JP7228533B2 - Method for Producing Bacterial Compositions Comprising Biofilms with Beneficial Bacteria - Google Patents

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Description

本発明は、その一部の実施形態においては、細菌組成物を生成する方法に関し、より詳細には、これらに限らないが、プロバイオティック組成物、環境に有益なプロバイオティック組成物及び産業に使用されるプロバイオティック組成物に関する。 The present invention, in some embodiments thereof, relates to methods of producing bacterial compositions, and more particularly, but not limited to, probiotic compositions, environmentally beneficial probiotic compositions and industrial It relates to a probiotic composition for use in

適切な量で投与されたときに有益な生理的効果を宿主に与える生きた微生物細胞は、「プロバイオティクス」として知られている。研究によれば、プロバイオティック細菌は、宿主における健康な腸の維持と、幾つかのタイプの胃腸感染症の抑制に寄与する治療効果を提供し得ることが示された。これらについて認められた健康上の利点のために、プロバイオティック細菌は、ここ数十年の間に種々の食品及び飲料品に次第に含まれるようになった。プロバイオティクスとして使用される最も一般的なタイプの微生物の幾つかは乳酸菌(LAB)であり、これは、主にLactobacillus属及びBifidobacterium属に属するものである。これらの属はどちらもヒト腸における優勢な常在菌であり、安全な利用の長い歴史があり、一般に安全と認められる(GRAS)。体内におけるこれらの有益な効果を確実にするために、これらの生物は、食品加工、貯蔵及び上部消化管(GIT)通過中に生存しなければならず、これらの作用部位に生きて到達しなければならない。しかし、以前の研究によれば、最終食品中のプロバイオティック細菌の生存レベルは低く、胃の高酸性条件及び小腸における高胆汁濃度によってこれらの生存率はかなり低下する。さらに、プロバイオティクスは、通常、乾燥細菌粉末として提供されており、乾燥細菌粉末は、主として、細胞に致死的な損傷を起こし得る手順として確立された凍結乾燥によって調製されたものである。したがって、ヒトへのプロバイオティクスの送達を維持するためには、食品製造中に、並びに貯蔵及び摂取過程を通して、健康増進細菌の生存率を改善するための新規技術を開発する必要がある。 Live microbial cells that confer beneficial physiological effects on the host when administered in appropriate amounts are known as "probiotics." Studies have shown that probiotic bacteria can provide therapeutic benefits that contribute to maintaining a healthy gut in the host and controlling some types of gastrointestinal infections. Due to their recognized health benefits, probiotic bacteria have been increasingly included in a variety of food and beverage products over the last few decades. Some of the most common types of microorganisms used as probiotics are lactic acid bacteria (LAB), which mainly belong to the genera Lactobacillus and Bifidobacterium. Both of these genera are predominant commensals in the human gut, have a long history of safe use and are generally recognized as safe (GRAS). To ensure their beneficial effects in the body, these organisms must survive during food processing, storage and transit through the upper gastrointestinal tract (GIT) and reach their site of action alive. must. However, previous studies have shown that the survival levels of probiotic bacteria in finished foods are low, and the highly acidic conditions of the stomach and high bile concentrations in the small intestine significantly reduce their survival. Additionally, probiotics are usually provided as dried bacterial powders, which are primarily prepared by freeze-drying, an established procedure that can cause lethal damage to cells. Therefore, to sustain delivery of probiotics to humans, there is a need to develop new techniques to improve the survival of health-promoting bacteria during food manufacturing and throughout the storage and consumption process.

ほとんどの自然生態系においては、細菌は、自由生活性の(浮遊)細胞としてではなく、バイオフィルムと呼ばれる多細胞の複合細胞集団内で増殖することを好む。バイオフィルム様式の増殖は、腸管に棲息する細菌にとっても好ましい。バイオフィルム中の細胞は、細胞自体によって産生される多糖と、タンパク質、DNA、脂質及び核酸などの他の巨大分子とから主としてなる細胞外基質によって連結される。バイオフィルム中に包埋された種とこれらの環境との相互作用は、環境ストレス及び抗菌剤暴露に耐え得る複雑な構造を形成する。したがって、バイオフィルム形成は、多様な環境における好ましくない条件下で存続するための戦略である。 In most natural ecosystems, bacteria prefer to grow within multicellular, complex cell populations called biofilms, rather than as free-living (planktonic) cells. Biofilm mode of growth is also favorable for bacteria that live in the intestinal tract. Cells in biofilms are connected by an extracellular matrix that consists primarily of polysaccharides produced by the cells themselves and other macromolecules such as proteins, DNA, lipids and nucleic acids. The interaction of species embedded in biofilms with their environment creates complex structures that can withstand environmental stress and antimicrobial exposure. Biofilm formation is therefore a strategy for survival under unfavorable conditions in diverse environments.

最も研究されたバイオフィルム形成菌の一つは、堅牢なバイオフィルムを生成する能力によって特徴付けられる、芽胞形成性の非病原菌であるBacillus subtilisである。Bacillus種、主にB. subtilisは、主として胃腸管のミクロフローラの好都合なバランスを維持することによって宿主の健康状態に正の効果を与えることから、プロバイオティック微生物として最近関心を集めている。B. subtilis芽胞は、極端なpH条件及び低酸素を生き延びることができるので、休止状態であるが生存している多数の微生物が下腸に到達し、活性物質の分泌によって幾つかの有益な効果を誘導し得る。さらに、B. subtilis細胞は、恐らくはカタラーゼ及びサブチリシンの産生によって、Lactobacillus種の増殖率及び生存率を高めることが見いだされた(Hosoi, Ametani, Kiuchi, & Kaminogawa, 2000)。B. subtilisによって細胞外基質の一部として産生されるγ-ポリグルタミン酸は、凍結乾燥中(A. R. Bhat et al., 2013)及び貯蔵中(A. R. Bhat et al., 2015)のプロバイオティック細菌の生存率の改善に利用可能であることも報告された。同様のことが、胃の酸性条件をまねた模擬胃液中でも見られた(A. R. Bhat et al., 2015)。 One of the most studied biofilm formers is Bacillus subtilis, a spore-forming, non-pathogenic bacterium characterized by its ability to generate robust biofilms. Bacillus species, primarily B. subtilis, have recently gained interest as probiotic microorganisms, primarily due to their positive effect on host health by maintaining a favorable balance of the microflora of the gastrointestinal tract. Since B. subtilis spores can survive extreme pH conditions and hypoxia, large numbers of dormant but viable microorganisms reach the lower intestine and secrete active substances to produce several beneficial effects. can induce In addition, B. subtilis cells were found to enhance the growth and viability of Lactobacillus species, possibly by production of catalase and subtilisin (Hosoi, Ametani, Kiuchi, & Kaminogawa, 2000). γ-Polyglutamic acid produced by B. subtilis as part of the extracellular matrix has been shown to increase probiotic bacteria during lyophilization (A. R. Bhat et al., 2013) and storage (A. R. Bhat et al., 2015). It was also reported that it could be used to improve survival. The same was seen in simulated gastric fluid that mimics the acidic conditions of the stomach (A. R. Bhat et al., 2015).

他の背景技術としては、米国特許出願公開第20100203581号及びSalas Jara et al., Microorganisms 2016, 4, 35; doi:10.3390が挙げられる。 Other background art includes US Patent Application Publication No. 20100203581 and Salas Jara et al., Microorganisms 2016, 4, 35; doi:10.3390.

本発明の一態様によれば、細菌組成物の調製方法であって、
(a)有益な細菌とバイオフィルム生成細菌とを増殖基質中で、有益な細菌と非病原菌とを含むバイオフィルムを生成する条件下、インビトロで共培養し、
(b)バイオフィルムを増殖基質から単離することで、前記細菌組成物を調製する
ことを含む方法が提供される。
According to one aspect of the invention, a method for preparing a bacterial composition comprising:
(a) co-cultivating beneficial bacteria and biofilm-forming bacteria in a growth substrate in vitro under conditions that produce a biofilm comprising beneficial bacteria and non-pathogenic bacteria;
(b) isolating the biofilm from the growth substrate to prepare said bacterial composition is provided.

本発明の一態様によれば、本明細書に記載の方法によって得られる細菌組成物が提供される。 According to one aspect of the invention there is provided a bacterial composition obtainable by the method described herein.

本発明の一態様によれば、本明細書に記載の細菌組成物を含む食品又は飼料が提供される。 According to one aspect of the invention there is provided a food or feed comprising a bacterial composition as described herein.

本発明の一態様によれば、対象の健康を改善又は維持する方法であって、治療有効量の本明細書に記載のプロバイオティック組成物を対象に投与し、それによって対象の健康を改善又は維持することを含む方法が提供される。 According to one aspect of the invention, a method of improving or maintaining the health of a subject comprises administering to the subject a therapeutically effective amount of a probiotic composition described herein, thereby improving the health of the subject. or maintaining.

本発明の一態様によれば、細菌組成物の調製に有利な薬剤又は培養条件を選択する方法であって、有益な細菌とバイオフィルム生成細菌とを増殖基質中、薬剤の存在下又は培養条件下において、有益な細菌とバイオフィルム生成細菌とを含むバイオフィルムを生成するように共培養することを含み、バイオフィルムの性質の変化を、薬剤又は培養条件が細菌組成物の調製に有利であることの指標とする、方法が提供される。 According to one aspect of the invention, there is provided a method of selecting agents or culture conditions favorable for the preparation of a bacterial composition, wherein beneficial bacteria and biofilm-forming bacteria are grown in a growth substrate, in the presence of an agent, or under culture conditions. co-cultivating to produce a biofilm comprising beneficial bacteria and biofilm-producing bacteria, wherein a change in the properties of the biofilm is determined by an agent or culture condition that favors the preparation of the bacterial composition. A method is provided to indicate that.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌は非病原菌である。 According to embodiments of the invention, the biofilm-forming bacteria are non-pathogenic.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌はbacillus属である。 According to an embodiment of the invention, the biofilm-producing bacterium is of the genus bacillus.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌はB. subtilis種である。 According to an embodiment of the invention, the biofilm-producing bacteria are B. subtilis species.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌は127185/2株である。 According to an embodiment of the invention, the biofilm-producing bacterium is strain 127185/2.

本発明の実施形態によれば、増殖基質はマンガンを含む。 According to embodiments of the invention, the growth substrate comprises manganese.

本発明の実施形態によれば、増殖基質はデキストロースを含む。 According to embodiments of the invention, the growth substrate comprises dextrose.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌がbacillus属であるとき、増殖基質はマンガンを含む。 According to an embodiment of the invention, when the biofilm-forming bacterium is of the genus bacillus, the growth substrate comprises manganese.

本発明の実施形態によれば、有益な細菌はプロバイオティック細菌である。 According to an embodiment of the invention, beneficial bacteria are probiotic bacteria.

本発明の実施形態によれば、有益な細菌は、治療用ポリペプチドを発現するように遺伝子改変されている。 According to embodiments of the invention, the beneficial bacterium is genetically modified to express a therapeutic polypeptide.

本発明の実施形態によれば、プロバイオティック細菌はlactobacillales目である。 According to an embodiment of the invention, the probiotic bacterium is of the order Lactobacillales.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌はB. subtilis種である。 According to an embodiment of the invention, the biofilm-producing bacteria are B. subtilis species.

本発明の実施形態によれば、プロバイオティック細菌はL. plantarum種である。 According to an embodiment of the invention, the probiotic bacterium is L. plantarum species.

本発明の実施形態によれば、有益な細菌はバイオレメディエーション用である。 According to embodiments of the invention, the beneficial bacteria are for bioremediation.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌は、KinD-Spo0A経路の遺伝子を発現する。 According to embodiments of the present invention, the biofilm-producing bacteria express genes of the KinD-SpoOA pathway.

本発明の実施形態によれば、増殖基質は増殖培地を含む。 According to embodiments of the invention, the growth substrate comprises growth medium.

