生量及び総短鎖脂肪酸に占める酪酸の比率を以下の式に従って算出した。
マウスの糞便0.8gをPBSで12.5倍希釈し、各種難消化性糖類(ラクチトール、マルチトール、D−マンニトール、D−ソルビトール、L−ソルボース、D−キシリトール)を0.5%、PYGA培地で前培養したYIT 12355を1.0%添加した後、37℃で24時間嫌気培養した。また、各種消化性糖類を添加しない培地も同様に培養した。培養終了後、培養液中の有機酸濃度をイオン排除HPLCで分析した。分析条件は前記実施例2と同じ条件で行った。有機酸濃度の定量後、(数3)と同様の式に従って酪酸産生量と酪酸の比率を算出した。
その結果を図5及び図6に示す。図5及び図6に示すように、難消化性糖類の単独添加時及び本発明の酪酸産生菌単独添加時に比べて、酪酸産生菌と難消化性糖類を組み合わせることで、酪酸産生が大きく亢進される。また、総短鎖脂肪酸に対する酪酸の比率も同様に、難消化性糖類の単独添加時及び本発明の酪酸産生菌の単独添加時に比べて、これらを組み合わせることで大きく高まる。
1)試験設計
全体の試験スケジュールを表6に示した。マウスは1週間F2飼料(フナバシファーム社製)で馴化飼育した後、各群の平均体重がほぼ等しくなるように6群に分けた。その後、1週間対照食(表7)を投与し、難消化性素材を含む精製飼料に切り替えて2週間投与した。YIT 12355の生菌懸濁液は2回/週、計4回経口ゾンデ投与した。試験最終日に解剖し、盲腸及び結腸内容物を回収して有機酸濃度を調べた。また、腸管内容物中のYIT 12355の菌数を定量PCR法にて測定するとともに、腸内菌叢全体の変化をPCR−DGGE(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)法を用いて調べた。
使用動物 : マウスC57BL/6J(4週齢:日本クレア)
試験期間 : 3週間
使用した難消化性糖類 : ラクチトール、マルチトール
難消化性糖類の投与量: 5%(w/w)
投与菌株 : YIT 12355
菌投与量 :生菌投与量 3.9〜6.9×108cfu/マウス(生食懸濁液のゾンデ投与)。死菌を含めた総菌数では、3.6〜4.6×109cfu/マウス。
群構成 : 6群(5匹/群)
−/−群, 対照
AH/−群, YIT 12355単独投与
−/LAC群,ラクチトール単独投与
−/MAL群,マルチトール単独投与
AH/LAC群, YIT 12355及びラクチトール共投与
AH/MAL群, YIT 12355及びマルチトール共投与
飼料組成 : AIN−93Gをベースとする精製飼料(表7)
測定項目 : 盲腸内菌叢解析(定量PCR法による投与菌の菌数測定、DAPIカウント法による総菌数測定、PCR−DGGE法による菌叢変化観察)
YIT 12355は、PYGA培地により37℃で24時間培養した後、遠心ペレットを10%スキムミルク−2%グルタミン酸ナトリウム溶液に懸濁し、−80℃で凍結したものを凍結保存ストックとした。YIT 12355の投与菌液の調製は、この凍結保存ストックを用いて以下のように行った。
YIT 12355の凍結保存ストック液を融解し、4mLのPYGA培地に1%接種し、37℃で24時間嫌気培養した。培養液の一部を、同じ組成の培地56mLに1%植菌し、37℃で24時間嫌気培養した。菌液を4℃のもと、10,000rpmで10分間遠心した後、上清を除いた。予め嫌気置換しておいた冷生理食塩水30mLを加えてペレットを再懸濁し、遠心して上清を除いた。ペレットを6mLの冷生理食塩水で再懸濁して投与菌液とした。なお、菌体の懸濁はグローブボックス内で行った。
菌液を嫌気置換した生理食塩水で段階希釈し、PYGA平板培地に播種して37℃で24時間嫌気培養した後、コロニーをカウントして生菌数を算出した。総菌数は、菌液の一部を4%パラホルムアルデヒド/PBS溶液で固定した後、DAPIカウント法により測定した。
被験飼料の投与2週目にマウスをジエチルエーテルで麻酔し、頸椎脱臼にて安楽死させた。開腹して盲腸組織及び結腸組織を摘出し、内容物を回収した。盲腸及び結腸内容物はPBSにより10倍希釈し、DNAの抽出に供した。