本発明の実施形態によれば、増殖培地は、LB培地、LBGM培地、牛乳培地及びMRS培地からなる群から選択される。 According to an embodiment of the invention, the growth medium is selected from the group consisting of LB medium, LBGM medium, milk medium and MRS medium.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌はbacillus属であり、有益な細菌はlactobacillales目であり、増殖基質はLBGM培地、牛乳培地又はMRS培地である。 According to an embodiment of the invention, the biofilm-producing bacterium is of the genus bacillus, the beneficial bacterium is of the order Lactobacillales, and the growth substrate is LBGM medium, milk medium or MRS medium.

本発明の実施形態によれば、増殖基質はMRS培地である。 According to an embodiment of the invention, the growth substrate is MRS medium.

本発明の実施形態によれば、条件はpH約6.5~8を含む。 According to embodiments of the present invention, the conditions include a pH of about 6.5-8.

本発明の実施形態によれば、条件はpH6.8~7.5を含む。 According to an embodiment of the invention the conditions comprise pH 6.8-7.5.

本発明の実施形態によれば、増殖基質はアセトインを含む。 According to embodiments of the invention, the growth substrate comprises acetoin.

本発明の実施形態によれば、方法は、単離の後にバイオフィルムを脱水することを更に含む。 According to embodiments of the invention, the method further comprises dehydrating the biofilm after isolation.

本発明の実施形態によれば、有益な細菌は、50以下の細菌種を含む。 According to embodiments of the present invention, beneficial bacteria include 50 or fewer bacterial species.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌は、バイオフィルム生成細菌の単一種である。 According to embodiments of the invention, the biofilm-forming bacterium is a single species of biofilm-forming bacterium.

本発明の実施形態によれば、組成物中の細菌の少なくとも50%が生細胞である。 According to an embodiment of the invention, at least 50% of the bacteria in the composition are viable cells.

本発明の実施形態によれば、細菌組成物は、有益な細菌として50以下の細菌種を含む。 According to an embodiment of the invention, the bacterial composition comprises 50 or fewer bacterial species as beneficial bacteria.

本発明の実施形態によれば、細菌組成物は単一種の非病原菌を含む。 According to embodiments of the invention, the bacterial composition comprises a single species of non-pathogenic bacteria.

本発明の実施形態によれば、細菌組成物は食用となる。 According to embodiments of the present invention, the bacterial composition is edible.

本発明の実施形態によれば、細菌組成物は、プロバイオティック細菌組成物である。 According to an embodiment of the invention the bacterial composition is a probiotic bacterial composition.

本発明の実施形態によれば、細菌組成物は、粉体、液体又は錠剤として処方される。 According to embodiments of the invention, the bacterial composition is formulated as a powder, liquid or tablet.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌はbacillus属である。 According to an embodiment of the invention, the biofilm-producing bacterium is of the genus bacillus.

本発明の実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌はB. subtilis種である。 According to an embodiment of the invention, the biofilm-producing bacteria are B. subtilis species.

本発明の実施形態によれば、有益な細菌はプロバイオティック細菌である。 According to an embodiment of the invention, beneficial bacteria are probiotic bacteria.

本発明の実施形態によれば、プロバイオティック細菌はlactobacillales目である。 According to an embodiment of the invention, the probiotic bacterium is of the order Lactobacillales.

本発明の実施形態によれば、薬剤は、系内の培地のpHを変化させる。 According to embodiments of the invention, the agent alters the pH of the medium within the system.

特に定義しない限り、本明細書で使用する全ての技術及び/又は科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者により通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと同様の又は等価な方法及び材料を、本発明の実施形態の実践又は試験に使用することができるが、例示的な方法及び/又は材料を下記に記載する。矛盾する場合、定義を含む特許明細書が優先する。加えて、材料、方法、及び実施例は単なる例示であり、必ずしも限定を意図するものではない。 Unless defined otherwise, all technical and/or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of embodiments of the invention, exemplary methods and/or materials are described below. In case of conflict, the patent specification, including definitions, will control. In addition, the materials, methods, and examples are illustrative only and not necessarily intended to be limiting.

本発明のいくつかの実施形態について、その例示のみを目的として添付の図面を参照して本明細書に記載する。以下、特に図面を詳細に参照して示す細部は、例示を目的とし、また本発明の実施形態の詳細な説明を目的とすることを強調する。同様に、図面と共に説明を見ることで、本発明の実施形態をどのように実践し得るかが当業者には明らかとなる。 Several embodiments of the present invention are described herein, by way of illustration only, with reference to the accompanying drawings. It is emphasized that the details, hereinafter with particular reference to the drawings, are for the purpose of illustration and detailed description of the embodiments of the invention. Likewise, it will become apparent to those skilled in the art how the embodiments of the invention can be practiced, when viewed in conjunction with the drawings.

図1のA~Bは、共培養におけるB. subtilisとL. plantarumの増殖を比較したグラフである。共培養による生成は、L. plantarum及びB. subtilisの増殖に対して、(純粋培養におけるこれらの増殖と比べて)影響はなく、これらの細菌間で拮抗的な相互作用がないことを示している。Figures 1A-B are graphs comparing the growth of B. subtilis and L. plantarum in co-culture. Co-culture production had no effect on the growth of L. plantarum and B. subtilis (compared to their growth in pure culture), indicating no antagonistic interactions between these bacteria. there is 図2は、改変MRS培地が、B. subtilisによるバイオフィルム形成を誘発することを示す写真である。B. subtilis NCIB3610のバイオフィルム形成に対するMRS培地のpHの改変による効果を実体顕微鏡によって分析した。Figure 2 is a photograph showing that modified MRS medium induces biofilm formation by B. subtilis. The effect of modifying the pH of MRS medium on biofilm formation of B. subtilis NCIB3610 was analyzed by stereomicroscopy. 図3は、LB培地とMRS培地との組合せが、B. subtilisによるバイオフィルム形成を誘発することを示す写真である。異なる濃度のMRS培地(pH7)を富化したLB培地の、コロニー(上列)及びペリクル(下列)によるバイオフィルム形成に対する効果。Figure 3 is a photograph showing that the combination of LB medium and MRS medium induces biofilm formation by B. subtilis. Effect of LB medium enriched with different concentrations of MRS medium (pH 7) on biofilm formation by colonies (upper row) and pellicles (lower row). 図4のA~Bは、LB培地とMRS培地の組合せが、B. subtilisによる細胞外基質産生を誘発することを示すグラフである。MRS濃度の増加は、tapA-sipW-tasA(A)オペロン及びepsA-O(B)オペロンの転写を誘導する。Figures 4A-B are graphs showing that the combination of LB medium and MRS medium induces extracellular matrix production by B. subtilis. Increasing MRS concentration induces transcription of the tapA-sipW-tasA (A) and epsA-O (B) operons. 図5Aは、MRS培地によるバイオフィルム刺激効果が、B. subtilisにおいて既報の、基質合成及びバイオフィルム形成シグナル伝達経路によって調節されることを示す写真である。野生型(WT)及び種々の変異株によるMRS培地(pH7)上のコロニー形成及びペリクル形成を比較した。ここで使用した株は以下の通りであった:野生型(NCIB3610)、ΔkinCD(RL4577)、ΔkinAB(RL4573)、Δspo0A(RL4620)、ΔepsΔtasA(RL4566)、ΔabrB(YC668)。FIG. 5A is a photograph showing that the biofilm-stimulating effect of MRS medium is regulated by previously reported substrate synthesis and biofilm formation signaling pathways in B. subtilis. Colony and pellicle formation on MRS medium (pH 7) by wild-type (WT) and various mutant strains were compared. The strains used here were: wild-type (NCIB3610), ΔkinCD (RL4577), ΔkinAB (RL4573), Δspo0A (RL4620), ΔepsΔtasA (RL4566), ΔabrB (YC668). 図5Bは、WT細胞に対するMRS培地の効果が、B. subtilisに対する基質過剰産生変異体細胞(ΔabrB)の効果に匹敵することを示す写真である。FIG. 5B is a photograph showing that the effect of MRS medium on WT cells is comparable to that of substrate overproducing mutant cells (ΔabrB) on B. subtilis. 図6は、MRS培地が、種々のBacillus種においてコロニー型バイオフィルム形成を誘導することを示す写真である。MRS培地(pH7)は、B. paralicheniformis MS303、B. licheniformis MS310、B. licheniformis S127、B. subtilis MS1577及びB. cereus 10987のコロニー型バイオフィルム形成を強く誘導した。Figure 6 is a photograph showing that MRS medium induces colony-type biofilm formation in various Bacillus species. MRS medium (pH 7) strongly induced colony-type biofilm formation of B. paralicheniformis MS303, B. licheniformis MS310, B. licheniformis S127, B. subtilis MS1577 and B. cereus 10987. 図7は、MRS培地が、種々のBacillus種においてペリクル形成を誘導することを示す写真である。MRS培地(pH7)は、B. paralicheniformis MS303、B. licheniformis MS310、B. licheniformis S127、B. subtilis MS1577及びB. cereus 10987のペリクル形成を強く誘導した。FIG. 7 is a photograph showing that MRS medium induces pellicle formation in various Bacillus species. MRS medium (pH 7) strongly induced pellicle formation of B. paralicheniformis MS303, B. licheniformis MS310, B. licheniformis S127, B. subtilis MS1577 and B. cereus 10987. 図8Aは、B. subtilisが細胞外基質を産生し、L. plantarumと一緒に二重種バイオフィルムを形成することを示す画像である。MRS培地 pH7、37℃及び50rpmにおけるB. subtilisとL. plantarumの共培養バイオフィルムのCLSM画像。左から右へ:蛍光画像、ノマルスキー微分干渉(DIC)を用いて作成された画像及び重ね合わせ画像。上段は、蛍光標識B. subtilis細胞の発現が、GFPを恒常的に発現することを示す。下段は、基質産生B. subtilis細胞の発現が、tapAプロモーターの制御下でCFPを発現することを示す。すべての画像において、L. plantarum細胞は染色されていない。FIG. 8A is an image showing that B. subtilis produces extracellular matrix and forms a dual-species biofilm with L. plantarum. CLSM image of a co-cultivated biofilm of B. subtilis and L. plantarum at MRS medium pH 7, 37° C. and 50 rpm. From left to right: fluorescence image, image generated using Nomarski differential interference contrast (DIC) and overlay image. Top, expression of fluorescently labeled B. subtilis cells constitutively express GFP. Bottom, expression of substrate-producing B. subtilis cells expressing CFP under the control of the tapA promoter. L. plantarum cells are unstained in all images. 図8Bは、B. subtilisが細胞外基質を産生し、L. plantarumと一緒に二重種バイオフィルムを形成することを示す画像である。LBGM培地におけるB. subtilisとL. plantarumの共培養バイオフィルムのCLSM画像。左から右へ:蛍光画像、ノマルスキー微分干渉(DIC)を用いて作成された画像及び重ね合わせ画像。上段は、蛍光標識B. subtilis細胞の発現がGFPを恒常的に発現することを示す。下段は、基質産生B. subtilis細胞の発現が、tapAプロモーターの制御下でCFPを発現することを示す。すべての画像において、L. plantarum細胞は染色されていない。Figure 8B is an image showing that B. subtilis produces extracellular matrix and forms a dual-species biofilm with L. plantarum. CLSM images of co-cultured biofilms of B. subtilis and L. plantarum in LBGM medium. From left to right: fluorescence image, image generated using Nomarski differential interference contrast (DIC) and overlay image. Top, expression of fluorescently labeled B. subtilis cells constitutively express GFP. Bottom, expression of substrate-producing B. subtilis cells expressing CFP under the control of the tapA promoter. L. plantarum cells are unstained in all images. 図9のA~Cは、(A)B. subtilis細胞、(B)L. plantarum細胞及び(C)B. subtilisとL. plantarumで構成される二重種バイオフィルムのSEM画像である。Figures 9A-C are SEM images of (A) B. subtilis cells, (B) L. plantarum cells and (C) dual-species biofilms composed of B. subtilis and L. plantarum. 図10のA~Bは、二重種バイオフィルムが、好ましくない条件に暴露されたL. plantarumの生存を促進することを示すグラフである。B. subtilisバイオフィルムの存在下又は非存在(対照)下のL. plantarum細胞の生存を、(A)63℃で1~3分間の熱処理中に測定し、(B)4℃で21日間の貯蔵中に測定した。示した値は、二つを1組として行った少なくとも3つの独立した実験の平均である。*p<0.05Figures 10A-B are graphs showing that dual-species biofilms promote survival of L. plantarum exposed to unfavorable conditions. Survival of L. plantarum cells in the presence or absence (control) of B. subtilis biofilms was measured during (A) heat treatment at 63°C for 1-3 minutes and (B) at 4°C for 21 days. Measured during storage. Values shown are the average of at least three independent experiments performed in duplicate. *p<0.05 図11Aは、B. subtilisの細胞外基質が、熱処理中のL. plantarumの生存率増加を促進することを示すグラフである。WT B. subtilis及びその誘導体、細胞外基質の菌体外多糖成分及びタンパク質成分が欠乏した変異体(ΔepsΔtasA)、並びに基質遺伝子のリプレッサーが欠乏した変異体(ΔabrB;バイオフィルム基質を過剰産生する)に対して、63℃で3分間の熱処理による効果を試験した。示した結果は、二つを1組として行った少なくとも3つの独立した実験の平均である。*p<0.05FIG. 11A is a graph showing that the extracellular matrix of B. subtilis promotes increased viability of L. plantarum during heat treatment. WT B. subtilis and its derivatives, a mutant lacking the exopolysaccharide and protein components of the extracellular matrix (ΔepsΔtasA), and a mutant lacking the repressor of the substrate gene (ΔabrB; ) was tested for the effect of heat treatment at 63° C. for 3 minutes. Results shown are the average of at least three independent experiments performed in duplicate. *p<0.05 図11Bは、B. subtilisの細胞外基質が、熱処理中のL. plantarumの生存率増加を促進することを示すグラフである。試料を牛乳培地中で18時間、30℃、20rpmで増殖させた。その後、これらを63℃で1~3分間の熱処理に付した。対照試料については熱処理は行わなかった。生存可能なL. plantarum細胞の数をCFU法によって測定した。*p<0.05FIG. 11B is a graph showing that the extracellular matrix of B. subtilis promotes increased viability of L. plantarum during heat treatment. Samples were grown in milk medium for 18 hours at 30°C and 20 rpm. They were then subjected to heat treatment at 63° C. for 1-3 minutes. No heat treatment was performed on the control sample. The number of viable L. plantarum cells was determined by the CFU method. *p<0.05 図12は、B. subtilisバイオフィルムの存在が、インビトロの胃及び腸による消化(モデル系)に際して、L. plantarumの生存率を増加させることを示すグラフである。B. subtilisバイオフィルムの存在下又は非存在下(対照)のL. plantarum細胞の生存率をインビトロの胃腸消化中に測定した。示した結果は、二つを1組として行った少なくとも3つの独立した実験の平均である。*p<0.05Figure 12 is a graph showing that the presence of B. subtilis biofilm increases the survival of L. plantarum upon in vitro gastric and intestinal digestion (model system). Viability of L. plantarum cells in the presence or absence of B. subtilis biofilm (control) was measured during in vitro gastrointestinal digestion. Results shown are the average of at least three independent experiments performed in duplicate. *p<0.05 図13は、MRS培地(pH7)及びLB培地におけるB. subtilis 3610NCIBの増殖曲線のグラフである。Figure 13 is a graph of growth curves of B. subtilis 3610NCIB in MRS medium (pH 7) and LB medium. 図14は、MRS培地 pH7におけるコロニー表面構造及びペリクル形成に対するヒスチジンキナーゼ変異の効果を示す写真である。FIG. 14 is a photograph showing the effect of histidine kinase mutations on colony surface structure and pellicle formation in MRS medium pH7. 図15のA~Cは、アセトインの存在下及び非存在下おける、LB培地で24時間のインキュベーション後の蛍光標識B. subtilis細胞(Pspank-gfp)のCLSM画像である。FIG. 15A-C are CLSM images of fluorescently labeled B. subtilis cells (Pspank-gfp) after 24 hours of incubation in LB medium in the presence and absence of acetoin. 図16のA~Bは、アセトインがBacillus subtilisによるコロニー型バイオフィルム形成を誘発することを示す写真である。Figure 16A-B are photographs showing that acetoin induces colony-type biofilm formation by Bacillus subtilis. 図17のA~Dは、B. subtilisの基質産生を担うtapAオペロンの転写がアセトインによって高度に上方制御されることを示す写真である。バイオフィルム形成を促進しないLB培地中での24時間のインキュベーション後の、PtapA-cfp転写融合を有するB. subtilis細胞のCLSM画像。Figures 17A-D are photographs showing that transcription of the tapA operon responsible for substrate production in B. subtilis is highly upregulated by acetoin. CLSM images of B. subtilis cells with PtapA-cfp transcriptional fusions after 24 hours of incubation in LB medium, which does not promote biofilm formation. 図18のA~Bは、それぞれB. subtilis株NCIB3610及び127185/2が生成するバイオフィルムを示す写真である。Figures 18A-B are photographs showing biofilms produced by B. subtilis strains NCIB3610 and 127185/2, respectively. 図19は、消化器系のインビトロモデルにおける移行中に、B. subtilisと一緒に共培養バイオフィルム中で増殖するL. plantarumの生存率を示すグラフである。t=0の培養物は実験の対照であった。胃様(stomach-like)流体におけるインキュベーション後、L. plantarum+B. subtilis 127185/2の共培養は最高の生存率を示した。L. plantarum+B. subtilis NCIB3610共培養は、L. plantarum単独よりもわずかに高い生存率を示した。更なるインキュベーション後には、腸様(intestinal-like)流体において、種々の培養物における生存率の傾向が維持されたときに、有意な減少が生じた。Figure 19 is a graph showing survival of L. plantarum growing in co-culture biofilms with B. subtilis during migration in an in vitro model of the digestive system. The t=0 culture was the experimental control. Co-cultures of L. plantarum + B. subtilis 127185/2 showed the highest survival rates after incubation in stomach-like fluid. L. plantarum + B. subtilis NCIB3610 co-cultures showed slightly higher survival than L. plantarum alone. After further incubation, there was a significant decrease in the intestinal-like fluid when the viability trends in the various cultures were maintained. 図20は、B. subtilisと一緒に共培養バイオフィルム中で増殖するL. plantarumの、高酸性度レベルへの暴露の際の生存率を示すグラフである。試験培養物における符号「+」は、50rpmで振盪しながらの増殖を示し、符号「-」は全く振盪しない増殖を示す。一般に、pH7からpH3の増殖培地への移行時には、L. plantarumの生存量は極端に減少した。L. plantarumとB. subtilisの共培養は、振盪なしと同様に、振盪ありでも酸性環境への移行時にL. plantarumの生存率の減少が(L. plantarumの単一培養に比べて)少なかった。Figure 20 is a graph showing survival of L. plantarum growing in co-culture biofilms with B. subtilis upon exposure to high acidity levels. The sign "+" in the test cultures indicates growth with shaking at 50 rpm, the sign "-" indicates growth without any shaking. In general, the survival of L. plantarum decreased dramatically when transitioning from pH 7 to pH 3 growth media. Co-cultures of L. plantarum and B. subtilis showed less loss of viability of L. plantarum (compared to monocultures of L. plantarum) upon transition to an acidic environment, with shaking as well as without shaking. . 図21は、Mn2+イオンが改変MRS培地中のB. subtilisによるバイオフィルム形成に関与することを示す写真である。WT B. subtilis細胞によるコロニー形成及びペリクル形成に対する、特定のMRS培地成分(Mg2+、Mn2+、酢酸ナトリウム、リン酸二カリウム、デキストロース、クエン酸アンモニウム)の除外効果を観察した。FIG. 21 is a photograph showing that Mn 2+ ions are involved in biofilm formation by B. subtilis in modified MRS medium. We observed the effect of exclusion of certain MRS media components (Mg 2+ , Mn 2+ , sodium acetate, dipotassium phosphate, dextrose, ammonium citrate) on colony and pellicle formation by WT B. subtilis cells.

本発明は、その一部の実施形態においては、細菌組成物の生産方法に関し、より詳細には、これらに限定されないが、プロバイオティック組成物、環境に有益なプロバイオティック組成物及び産業用のプロバイオティック組成物に関する。 The present invention, in some embodiments thereof, relates to methods of producing bacterial compositions, more particularly, but not limited to, probiotic compositions, environmentally beneficial probiotic compositions and industrial of probiotic compositions.

本発明の少なくとも1つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、必ずしもその用途が、以下の記載に示す、ならびに/あるいは図面及び/又は実施例で例示する、構成の詳細及び要素の配置及び/又は方法に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、また、さまざまな手段で実施又は実行することが可能である。 Before describing at least one embodiment of the present invention in detail, the present invention must be described in detail of construction and elements whose application is set forth in the following description and/or illustrated in the drawings and/or examples. It should be understood that the arrangement and/or methods are not limited. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out by various means.

細菌は経済的に重要である。というのは、これらの微生物が人によって多数の目的で使用されるからである。細菌の有益な用途としては、ヨーグルト、チーズ、酢などの伝統的な食品の製造、薬物、ビタミンなどの物質を製造するバイオテクノロジー及び遺伝子工学、農業、繊維柔軟化、メタン製造、バイオレメディエーション及び有害生物の生物的防除が挙げられる。 Bacteria are of economic importance. This is because these microorganisms are used by humans for multiple purposes. Beneficial uses of bacteria include the production of traditional foods such as yogurt, cheese and vinegar, biotechnology and genetic engineering to produce substances such as drugs and vitamins, agriculture, textile softening, methane production, bioremediation and harmful effects. Biological control of organisms.

これらの目的を果たすために、しばしば、細菌は、これらの生存能、したがってこれらの有効性を低下させる厳しい条件に暴露される。 To serve these purposes, bacteria are often exposed to harsh conditions that reduce their viability and thus their effectiveness.

例えば、体内におけるプロバイオティクスの有益な効果を確実にするために、これらの生物は、食品加工、貯蔵及び上部消化管(GIT)通過中に生存しなければならず、これらの作用部位に生きて到達しなければならない。しかし、以前の研究によれば、最終食品中のプロバイオティック細菌の生存レベルは低く、胃の高酸性条件及び小腸における高胆汁濃度に対するこれらの生存能がかなり低下する。さらに、プロバイオティクスは、通常、細胞に致死的な損傷を起こし得る手順として確立された凍結乾燥によって主に調製される乾燥細菌粉末として利用可能である。 For example, to ensure the beneficial effects of probiotics in the body, these organisms must survive during food processing, storage and passage through the upper gastrointestinal tract (GIT) and live at their site of action. must be reached by However, previous studies have shown that the survival levels of probiotic bacteria in finished foods are low, significantly reducing their viability to the highly acidic conditions of the stomach and high bile concentrations in the small intestine. In addition, probiotics are usually available as dried bacterial powders prepared primarily by freeze-drying, an established procedure that can be fatally damaging to cells.

細菌バイオフィルムについての研究を行う間に、本発明者らは、適切な条件下で、バイオフィルム生成細菌が非バイオフィルム生成細菌をそのバイオフィルム中に取り込み、それを極端な温度(冷熱、それぞれ図10のA~B及び図11のA~B)により耐えるようにし得ることに気づいた。 While conducting studies on bacterial biofilms, we found that, under appropriate conditions, biofilm-forming bacteria incorporate non-biofilm-forming bacteria into their biofilms and expose them to extreme temperatures (cold, heat, respectively). 10A-B and 11A-B) can be made more tolerant.