a)定量PCR法によるYIT 12355の菌数測定
腸管内容物の10倍希釈液からビーズフェノール法によりDNAを抽出した。すなわち、腸管内容物の希釈液200μLに0.3gのガラスビーズ(直径0.1mm)と300μLのTris−SDS溶液(250mLの200mM Tris−HCl 80mM EDTA pH9.0と50mLの10%SDSを混合した溶液)、及び500μLのTE飽和フェノールを加えてFastPrep FP120(パワーレベル5.0)により30秒間激しく振とうした。15,000rpmで5分間遠心した後、400μLの上清にフェノール/クロロホルム/イソアミルアルコール(25:24:1)溶液400μLを加え、FastPrep FP120(パワーレベル4.0)により45秒間振とうした。15,000rpmで5分間遠心した後、上清250μLに25μLの3M酢酸ナトリウム(pH5.4)及び250μLのイソプロパノールを加えて混合した。15,000rpmで5分間遠心した後、上清を除き、500μLの70%エタノールを加えて再度15,000rpmで5分間遠心した。上清を除いてペレットを乾燥させ、1.0mLのTEバッファーに溶解した。得られたDNA溶液を精製水で10倍希釈し、鋳型DNA溶液とした。定量PCRには、7500 Real−Time PCR System(Life Technologies社製)を用いた。反応液は、総量を20 μLとし、1.0 μMの各プライマーを含むSYBR Premix Ex Taq II(タカラバイオ(株))と鋳型DNA溶液を混合した後、定量PCRに供した。反応条件は、95℃で2分間加熱した後、95℃で20秒間、55℃で20秒間、72℃で50秒間の反応を1サイクルとしてこれを40サイクル繰り返し、72℃で3分間反応させた。さらに、これに引き続きTm値解析のため、60℃で1分間反応させた後、0.2℃/秒の温度勾配で95℃まで温度を上昇させ、このときのSYBR Green Iの蛍光を測定して増幅産物の2本鎖が解離するときの温度(Tm)を測定した。定量PCRに使用したA.hadrus特異的プライマーの配列を表8に示した。なお、A.hadrusの定量に使用する検量線は、一定菌数に調製したA.hadrus YIT12355の菌体から抽出したDNAを鋳型に用いて作製した。
上記4)−aで抽出したDNAを群ごとにプールし、これを鋳型にしてGCクランプを付与したプライマー(表9)により細菌の16S rRNA遺伝子断片(V3,V4領域含む)をPCRにより増幅した。PCR条件は50μLの反応液中に5μLの10×ExTaq Buffer、1μLのBSA(20mg/mL)溶液、2μLの2.5mM dNTP、1μLの25 pmol/μLプライマー溶液、1.25unitsの Ex Taq polymerase HS(タカラバイオ社)、0.1ng template DNAで行った。温度条件は94℃5分、(94℃20秒、55℃45秒、72℃1分)×30サイクル、72℃7分で行った。増幅産物をQIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN社製)で精製した後、1wellあたり200ngのDNAをゲルにアプライした。Gradient Former(Bio−Rad社)で35−50%の変性剤の濃度勾配(ここでは100%変性剤とは7Mのureaと40%formamideの混合物)をつけた8%アクリルアミドゲル(8%Acrylamide/Bis(37:5:1)、1×TAE(pH8.0)、0.1%TEMED、0.1%Ammonium persulfate)を用いて60℃、130Vで5分間泳動した後、70Vで16時間泳動した。泳動後、GelRed(Biotium社)で染色し、UVランプ下でバンドを確認撮影した。なお、A.hadrus YIT 12355に由来するバンドを特定するため、本菌株の純粋培養菌体から抽出したDNAを鋳型にPCRを行い、泳動サンプルとした。
1)試験設計