具体的には、本発明者らは、B. subtilis種の細菌をプロバイオティック細菌L. plantarumと一緒に共培養した。彼らは、特定の条件下で、B. subtilis細菌がバイオフィルムを生成し、L. plantarum細胞がその細胞外基質内に取り込まれることを示した(図9A)。バイオフィルムに取り込まれたL. plantarumは、バイオフィルムに取り込まれない対照のL. plantarumよりも耐熱性且つ耐寒性であり、更に耐酸性であることが示された。 Specifically, the inventors co-cultivated bacteria of the B. subtilis species together with the probiotic bacterium L. plantarum. They showed that under certain conditions, B. subtilis bacteria generate biofilms and L. plantarum cells are incorporated into their extracellular matrix (Fig. 9A). L. plantarum incorporated into biofilms was shown to be more heat and cold tolerant and more acid tolerant than the control L. plantarum not incorporated into biofilms.

総合すると、本発明者らは、バイオフィルム生成細菌を非バイオフィルム生成細菌を封入するのに使用することを提案する。したがって、バイオフィルム生成細菌は、有益な非バイオフィルム生成細菌の保護担体として役立つ。 Taken together, we propose to use biofilm forming bacteria to encapsulate non-biofilm forming bacteria. Biofilm-forming bacteria therefore serve as protective carriers for beneficial non-biofilm-forming bacteria.

したがって、本発明の第1の態様によれば、細菌組成物を調製方法であって、
(a)有益な細菌とバイオフィルム生成細菌とを増殖基質中で、有益な細菌と非病原菌とを含むバイオフィルムを生成する条件下、インビトロで共培養し、
(b)バイオフィルムを増殖基質から単離することで、細菌組成物を調製することを含む方法が提供される。
Thus, according to a first aspect of the present invention, a method for preparing a bacterial composition comprising:
(a) co-cultivating beneficial bacteria and biofilm-forming bacteria in a growth substrate in vitro under conditions that produce a biofilm comprising beneficial bacteria and non-pathogenic bacteria;
(b) isolating the biofilm from the growth substrate to prepare a bacterial composition is provided.

本明細書において「細菌」という用語は、古細菌を含めた原核微生物を指す。細菌は、グラム陽性の場合もグラム陰性の場合もある。細菌は、光合成細菌(例えば、シアノバクテリア)の場合もある。 As used herein, the term "bacteria" refers to prokaryotic microorganisms, including archaea. Bacteria can be Gram-positive or Gram-negative. Bacteria may also be photosynthetic bacteria (eg, cyanobacteria).

本明細書において「有益な細菌」という用語は、ヒトに対して正の効果をもたらす任意の細菌を指す。 As used herein, the term "beneficial bacterium" refers to any bacterium that has a positive effect on humans.

一実施形態においては、有益な細菌は、増殖培地中、標準培養条件下で単一培養物として増殖すると、バイオフィルムを生成しない。 In one embodiment, the beneficial bacterium does not form a biofilm when grown as a monoculture under standard culture conditions in a growth medium.

別の一実施形態においては、有益な細菌は、増殖培地中、これらの増殖に最適な培養条件下で単一培養物として増殖すると、バイオフィルムを生成しない。 In another embodiment, the beneficial bacteria do not form biofilms when grown as monocultures in a growth medium under optimal culture conditions for their growth.

更に別の一実施形態においては、有益な細菌は、KinD-Spo0A経路を利用する(例えば、ヒスチジンキナーゼkinD、spo0F、spo0B及び/又はspo0Aの遺伝子を発現する)。例えば、Shemesh and Chai, 2013 Journal of Bacteriology, 2013, Vol 195, No.12 pages 2747-2754を参照。その内容は、参照により本明細書に援用する。 In yet another embodiment, the beneficial bacterium utilizes the KinD-Spo0A pathway (eg, expresses genes for the histidine kinases kinD, spo0F, spo0B and/or spo0A). See, for example, Shemesh and Chai, 2013 Journal of Bacteriology, 2013, Vol 195, No.12 pages 2747-2754. The contents of which are incorporated herein by reference.

有益な細菌は、一般にMan、Rogosa及びSharpe(MRS)培地(寒天を用いて固化したもの、又はMRSブロス)で培養されるものとすることができる。 Beneficial bacteria can generally be cultured on Man, Rogosa and Sharpe (MRS) medium (solidified with agar or MRS broth).

有益な細菌は、一般に、バイオフィルム生成細菌(例えば、B. subtilis)のバイオフィルム形成能力を阻害(すなわち、拮抗)してはならない。細菌が別の細菌に対して一緒に培養したときに拮抗活性を有するかどうかを判定する方法は、当該技術分野で既知である(例えば、図1A~B参照)。一実施形態においては、有益な細菌は土壌細菌ではない。 Beneficial bacteria generally should not inhibit (ie, antagonize) the ability of biofilm-forming bacteria (eg, B. subtilis) to form biofilms. Methods for determining whether a bacterium has antagonistic activity when co-cultivated against another bacterium are known in the art (see, eg, FIGS. 1A-B). In one embodiment, beneficial bacteria are not soil bacteria.

任意の数の有益な細菌株を、本発明のこの態様の共培養で培養することができる。一実施形態においては、異なる500以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる250以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる100以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる90以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる80以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる70以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる60以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる50以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる40以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる30以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる20以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる10以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる9以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる8以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる7以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる6以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる5以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる4以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる3以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、異なる2以下の有益な細菌株を単一培養物として培養し、各単一の培養において、有益な細菌株1種のみを培養する。 Any number of beneficial bacterial strains can be cultured in the co-cultivation of this aspect of the invention. In one embodiment, no more than 500 different beneficial bacterial strains are cultured as single cultures, no more than 250 different beneficial bacterial strains are cultured as single cultures, and no more than 100 different beneficial bacterial strains are cultured as single cultures. cultivated as one culture, cultivated up to 90 different beneficial bacterial strains as a single culture, cultivated up to 80 different beneficial bacterial strains as a single culture, cultivated up to 70 different beneficial bacterial strains as a single culture; Cultivated as a monoculture, culturing up to 60 different beneficial bacterial strains as a monoculture, culturing up to 50 different beneficial bacterial strains as a monoculture, culturing up to 40 different beneficial bacterial strains as a monoculture as a monoculture, no more than 30 different beneficial bacterial strains are cultivated as monocultures, no more than 20 different beneficial bacterial strains are cultivated as monocultures, no more than 10 different beneficial bacteria are cultivated as monocultures Strains are cultivated as monocultures, up to 9 different beneficial bacterial strains are cultivated as monocultures, up to 8 different beneficial bacterial strains are cultivated as monocultures, up to 7 different beneficial bacterial strains are cultivated as monocultures, culturing bacterial strains as monocultures, culturing up to 6 different beneficial bacterial strains as monocultures, culturing up to 5 different beneficial bacterial strains as monocultures, culturing up to 4 different beneficial bacterial strains as monocultures different bacterial strains as monocultures, no more than 3 different beneficial bacterial strains are cultivated as monocultures, no more than 2 different beneficial bacterial strains are cultivated as monocultures, each single In culture, only one beneficial strain of bacteria is cultivated.

本発明のこの態様の単一培養物の有益な細菌株は、一つの種に属すものでもよいし、複数の種に属してもよい。好ましくは、培養した有益な細菌株は、一つの細菌種に属する。別の実施形態においては、複数種の有益な細菌を単一培養物として培養する。好ましくは、10以下の異なる種の有益な細菌を単一培養物として培養し、9以下の異なる種の有益な細菌を単一培養物として培養し、8以下の異なる種の有益な細菌を単一培養物として培養し、7以下の異なる種の有益な細菌を単一培養物として培養し、6以下の異なる種の有益な細菌を単一培養物として培養し、5以下の異なる種の有益な細菌を単一培養物として培養し、4以下の異なる種の有益な細菌を単一培養物として培養し、3以下の異なる種の有益な細菌を単一培養物として培養し、2以下の異なる種の有益な細菌を単一培養物として培養し、各単一の培養において、有益な細菌株1種のみを培養する。 The monoculture beneficial bacterial strains of this aspect of the invention may belong to a single species or to multiple species. Preferably, the cultivated beneficial bacterial strain belongs to one bacterial species. In another embodiment, multiple species of beneficial bacteria are grown as a single culture. Preferably, no more than 10 different species of beneficial bacteria are grown as a single culture, no more than 9 different species of beneficial bacteria are grown as a single culture, no more than 8 different species of beneficial bacteria are grown as a single culture. cultured as one culture, culturing up to 7 different species of beneficial bacteria as a single culture, culturing up to 6 different species of beneficial bacteria as a single culture, culturing up to 5 different species of beneficial bacteria no more than 4 different species of beneficial bacteria as monocultures, no more than 3 different species of beneficial bacteria as monocultures, no more than 2 different species of beneficial bacteria Different species of beneficial bacteria are cultivated as single cultures, and in each single culture only one beneficial bacterial strain is cultivated.

一実施形態においては、有益な細菌は、摂取すると、ヒトの健康を増進する。別の一実施形態においては、有益な細菌を、ヒトに有用である生成物(例えば、メタン、石油、殺虫剤など)を生成するために、産業界で使用する。別の一実施形態においては、有益な細菌を、食品産業で使用する。別の一実施形態においては、有益な細菌を、サイレージ接種材料に使用する。更に別の一実施形態においては、有益な細菌を、植物の成長を助けるために農業で使用する。更に別の一実施形態においては、有益な細菌を、バイオレメディエーションに使用する。 In one embodiment, beneficial bacteria improve human health when ingested. In another embodiment, beneficial bacteria are used in industry to produce products that are useful to humans (eg, methane, petroleum, pesticides, etc.). In another embodiment, beneficial bacteria are used in the food industry. In another embodiment, beneficial bacteria are used for silage inoculum. In yet another embodiment, the beneficial bacteria are used in agriculture to help grow plants. In yet another embodiment, beneficial bacteria are used for bioremediation.

一実施形態においては、有益な細菌は、プロバイオティック細菌である。 In one embodiment, beneficial bacteria are probiotic bacteria.

本明細書において「プロバイオティック細菌」という用語は、適切な量で投与すると宿主(例えば、ヒト)に健康上の利点を与える生きた細菌を指す。 As used herein, the term "probiotic bacteria" refers to live bacteria that confer a health benefit to the host (eg, human) when administered in appropriate amounts.

プロバイオティック作用の主要な機序としては、乳酸、過酸化水素及びバクテリオシンの産生による腸内病原体の抑制、接着部位の封鎖、栄養素の競合及び炎症抑制を含めた免疫系の調節による腸内病原体の競争排除を見いだすことができる。これらは、乳糖不耐症の緩和、同化作用によるコレステロール減少、腸の正常微生物叢の維持及び毒素産生のディスバイオシス改善抑制、腸における毒素受容体の分解、正常腸pHの維持、腸運動の増加及び腸透過性の完全性を維持するのに役立つなどの利点も宿主にもたらす。 The major mechanisms of probiotic action include suppression of intestinal pathogens through the production of lactic acid, hydrogen peroxide and bacteriocins, adhesion site sealing, nutrient competition and regulation of the immune system, including inflammation suppression. Competitive exclusion of pathogens can be found. These include alleviation of lactose intolerance, anabolic cholesterol reduction, maintenance of normal intestinal flora and suppression of dysbiotic toxin production, degradation of toxin receptors in the intestine, maintenance of normal intestinal pH, and improvement of intestinal motility. It also provides benefits to the host, such as increasing and helping to maintain the integrity of intestinal permeability.

一実施形態においては、有益な細菌は、(乳酸菌(LAB)として一般に知られる)Lactobacillales目に属する。これらの細菌は、グラム陽性、低GC、酸耐性、一般に非芽胞性、非呼吸性(non-respiring)の、代謝的及び生理的特性を共有する桿状又は球菌状細菌である。これらの細菌は、炭水化物発酵の主要な代謝最終産物として乳酸を産生する。 In one embodiment, the beneficial bacteria belong to the order Lactobacillales (commonly known as lactic acid bacteria (LAB)). These bacteria are Gram-positive, low GC, acid-tolerant, generally non-spore-forming, non-respiring, rod-shaped or cocciform bacteria that share metabolic and physiological characteristics. These bacteria produce lactic acid as the major metabolic end product of carbohydrate fermentation.

好ましくは、Lactobacillales目の有益な細菌は、MRS寒天(MRS)中で増殖する(また、一般に培養される)ものである。 Preferably, the beneficial bacteria of the order Lactobacillales grow (and are generally cultured) in MRS agar (MRS).

Lactobacillales目の例示的な企図される属としては、Lactobacillus、Leuconostoc、Pediococcus、Lactococcus、Streptococcus、Aerococcus、Carnobacterium、Enterococcus、Oenococcus、SporoLactobacillus、Tetragenococcus、Vagococcus及びWeissellaが挙げられるが、これらに限定されない。 Exemplary contemplated genera of the order Lactobacillales include, but are not limited to, Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactococcus, Streptococcus, Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Oenococcus, SporoLactobacillus, Tetragenococcus, Vagococcus, and Weissella.

好ましい一実施形態によれば、本発明のこの態様の有益な細菌は、Lactobacillus属に属する。本発明によって企図されるLactobacillusの例示的な種としては、L. acetotolerans、L. acidifarinae、L. acidipiscis、L. acidophilus、L. agilis、L. algidus、L. alimentarius、L. amylolyticus、L. amylophilus、L. amylotrophicus、L. amylovorus,L. animalis、L. antri、L. apodemi、L. aviarius、L. bifermentans、L. brevis、L. buchneri、L. camelliae、L. casei、L. catenaformis、L. ceti、L. coleohominis、L. collinoides、L. composti、L. concavus、L. coryniformis、L. crispatus、L. crustorum、L. curvatus、L. delbrueckii subsp. bulgaricus、L. delbrueckii subsp. delbrueckii、L. delbrueckii subsp. lactis、L. dextrinicus、L. diolivorans、L. equi、L. equigenerosi、L. farraginis、L. farciminis、L. fermentum、L. fornicalis、L. fructivorans、L. frumenti、L. fuchuensis、L. gallinarum、L. gasseri、L. gastricus、L. ghanensis、L. hilgardii、L. homohiochii、L. iners、L. ingluviei、L. intestinalis、L. jensenii、L. johnsonii、L. kalixensis、L. kefiranofaciens、L. kefiri、L. kimchii、L. kitasatonis、L. kunkeei、L. leichmannii、L. lindneri、L. malefermentans、L. mali、L. manihotivorans、L. mindensis、L. mucosae、L. murinus、L. nagelii、L. namurensis、L. nantensis、L. oligofermentans、L. oris、L. panis、L. pantheris、L. parabrevis、L. parabuchneri、L. paracasei、L. paracollinoides、L. parafarraginis、L. parakefiri、L. paralimentarius、L. paraplantarum、L. pentosus、L. perolens、L. plantarum、L. pontis、L. protectus、L. psittaci、L. rennini、L. reuteri、L. rhamnosus、L. rimae、L. rogosae、L. rossiae、L. ruminis、L. saerimneri、L. sakei、L. salivarius、L. sanfranciscensis、L. satsumensis、L. secaliphilus、L. sharpeae、L. siliginis、L. spicheri、L. suebicus、L. thailandensis、L. ultunensis、L. vaccinostercus、L. vaginalis、L. versmoldensis、L. vini、L. vitulinus、L. zeae及びL. zymaeが挙げられるが、これらに限定されない。 According to one preferred embodiment, the beneficial bacterium of this aspect of the invention belongs to the genus Lactobacillus. Exemplary species of Lactobacillus contemplated by the present invention include L. acetotolerans, L. acidifarinae, L. acidipiscis, L. acidophilus, L. agilis, L. algidus, L. alimentarius, L. amylolyticus, L. amylophilus , L. amylotrophicus, L. amylovorus, L. animalis, L. antri, L. apodemi, L. aviarius, L. bifermentans, L. brevis, L. buchneri, L. camelliae, L. casei, L. catenaformis, L. ceti, L. coleohominis, L. collinoides, L. composti, L. concavus, L. coryniformis, L. crispatus, L. crustorum, L. curvatus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, L. delbrueckii subsp. lactis, L. dextrinicus, L. diolivorans, L. equi, L. equigenerosi, L. farraginis, L. farciminis, L. fermentum, L. fornicalis, L. fructivorans, L. frumenti, L. fuchuensis, L. gallinarum, L. gasseri, L. gastricus, L. ghanensis, L. hilgardii, L. homohiochii, L. iners, L. ingluviei, L. intestinalis, L. jensenii, L. johnsonii, L. kalixensis, L. kefiranofaciens, L. kefiri, L. kimchii, L. kitasatonis, L. kunkeei, L. leichmannii, L. lindneri, L. malefermentans, L. mali, L. manihotivorans, L. mindensis, L. mucosae , L. murinus, L. nagelii, L. namurensis, L. nantensis, L. oligofermentans, L. oris, L. panis, L. pantheris, L. parabrevis, L. parabuchneri, L. paracasei, L. paracollinoides, L. parafarraginis, L. parakefiri, L. paralimentarius, L. paraplantarum, L. pentosus, L. perolens, L. plantarum, L. pontis, L. protectus, L. psittaci, L. rennini, L. reuteri, L. rhamnosus , L. rimae, L. rogosae, L. rossiae, L. ruminis, L. saerimneri, L. sakei, L. salivarius, L. sanfranciscensis, L. satsumensis, L. secaliphilus, L. sharpeae, L. siliginis, L. spicheri, L. suebicus, L. thailandensis, L. ultunensis, L. vaccinostercus, L. vaginalis, L. versmoldensis, L. vini, L. vitulinus, L. zeae and L. zymae. not.

特定の一実施形態においては、Lactobacillusの種はL. plantarumである。 In one particular embodiment, the Lactobacillus species is L. plantarum.

本発明のこの態様の有益な細菌は、発酵生成物を生成し得る。発酵生成物の例としては、プレバイオティクス、生物燃料、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アルコール燃料、タンパク質、組換えタンパク質、ビタミン、アミノ酸、有機酸(例えば、乳酸、プロピオン酸、酢酸、コハク酸、リンゴ酸、グルタミン酸、アスパラギン酸及び3-ヒドロキシプロピオン酸)、酵素、抗原、抗生物質、有機化学物質、バイオレメディエーション処理剤、防腐剤及び代謝産物が挙げられるが、これらに限定されない。 Beneficial bacteria of this aspect of the invention are capable of producing fermentation products. Examples of fermentation products include prebiotics, biofuels, methanol, ethanol, propanol, butanol, alcohol fuels, proteins, recombinant proteins, vitamins, amino acids, organic acids (e.g. lactic acid, propionic acid, acetic acid, succinic acid , malic acid, glutamic acid, aspartic acid and 3-hydroxypropionic acid), enzymes, antigens, antibiotics, organic chemicals, bioremediation treatments, preservatives and metabolites.

したがって、有益なポリペプチドを発現するように有益な細菌を遺伝的に改変することができる。 Thus, beneficial bacteria can be genetically modified to express beneficial polypeptides.

有益なポリペプチドは、細胞内ポリペプチド(例えば、細胞質タンパク質)、膜貫通ポリペプチド又は分泌ポリペプチドとすることができる。タンパク質の異種産生は、研究及び産業環境において、例えば、治療薬、ワクチン、診断薬、生物燃料、及び目的とする多数の他の適用例の製造に広範に採用される。本発明の組成物及び方法を用いて製造することができる例示的な治療用タンパク質としては、ある種の天然及び組換えヒトホルモン(例えば、インスリン、成長ホルモン、インスリン様成長因子1、卵胞刺激ホルモン及び絨毛性ゴナドトロピン)、造血性タンパク質(例えば、エリスロポイエチン、C-CSF、GM-CSF及びIL-11)、血栓性及び止血性タンパク質(例えば、組織プラスミノゲン活性化因子及び活性化プロテインC)、免疫学的タンパク質(例えば、インターロイキン)、抗体及び他の酵素(例えば、デオキシリボヌクレアーゼI)が挙げられるが、これらに限定されない。本発明の組成物及び方法によって製造することができる例示的なワクチンとしては、種々のインフルエンザウイルス(例えば、A、B及びC型、並びにA型インフルエンザウイルスの場合のH5N2、H1N1、H3N2など、各タイプの種々の血清型)、HIV、肝炎ウイルス(例えば、A、B、C又はD型肝炎)、ライム病及びヒトパピローマウイルス(HPV)に対するワクチンが挙げられるが、これらに限定されない。異種産生タンパク質診断薬の例としては、セクレチン、甲状腺刺激ホルモン(TSH)、HIV抗原及びC型肝炎抗原が挙げられるが、これらに限定されない。 Beneficial polypeptides can be intracellular (eg, cytoplasmic), transmembrane or secreted polypeptides. Heterologous production of proteins is widely employed in research and industrial settings, for example, in the production of therapeutics, vaccines, diagnostics, biofuels, and numerous other applications of interest. Exemplary therapeutic proteins that can be produced using the compositions and methods of the invention include certain natural and recombinant human hormones (e.g., insulin, growth hormone, insulin-like growth factor 1, follicle-stimulating hormone). and chorionic gonadotropin), hematopoietic proteins (e.g. erythropoietin, C-CSF, GM-CSF and IL-11), thrombotic and hemostatic proteins (e.g. tissue plasminogen activator and activated protein C), Non-limiting examples include immunological proteins (eg interleukins), antibodies and other enzymes (eg deoxyribonuclease I). Exemplary vaccines that can be produced by the compositions and methods of the present invention include a variety of influenza viruses (e.g., types A, B and C, and in the case of influenza virus type A, H5N2, H1N1, H3N2, etc.). types of various serotypes), HIV, hepatitis viruses (eg, hepatitis A, B, C or D), Lyme disease and human papillomavirus (HPV). Examples of heterologous protein diagnostic agents include, but are not limited to, secretin, thyroid stimulating hormone (TSH), HIV antigen and hepatitis C antigen.