表11に群構成と試験スケジュールを示した。マウスは1週間F2飼料で馴化飼育した後、各群の平均体重がほぼ等しくなるように4群に分けた。対照食(表12)を1週間投与した後、対照群(−/−群)及びAH/−群には対照食を、−/MAL群及びAH/MAL群にはマルチトールを含む精製飼料(MAL含有食)を2週間投与した。YIT 12355の生菌懸濁液は1週間の対照食を投与した後に単回ゾンデ投与した。試験最終日に解剖し、盲腸内容物を回収した。盲腸内容物はYIT 12355の菌数測定に供した。
被験素材:マルチトール(5%混餌投与)
投与菌株:YIT 12355
動物種 :マウスC57BL/6J(4週齢:日本クレア)
群構成 :7匹×4群
−/−群, 対照
AH/−群, YIT 12355単独投与
−/MAL群, マルチトール単独投与
AH/MAL群, YIT 12355及びマルチトール共投与(表11参照)
試験期間:3週間(対照食1週間 + 試験食もしくは対照食2週間)
菌投与法:生菌の生食懸濁液の単回ゾンデ投与
飼料組成:AIN−93Gをベースとする精製固形飼料(表12)
測定項目:盲腸内菌叢(投与菌の菌数及び占有率)
投与菌であるYIT 12355の生菌懸濁液は前記実施例5、2)と同様に行った。
上記2)で調製した菌液(生菌数3.1×109cfu/mL,総菌数1.9×1010cells/mL)をマウスに0.2mL(生菌数6.2×108cfu/マウス,総菌数3.8×109cells/マウス)単回経口ゾンデ投与した。対照群及び−/MAL群には菌液の代わりに0.2mLの生理食塩水を投与した。
試験開始3週目(菌液ゾンデ投与2週目)に、ソムノペンチル麻酔下で開腹して下大静脈から全採血し、安楽死させた。その後、盲腸内容物を回収した。盲腸内容物はPBSで10倍希釈し、DNA抽出に供した。
5)−1 定量PCR法によるYIT 12355の菌数測定
腸管内容物の10倍希釈液から前記実施例5、4)a)に記載のビーズフェノール法によりDNAを抽出した。得られたDNAを鋳型にして、前記実施例5、4)a)に記載の菌種特異的プライマーを用いた定量PCR法によりYIT 12355の菌数を測定した。
5)−2 腸内の総菌数に対するYIT 12355の占有率の測定
腸管内容物の10倍希釈液の一部を4%パラホルムアルデヒド/PBS溶液で固定した後、DAPIカウント法により総菌数を測定した。上記のYIT12355の菌数を総菌数で除して占有率(%)を算出した。
実施例6の単回投与試験における試験開始1週間後のマウス新鮮糞便0.8gをサンプルチューブに採取し、低温・嫌気状態を保ったままグローブボックス内に搬入した。予め嫌気置換したPBSで希釈し(最終12.5倍希釈)、マルチトール溶液(最終濃度0.5%)及び/又はYIT 12355の培養菌液(1%接種)を添加した後、37℃で24時間嫌気培養した。培養後の酪酸濃度は、電気伝導度検出器を用いたイオン排除HPLCを用いて測定した。
Claims (4)
- Anaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)に属する細菌が腸内で10%以上の占有率を示し、優勢となった非ヒト動物モデルであって、前記細菌が、Anaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)YIT12354(NITE P−01831)又はAnaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)YIT12355(NITE P−01832)である、非ヒト動物モデル。
- 動物がマウスである、請求項1記載の非ヒト動物モデル。
- 難消化性糖類とAnaerostipes hadrus(Eubacterium hadrum)に属する細菌を含有する組成物を動物に投与することを特徴とする請求項1又は2記載の非ヒト動物モデルの作製方法。
- 難消化性糖類が、イソマルト、イソマルチュロース、D−ガラクチトール、D−キシリトール、D−ソルビトール、L−ソルボース、マルチトール、D−マンニトール、ラクチトール及びガラクトオリゴ糖から選ばれる1種以上である請求項3記載の非ヒト動物モデルの作製方法。
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