異種ポリペプチドによって生成されるタンパク質又はペプチドとしては、サイトカイン、ケモカイン、リンホカイン、リガンド、受容体、ホルモン、酵素、抗体及び抗体断片、並びに増殖因子が挙げられるが、これらに限定されない。受容体の非限定的例としては、TNF I型受容体、IL-1受容体II型、IL-1受容体拮抗薬、IL-4受容体及び任意の化学的又は遺伝学的に改変された可溶性受容体が挙げられる。酵素の例としては、アセチルコリンエステラーゼ、ラクターゼ、活性化プロテインC、第VII因子、(例えば、Santylの名称でAdvance Biofactures Corporationによって販売される)コラゲナーゼ;(例えば、Fabrazymeの名称でGenzymeによって販売される)アガルシダーゼ-ベータ;(例えば、Pulmozymeの名称でGenentechによって販売される)ドルナーゼ-アルファ;(例えば、Activaseの名称でGenentechによって販売される)アルテプラーゼ;(例えば、Oncasparの名称でEnzonによって販売される)PEG化アスパラギナーゼ;(例えば、Elsparの名称でMerckによって販売される)アスパラギナーゼ;及び(例えば、Ceredaseの名称でGenzymeによって販売される)イミグルセラーゼが挙げられる。特定のポリペプチド又はタンパク質の例としては、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)、顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)、マクロファージコロニー刺激因子(M-CSF)、コロニー刺激因子(CSF)、インターフェロンベータ(IFN-ベータ)、インターフェロンガンマ(IFNガンマ)、インターフェロンガンマ誘発因子I(IGIF)、形質転換増殖因子ベータ(IGF-ベータ)、RANTES(regulated upon activation, normal T-cell expressed and presumably secreted)、マクロファージ炎症性タンパク質(例えば、MIP-1-アルファ及びMIP-1-ベータ)、リーシュマニア伸長開始因子(LEIF)、血小板由来増殖因子(PDGF)、腫瘍壊死因子(TNF)、増殖因子、例えば、上皮成長因子(EGF)、血管内皮増殖因子(VEGF)、線維芽細胞増殖因子、(FGF)、神経成長因子(NGF)、脳由来神経栄養因子(BDNF)、ニューロトロフィン-2(NT-2)、ニューロトロフィン-3(NT-3)、ニューロトロフィン-4(NT-4)、ニューロトロフィン-5(NT-5)、グリア細胞由来神経栄養因子(GDNF)、毛様体神経栄養因子(CNTF)、TNFアルファII型受容体、エリスロポイエチン(EPO)、インスリン並びに可溶性糖タンパク質、例えば、gp120及びgp160糖タンパク質が挙げられるが、これらに限定されない。gp120糖タンパク質はヒト免疫不全ウイルス(WIV)外被タンパク質であり、gp160糖タンパク質はgp120糖タンパク質の公知の前駆体である。他の例としては、セクレチン、ネシリチド(ヒトB型ナトリウム利尿ペプチド(hBNP))及びGYP-Iが挙げられる。 Proteins or peptides produced by heterologous polypeptides include, but are not limited to, cytokines, chemokines, lymphokines, ligands, receptors, hormones, enzymes, antibodies and antibody fragments, and growth factors. Non-limiting examples of receptors include TNF type I receptor, IL-1 receptor type II, IL-1 receptor antagonist, IL-4 receptor and any chemically or genetically modified Soluble receptors are included. Examples of enzymes include acetylcholinesterase, lactase, activated protein C, factor VII, collagenase (for example sold by Advance Biofactories Corporation under the name Santyl); (for example sold by Genzyme under the name Fabrazyme). agalsidase-beta; dornase-alpha (eg sold by Genentech under the name Pulmozyme); alteplase (eg sold by Genentech under the name Activase); PEG (eg sold by Enzon under the name Oncaspar) asparaginase (eg sold by Merck under the name Elspar); and imiglucerase (eg sold by Genzyme under the name Ceredase). Examples of specific polypeptides or proteins include granulocyte macrophage colony stimulating factor (GM-CSF), granulocyte colony stimulating factor (G-CSF), macrophage colony stimulating factor (M-CSF), colony stimulating factor (CSF) , interferon beta (IFN-beta), interferon gamma (IFN gamma), interferon gamma-inducing factor I (IGIF), transforming growth factor beta (IGF-beta), RANTES (regulated upon activation, normal T-cell expressed and presumably secreted ), macrophage inflammatory proteins (e.g. MIP-1-alpha and MIP-1-beta), Leishmania elongation initiation factor (LEIF), platelet-derived growth factor (PDGF), tumor necrosis factor (TNF), growth factors such as , epidermal growth factor (EGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), fibroblast growth factor (FGF), nerve growth factor (NGF), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), neurotrophin-2 (NT- 2), neurotrophin-3 (NT-3), neurotrophin-4 (NT-4), neurotrophin-5 (NT-5), glial cell-derived neurotrophic factor (GDNF), ciliary nerve Non-limiting examples include trophic factor (CNTF), TNF alpha type II receptor, erythropoietin (EPO), insulin and soluble glycoproteins such as gp120 and gp160 glycoproteins. The gp120 glycoprotein is the human immunodeficiency virus (WIV) envelope protein and the gp160 glycoprotein is the known precursor of the gp120 glycoprotein. Other examples include secretin, nesiritide (human B-type natriuretic peptide (hBNP)) and GYP-I.

ヒトインターフェロンベータ1bの発現のための企図される細菌としては、例えば、E. coliが挙げられる。 Contemplated bacteria for expression of human interferon beta 1b include, for example, E. coli.

ヒトインターフェロンガンマの発現のための企図される細菌としては、例えば、E. coliが挙げられる。 Contemplated bacteria for expression of human interferon gamma include, for example, E. coli.

ヒト成長ホルモンの発現のための企図される細菌としては、例えば、E. coliが挙げられる。 Contemplated bacteria for expression of human growth hormone include, for example, E. coli.

ヒトインスリンの発現のための企図される細菌としては、例えば、E. coliが挙げられる。 Contemplated bacteria for expression of human insulin include, for example, E. coli.

インターロイキンIIの発現のための企図される細菌としては、例えば、E. coliが挙げられる。 Contemplated bacteria for expression of interleukin II include, for example, E. coli.

特定の一実施形態によれば、有益なポリペプチドは、抗体(例えば、ヒュミラ、レミケード、リッキサン、エンブレル、アバスチン、ハーセプチン)である。 According to one particular embodiment, the beneficial polypeptide is an antibody (eg Humira, Remicade, Rixan, Enbrel, Avastin, Herceptin).

抗体の発現のために企図される細菌としては、例えば、E. coli、Bacillus brevis、Bacillus subtilis及びBacillus megateriumが挙げられる。 Bacteria contemplated for expression of antibodies include, for example, E. coli, Bacillus brevis, Bacillus subtilis and Bacillus megaterium.

本発明によって企図される他の有益な細菌としては、細菌ワクチンとして使用されるものが挙げられる。本発明によって企図される例示的なワクチンとしては、ビボチフベルーナワクチン(腸チフスワクチン、生)、Prevnar13(肺炎球菌13価ワクチン)、メナクトラ(髄膜炎菌結合型ワクチン)、ActHIB(haemophilus b結合型(prp-t)ワクチン)、Bexsero(髄膜炎菌群Bワクチン)、Biothrax(吸着炭疽ワクチン)、Hiberix(haemophilus b結合型(prp-t)ワクチン)、HibTITER(haemophilus b結合型(hboc)ワクチン)、液状PedvaxHIB(haemophilus b結合型(prp-omp)ワクチン)、MenHibrix(haemophilus b結合型(prp-t)ワクチン/髄膜炎菌結合型ワクチン)、Menomune A/C/Y/W-135(髄膜炎菌多糖ワクチン)、Menveo(髄膜炎菌結合型ワクチン)、Pneumovax23(肺炎球菌23価ワクチン)、Prevnar(肺炎球菌7価ワクチン)、Te Anatoxal Berna(破傷風トキソイド)、沈降破傷風トキソイド(破傷風トキソイド)、TheraCys(bcg)、Tice BCG(bcg)、Trumenba(髄膜炎菌群Bワクチン)、Typhim Vi(腸チフスワクチン、不活性化)、Vaxchora、コレラワクチン、生及びビボチフベルーナ(腸チフスワクチン、生)が挙げられるが、これらに限定されない。 Other beneficial bacteria contemplated by the present invention include those used as bacterial vaccines. Exemplary vaccines contemplated by the present invention include Vivotiv Veruna vaccine (typhoid vaccine, live), Prevnar13 (pneumococcal 13-valent vaccine), Menactra (meningococcal conjugate vaccine), ActHIB (haemophilus b conjugate vaccine). (prp-t) vaccine), Bexsero (meningococcal group B vaccine), Biothrax (adsorbed anthrax vaccine), Hiberix (haemophilus b conjugate (prp-t) vaccine), HibTITER (haemophilus b conjugate (hboc) vaccine) ), liquid Pedvax HIB (haemophilus b conjugate (prp-omp) vaccine), MenHibrix (haemophilus b conjugate (prp-t) vaccine/meningococcal conjugate vaccine), Menomune A/C/Y/W-135 ( meningococcal polysaccharide vaccine), Menveo (meningococcal conjugate vaccine), Pneumovax23 (pneumococcal 23-valent vaccine), Prevnar (pneumococcal 7-valent vaccine), Te Anatoxal Berna (tetanus toxoid), Adsorbed tetanus toxoid (tetanus toxoids), TheraCys (bcg), Tice BCG (bcg), Trumenba (meningococcal group B vaccine), Typhim Vi (typhoid vaccine, inactivated), Vaxchora, cholera vaccine, live and Vivotiv Veruna (typhoid vaccine, live) include, but are not limited to.

他の企図される有益な細菌は、バイオレメディエーションに有用なものである。こうしたレメディエーションとしては、重金属、化学物質、放射線及び炭化水素汚染が挙げられる。 Other contemplated beneficial bacteria are those useful in bioremediation. Such remediations include heavy metals, chemicals, radiation and hydrocarbon pollution.

バイオレメディエーションに使用することができる細菌の例を以下に列挙する。 Examples of bacteria that can be used for bioremediation are listed below.

Pseudomonas putida: Pseudomonas putidaは、塗料希釈剤の一成分であるトルエンのバイオレメディエーションに関与するグラム陰性土壌細菌である。汚染土壌中の石油精製製品ナフタレンを分解することもできる。 Pseudomonas putida: Pseudomonas putida is a Gram-negative soil bacterium involved in the bioremediation of toluene, a component of paint diluents. It can also decompose petroleum refinery product naphthalene in contaminated soil.

Dechloromonas aromatica: Dechloromonas aromaticaは、安息香酸、クロロ安息香酸及びトルエンを含めた芳香族化合物を酸化し、その反応を酸素、クロラート又はニトラートの還元と連結することができる桿菌である。ベンゼンを嫌気的に酸化することができる唯一の生物でもある。特に地下水及び地表水においては、ベンゼン混入の傾向が高いため、D. aromaticはこの物質のin situバイオレメディエーションに特に有用である。 Dechloromonas aromatica: Dechloromonas aromatica are rods capable of oxidizing aromatic compounds including benzoic acid, chlorobenzoic acid and toluene, coupling the reaction with the reduction of oxygen, chlorate or nitrate. It is also the only organism capable of anaerobically oxidizing benzene. D. aromatic is particularly useful for the in situ bioremediation of this material due to its high propensity for benzene contamination, especially in ground and surface waters.

硝化細菌及び脱窒菌: 産業用バイオレメディエーションは、廃水浄化に使用される。大部分の処理系は、不要な無機窒素化合物(すなわち、アンモニア、ニトリット、ニトラート)を除去する微生物の活性に依拠する。窒素除去は、硝化及び脱窒を含む二段階プロセスである。硝化中、アンモニウムは、Nitrosomonas europaeaのような生物によってニトリットに酸化される。次いで、ニトリットは、更に、Nitrobacter hamburgensisのような微生物によってニトラートに酸化される。嫌気性条件では、アンモニウム酸化中に生成したニトラートは、Paracoccus denitrificansのような微生物によって最終電子受容体として使用される。その結果がNガスである。このプロセスを通して、天然水の富栄養化の原因となる2種の汚染物質であるアンモニウム及びニトラートが処理される。 Nitrifying and denitrifying bacteria: Industrial bioremediation is used for wastewater purification. Most treatment systems rely on the activity of microorganisms to remove unwanted inorganic nitrogen compounds (ie ammonia, nitrites, nitrates). Nitrogen removal is a two-step process involving nitrification and denitrification. During nitrification, ammonium is oxidized to nitrites by organisms such as Nitrosomonas europaea. Nitrites are then further oxidized to nitrates by microorganisms such as Nitrobacter hamburgensis. Under anaerobic conditions, the nitrates produced during ammonium oxidation are used as final electron acceptors by microorganisms such as Paracoccus denitrificans. The result is N2 gas. Through this process, ammonium and nitrates, two contaminants responsible for eutrophication of natural waters, are treated.

Deinococcus radiodurans: Deinococcus radioduransは、溶媒及び重金属のバイオレメディエーション用に遺伝子操作された耐放射線極限環境細菌である。Deinococcus radioduransの操作された株は、放射性混合廃棄物環境中のイオン性水銀及びトルエンを分解することが示された。 Deinococcus radiodurans: Deinococcus radiodurans is a radiation-tolerant extremophile bacterium genetically engineered for the bioremediation of solvents and heavy metals. Engineered strains of Deinococcus radiodurans have been shown to degrade ionic mercury and toluene in mixed radioactive waste environments.

嫌気性条件では、アンモニウム酸化中に生成したニトラートは、Paracoccus denitrificansのような微生物によって最終電子受容体として使用される。その結果が二窒素ガスである。このプロセスを通して、天然水の富栄養化の原因となる2種の汚染物質であるアンモニウム及びニトラートが処理される。 Under anaerobic conditions, the nitrates produced during ammonium oxidation are used as final electron acceptors by microorganisms such as Paracoccus denitrificans. The result is dinitrogen gas. Through this process, ammonium and nitrates, two contaminants responsible for eutrophication of natural waters, are treated.

Methylibium petroleiphilum: Methylibium petroleiphilum(公式にはPM1株として知られる)は、メチルtert-ブチルエーテル(MTBE)のバイオレメディエーションが可能な細菌である。PM1は、汚染物質を唯一の炭素及びエネルギー供給源として使用することによってMTBEを分解する。 Methylibium petroleiphilum: Methylibium petroleiphilum (officially known as PM1 strain) is a bacterium capable of bioremediation of methyl tert-butyl ether (MTBE). PM1 degrades MTBE by using pollutants as the sole carbon and energy source.

Alcanivorax borkumensis: Alcanivorax borkumensisは、燃料中に存在するものなどの炭化水素を消費し、二酸化炭素を生成する、海洋桿菌である。それは、油で汚染された環境中で急速に増殖し、メキシコ湾のディープウォーター ホライズン原油流出から830,000ガロン以上の油を除去するのを助けるために使用された。油を除去するのに使用することができる他の企図される細菌としては、Colwellia及びNeptuniibacterが挙げられる。 Alcanivorax borkumensis: Alcanivorax borkumensis is a marine bacillus that consumes hydrocarbons, such as those present in fuel, and produces carbon dioxide. It grows rapidly in oil-contaminated environments and was used to help remove more than 830,000 gallons of oil from the Deepwater Horizon oil spill in the Gulf of Mexico. Other contemplated bacteria that can be used to remove oil include Colwellia and Neptuniibacter.

上述のように、本発明のこの態様の方法は、有益な細菌をバイオフィルム生成細菌と一緒に培養することを企図する。 As noted above, the method of this aspect of the invention contemplates culturing beneficial bacteria together with biofilm-forming bacteria.

本明細書において「バイオフィルム」という用語は、細菌の集団が産生した細胞外重合物質の基質中に含まれる(例えば、包埋又は封入された)細菌の集団を指す。一般に、バイオフィルム中に存在するときに細菌は、自由に遊走する浮遊細菌と比較して、増殖速度及び遺伝子転写に関して異なる表現型を示す。バイオフィルム中に存在し得る細胞外重合物質の例としては、菌体外多糖(epsA-Oオペロンの産物によって合成されるものなど)及びアミロイド線維(tapA-sipW-tasAオペロンによってコードされるものなど)が挙げられる。したがって、基質は、一般に、細胞外DNA及びタンパク質並びに炭水化物を含む。 As used herein, the term "biofilm" refers to a population of bacteria contained (eg, embedded or encapsulated) in a matrix of extracellular polymeric material produced by the population of bacteria. In general, bacteria exhibit different phenotypes in terms of growth rate and gene transcription when present in biofilms compared to freely migrating planktonic bacteria. Examples of extracellular polymeric substances that may be present in biofilms include exopolysaccharides (such as those synthesized by products of the epsA-O operon) and amyloid fibrils (such as those encoded by the tapA-sipW-tasA operon). ). Substrates therefore generally include extracellular DNA and proteins as well as carbohydrates.

バイオフィルム生成細菌は、有益な細菌でもあり得ることを理解されたい。 It is understood that biofilm-producing bacteria can also be beneficial bacteria.

バイオフィルム生成細菌は、一般に、バイオフィルムに取り込まれる有益な細菌とは異なる目及び/又は属である。したがって、バイオフィルム生成細菌と有益な細菌は、異なる株、種、属及び/又は目とすることができる。 Biofilm-producing bacteria are generally of a different order and/or genus than the beneficial bacteria that are incorporated into biofilms. Thus, biofilm-producing bacteria and beneficial bacteria can be different strains, species, genera and/or orders.

好ましくは、バイオフィルム生成細菌は、ヒトに非病原性である(すなわち、身体的な害や疾患を引き起こさない)。 Preferably, the biofilm-forming bacteria are non-pathogenic to humans (ie, do not cause physical harm or disease).

バイオフィルム生成細菌の任意の数の株を本発明のこの態様の共培養で培養することができる。一実施形態においては、500以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、250以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、100以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、80以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、70以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、60以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、50以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、40以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、30以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、20以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、10以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、9以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、8以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、7以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、6以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、5以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、4以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、3以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、2以下の異なる株のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、あるいは各単一の培養において、バイオフィルム生成細菌を1株のみ培養する。 Any number of strains of biofilm-producing bacteria can be cultured in the co-cultivation of this aspect of the invention. In one embodiment, no more than 500 different strains of biofilm-forming bacteria are cultured as a single culture, no more than 250 different strains of biofilm-forming bacteria are cultured as a single culture, and no more than 100 different strains of biofilm-forming bacteria are cultured as a single culture. culturing biofilm-forming bacteria as a monoculture, culturing 80 or less different strains of biofilm-forming bacteria as a monoculture, culturing 70 or less different strains of biofilm-forming bacteria as a monoculture. , culturing up to 60 different strains of biofilm-producing bacteria as a monoculture, culturing up to 50 different strains of biofilm-producing bacteria as a monoculture, and culturing up to 40 different strains of biofilm-producing bacteria as a monoculture. Cultivated as a monoculture, no more than 30 different strains of biofilm-producing bacteria were cultivated as a monoculture, no more than 20 different strains of biofilm-producing bacteria were cultivated as a monoculture, no more than 10 different strains of biofilm-forming bacteria as a monoculture, no more than 9 different strains of biofilm-forming bacteria as a monoculture, no more than 8 different strains of biofilm-forming bacteria as a monoculture and culturing no more than 7 different strains of biofilm-producing bacteria as a monoculture, culturing no more than 6 different strains of biofilm-producing bacteria as a monoculture, and no more than 5 different strains of biofilm-producing bacteria. culturing bacteria as monocultures, culturing no more than 4 different strains of biofilm-forming bacteria as monocultures, culturing no more than 3 different strains of biofilm-forming bacteria as monocultures, culturing no more than 2 different strains of biofilm-forming bacteria as single cultures, or only one strain of biofilm-forming bacteria in each single culture.

本発明のこの態様の単一の培養のバイオフィルム生成細菌株は、1つの種に属してもよく、又は複数の種に属してもよい。好ましくは、培養物のバイオフィルム生成細菌株は、単一の細菌種に属する。別の実施形態においては、複数の種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養する。好ましくは、10以下の異なる種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、9以下の異なる種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、8以下の異なる種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、7以下の異なる種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、6以下の異なる種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、5以下の異なる種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、4以下の異なる種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、3以下の異なる種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、2以下の異なる種のバイオフィルム生成細菌を単一培養物として培養し、あるいは各単一の培養において、バイオフィルム生成細菌を1種のみ培養する。 A single culture of biofilm-forming bacterial strain of this aspect of the invention may belong to one species or may belong to multiple species. Preferably, the biofilm-forming bacterial strains of the culture belong to a single bacterial species. In another embodiment, multiple species of biofilm-forming bacteria are cultured as a single culture. Preferably, no more than 10 different species of biofilm-producing bacteria are cultivated as a single culture, no more than 9 different species of biofilm-producing bacteria are cultivated as a mono-culture, and no more than 8 different species of biofilm-producing bacteria are cultivated as a monoculture. culturing the bacteria as a monoculture, culturing no more than 7 different species of biofilm-forming bacteria as a monoculture, culturing no more than 6 different species of biofilm-forming bacteria as a monoculture, and no more than 5 different species of biofilm-forming bacteria as a monoculture, no more than 4 different species of biofilm-forming bacteria as a monoculture, no more than 3 different species of biofilm-forming bacteria as a monoculture two or fewer different species of biofilm-forming bacteria as single cultures, or only one biofilm-forming bacterium in each single culture.

一実施形態においては、バイオフィルム生成細菌は、Bacillus属に属する。 In one embodiment, the biofilm-producing bacterium belongs to the genus Bacillus.

本明細書において「Bacillus属」は、B. subtilis、B. licheniformis、B. lentus、B. brevis、B. stearothermophilus、B. alkalophilus、B. amyloliquefaciens、B. clausii、B. halodurans、B. megaterium、B. coagulans、B. circulans、B. lautus及びB. thuringiensisを含むが、ただしこれらに限定されない、当業者に既知のすべてのメンバーが含まれる。Bacillus属は、分類学的な再編成が継続されていることを認識されたい。したがって、この属は、現在「Geobacillus stearothermophilus」と称されるB. stearothermophilusなどの生物を含み、ただしこれらに限定されない、再分類された種を含むことを意図する。酸素の存在下の耐性内生胞子の生成は、Bacillus属の決定的な特徴と考えられるが、この特徴は、最近命名されたAlicyclobacillus、Amphibacillus、Aneurinibacillus、Anoxybacillus、Brevibacillus、Filobacillus、Gracilibacillus、Halobacillus、Paenibacillus、Salibacillus、Thermobacillus、Ureibacillus及びVirgibacillusにも当てはまる。 As used herein, "Bacillus genus" includes B. subtilis, B. licheniformis, B. lentus, B. brevis, B. stearothermophilus, B. alkalophilus, B. amyloliquefaciens, B. clausii, B. halodurans, B. megaterium, All members known to those skilled in the art are included, including but not limited to B. coagulans, B. circulans, B. lautus and B. thuringiensis. It should be recognized that the genus Bacillus continues to undergo taxonomic reorganization. Thus, this genus is intended to include reclassified species including, but not limited to, organisms such as B. stearothermophilus, now referred to as "Geobacillus stearothermophilus." The production of resistant endospores in the presence of oxygen is considered a defining feature of the genus Bacillus, a feature that has recently been named Alicyclobacillus, Amphibacillus, Aneurinibacillus, Anoxybacillus, Brevibacillus, Filobacillus, Gracilibacillus, Halobacillus and Paenibacillus. , Salibacillus, Thermobacillus, Ureibacillus and Virgibacillus.

一実施形態においては、バイオフィルム生成細菌は、B. subtilis種である。 In one embodiment, the biofilm-forming bacterium is a B. subtilis species.

本発明によって企図されるB. subtilisの例示的な株としては、B. subtilis MS1577及び127185/2(MS302;乳製品分離菌)及びNCIB3610が挙げられるが、これらに限定されない。 Exemplary strains of B. subtilis contemplated by the present invention include, but are not limited to, B. subtilis MS1577 and 127185/2 (MS302; dairy isolate) and NCIB3610.

本発明によって企図されるB paralicheniformisの例示的な株としては、B. paralicheniformis MS303及びB. paralicheniformis S127が挙げられるが、これらに限定されない。 Exemplary strains of B paralicheniformis contemplated by the present invention include, but are not limited to, B. paralicheniformis MS303 and B. paralicheniformis S127.

本発明によって企図されるB. licheniformisの例示的な株としては、B. licheniformis MS310及びB. licheniformis MS307が挙げられるが、これらに限定されない。 Exemplary strains of B. licheniformis contemplated by the present invention include, but are not limited to, B. licheniformis MS310 and B. licheniformis MS307.

特定の一実施形態によれば、バイオフィルム生成細菌は、B. cereus種を含まない。 According to one particular embodiment, the biofilm-forming bacteria do not comprise B. cereus species.

共培養物を生成するために、一般に、有益な培養物とバイオフィルム生成培養物の両方を別々に培養して、スターターカルチャーを生成する。スターターカルチャーの培地及び条件は、一般に、細菌の各々の増殖を最適化するように選択される。 To generate co-cultures, generally both the beneficial culture and the biofilm-producing culture are cultured separately to generate a starter culture. Starter culture media and conditions are generally chosen to optimize the growth of each of the bacteria.

企図されるスターターカルチャーとしては、乾燥スターターカルチャー、脱水スターターカルチャー、凍結スターターカルチャー又は濃縮スターターカルチャーが挙げられる。 Contemplated starter cultures include dried starter cultures, dehydrated starter cultures, frozen starter cultures or concentrated starter cultures.

スターターカルチャーを、十分な量の細菌が増殖するまで、少なくとも2時間、4時間、8時間、12時間にわたり増殖させる。 The starter culture is grown for at least 2, 4, 8, 12 hours until a sufficient amount of bacteria has grown.

特定の一実施形態によれば、この方法は、共培養の方法を含み、有益な細菌はLactobacillus属(例えば、L. plantarum種)であり、バイオフィルム生成細菌はBacillus属(例えば、B. subtilis種)である。 According to one particular embodiment, the method comprises a method of co-cultivation, wherein the beneficial bacterium is of the genus Lactobacillus (e.g., L. plantarum species) and the biofilm-forming bacterium is of the genus Bacillus (e.g., B. subtilis species).

有益な細菌をバイオフィルム生成細菌と共培養する方法は、両方のタイプの微生物の増殖、及びバイオフィルムへの両方の微生物の取り込みを可能にするように選択する。 Methods for co-cultivating beneficial bacteria with biofilm-forming bacteria are chosen to allow growth of both types of microorganisms and incorporation of both microorganisms into biofilms.

一実施形態においては、共培養は、有益な細菌の培養に一般に使用される増殖基質中(又は増殖基質上)で行う。増殖基質は、固体培地でも液体培地でもよい。好ましくは、共培養物を培養中に振盪させる。 In one embodiment, the co-cultivation takes place in (or on) a growth substrate commonly used for culturing beneficial bacteria. Growth substrates may be solid or liquid media. Preferably, the co-culture is shaken during culturing.

細菌の培養に使用することができる増殖基質の例としては、MRS培地、LB培地、TBS培地、酵母エキス、大豆ペプトン、カゼインペプトン及び肉ペプトンが挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of growth substrates that can be used to culture bacteria include, but are not limited to, MRS medium, LB medium, TBS medium, yeast extract, soy peptone, casein peptone and meat peptone.

培地の更なる例を下表1に列挙する。 Further examples of media are listed in Table 1 below.

Figure 0007228533000001
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Figure 0007228533000002
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したがって、例えば、有益な細菌がLactobacillus属(例えば、L. plantarum種)であり、バイオフィルム生成細菌がBacillus属(例えば、B. subtilis種)である場合、共培養をLBGM培地、牛乳培地又はMRS培地を含む増殖基質中で行うことができる。本発明の共培養物を生成するのに使用することができる別の培地としては、MSgg最少培地(Shemesh, M., et al (2010). J Bacteriol 192, 6352-6356);ラクトース濃縮LB培地:Duanis-Assaf D., et al (2016) Front. Microbiol. 6:1517;酪酸添加LB培地:Pasvolsky R., et al., Int. J. Food Microbiol.181C:19-27が挙げられる。一般に、バイオフィルムへの異なる細菌の両方の取り込みを促進する培養条件を選択する。 Thus, for example, if the beneficial bacterium is of the genus Lactobacillus (e.g., L. plantarum sp.) and the biofilm-forming bacterium is of the genus Bacillus (e.g., B. subtilis sp.), the co-culture may be LBGM medium, milk medium or MRS. It can be done in a growth substrate containing medium. Alternative media that can be used to generate co-cultures of the invention include MSgg minimal medium (Shemesh, M., et al (2010). J Bacteriol 192, 6352-6356); lactose-enriched LB medium : Duanis-Assaf D., et al (2016) Front. Microbiol. 6:1517; Butyrate-added LB medium: Pasvolsky R., et al., Int. J. Food Microbiol.181C: 19-27. In general, culture conditions are chosen that promote the incorporation of both different bacteria into the biofilm.

本発明者らは、Bacillus属(例えば、B. subtilis種)である細菌のバイオフィルム生成に重要な増殖培地の特定の成分を明らかにした。図21参照。すなわち、本発明者らは、有益な細菌をBacillus細菌と共培養するのに使用される培地がマンガンを含むことを提案する。別の一実施形態においては、培地はデキストロースを含む。更に別の一実施形態においては、共培養に使用される培地は、マンガンとデキストロースの両方を含む。 The inventors have identified specific components of growth media that are important for biofilm formation of bacteria of the genus Bacillus (eg, B. subtilis species). See FIG. Thus, we propose that the medium used to co-cultivate beneficial bacteria with Bacillus bacteria contains manganese. In another embodiment, the medium contains dextrose. In yet another embodiment, the medium used for co-cultivation contains both manganese and dextrose.

したがって、本発明の別の一態様によれば、細菌組成物の調製に有利な薬剤又は培養条件を選択する方法であって、有益な細菌とバイオフィルム生成細菌とを増殖基質中、薬剤の存在下又は培養条件下において、有益な細菌とバイオフィルム生成細菌とを含むバイオフィルムを生成するように共培養することを含み、バイオフィルムの性質の変化を、薬剤又は培養条件が細菌組成物の調製に有利であることの指標とする、方法を提供する。 Thus, according to another aspect of the invention, there is provided a method of selecting an agent or culture conditions favorable for the preparation of a bacterial composition, comprising: co-cultivating under or under culture conditions to produce a biofilm comprising beneficial bacteria and biofilm-forming bacteria, wherein the agent or culture conditions alter the properties of the biofilm to the preparation of the bacterial composition. A method is provided that is indicative of an advantage to

共培養の変更可能な条件の例示としては、培養が行われる表面の性質が挙げられる(例えば、官能基、静電荷、コーティングを含むが、ただしこれらに限定されない、固体表面の界面化学;溝、空洞、隆起部、穴、六方充填(HP)柱状部、HP柱状部によって包囲された正三角形、及びSharkletトポグラフィを含むが、ただしこれらに限定されない表面粗さ、表面トポグラフィなど)。固体表面は、バイオフィルムへの有益な細菌の封入/取り込みを促進するような明確な形状及び/又はトポグラフィとすることができる。さらに、固体表面は、特定の厚さのバイオフィルムの生成を促進するような明確な形状及び/又はトポグラフィとすることができる。本発明によって企図される他の形態学的パターンは、Graham and Cady, Coatings, 2014, 4, pages 37-59に記載されており、本参照により、その内容を本明細書に援用する。 Exemplary modifiable conditions for co-cultivation include the nature of the surface on which the culture is performed (e.g. surface chemistry of the solid surface, including but not limited to functional groups, electrostatic charges, coatings; grooves, Surface roughness, surface topography, including but not limited to cavities, ridges, holes, hexagonal packing (HP) columns, equilateral triangles enclosed by HP columns, and Sharklet topography). The solid surface can be of defined shape and/or topography to facilitate encapsulation/uptake of beneficial bacteria into the biofilm. Additionally, the solid surface can have a distinct shape and/or topography to facilitate the formation of biofilms of a particular thickness. Other morphological patterns contemplated by the present invention are described in Graham and Cady, Coatings, 2014, 4, pages 37-59, the contents of which are incorporated herein by reference.

培養を行うことができる例示的な固体表面としては、種々のポリマー材料(シリコーン、ポリスチレン、ポリウレタン及びエポキシ樹脂)から金属及び金属酸化物(ケイ素、チタン、アルミニウム、シリカ及び金)まで広範囲の基材が挙げられる。固体表面のトポグラフィを変えるために、製作技術(ソフトリソグラフィ及びダブルキャスティング成形技術、マイクロコンタクトプリンティング、電子線リソグラフィ、ナノインプリントリソグラフィ、フォトリソグラフィ、電着法など)をこうした材料に対して行うことができる。 Exemplary solid surfaces on which culture can be performed include substrates ranging from various polymeric materials (silicone, polystyrene, polyurethane and epoxy resins) to metals and metal oxides (silicon, titanium, aluminum, silica and gold). is mentioned. Fabrication techniques (soft lithography and double casting molding techniques, microcontact printing, e-beam lithography, nanoimprint lithography, photolithography, electrodeposition, etc.) can be performed on these materials to alter the topography of solid surfaces.

変更可能な共培養の他の条件としては、pH、栄養素濃度、有益な細菌とバイオフィルム生成細菌の比、温度などの環境パラメータが挙げられるが、これらに限定されない。 Other conditions of co-cultivation that can be altered include, but are not limited to, environmental parameters such as pH, nutrient concentration, ratio of beneficial bacteria to biofilm-forming bacteria, and temperature.

一実施形態においては、共培養はバイオリアクターで行われる。 In one embodiment, co-cultivation is performed in a bioreactor.

本明細書において「バイオリアクター」という用語は、本発明のバイオフィルムを支持するように改造された装置を指す。 As used herein, the term "bioreactor" refers to a device adapted to support the biofilms of the invention.

バイオリアクターは、一般に、バイオフィルムをその上に形成するためのバイオフィルム用の支持体を1個以上含み、支持体は、バイオフィルムの形成を促進するのに有意な表面積を提供するように適合されたものである。本発明におけるバイオリアクターは、連続処理に適合させることができる。 A bioreactor generally includes one or more biofilm supports for biofilm formation thereon, the supports adapted to provide a significant surface area to promote biofilm formation. It is what was done. A bioreactor in the present invention can be adapted for continuous processing.

バイオフィルムをバイオリアクターのシステム内で生成させるときには、システムのマイクロ流体工学(例えば、剪断応力)を変えることによって、共培養条件を変更することができることを理解されたい。 It should be appreciated that when biofilms are generated in a bioreactor system, co-cultivation conditions can be altered by altering the microfluidics (eg, shear stress) of the system.

上述したように、バイオフィルムの性質に有利な変化を起こす薬剤又は条件を選択する。一実施形態においては、性質は、バイオフィルムの量である。一実施形態においては、性質は、バイオフィルムの厚さである。別の一実施形態においては、性質は、バイオフィルムの密度である。更に別の一実施形態においては、性質は、バイオフィルムが形成される速度である。更に別の一実施形態においては、性質は、バイオフィルムに取り込まれる有益な細菌の量である。更に別の一実施形態においては、性質は、温度及び/又はpHに対する耐性である。 As noted above, agents or conditions are selected that produce beneficial changes in biofilm properties. In one embodiment, the property is the amount of biofilm. In one embodiment, the property is biofilm thickness. In another embodiment, the property is biofilm density. In yet another embodiment, the property is the rate at which biofilms form. In yet another embodiment, the property is the amount of beneficial bacteria incorporated into the biofilm. In yet another embodiment, the property is temperature and/or pH resistance.

更に別の一実施形態においては、性質は、バイオフィルムからある期間にわたって放出される有益な細菌の量である。これは、有益な細菌の放出制御が必要なときに特に関連し得る。例えば、バイオフィルムに皮膚、頭皮又は歯への適用に有益である細菌を取り込み、最大治療効果が得られるように、バイオフィルムからの有益な細菌の放出速度を選択すること有利となり得る。 In yet another embodiment, the property is the amount of beneficial bacteria released from the biofilm over time. This may be of particular relevance when controlled release of beneficial bacteria is required. For example, it may be advantageous to load the biofilm with bacteria that are beneficial for skin, scalp or tooth applications and to select the rate of release of beneficial bacteria from the biofilm such that maximum therapeutic effect is obtained.

本発明者らは、今回、増殖基質のpHを6より高くすると、KinD-Spo0A経路を利用する細菌(例えば、B. subtilis種などのBacillus属)をMRS培地中で培養したときに、バイオフィルムに取り込まれやすくなることを見いだした。 The present inventors have now found that when the pH of the growth substrate is increased above 6, bacteria that utilize the KinD-SpoOA pathway (e.g., Bacillus genus such as B. subtilis species), when cultured in MRS medium, produce biofilms. I found that it becomes easier to be taken into.

一実施形態においては、LBGM培地、牛乳培地又はMRS培地(具体的には、MRS培地)の中又は上で実施する、Lactobacillus属(例えば、L. plantarum種)である有益な細菌とBacillus属(例えば、B. subtilis種)であるバイオフィルム生成細菌との共培養は、pH6.5~9、6.5~8、6.5~7.5、6.8~9、6.8~8、6.8~7.5で行う。 In one embodiment, a beneficial bacterium of the genus Lactobacillus (e.g., L. plantarum spp.) and the genus Bacillus (e.g., Lactobacillus sp.) performed in or on LBGM medium, milk medium or MRS medium (especially MRS medium). For example, co-cultivation with biofilm-forming bacteria (B. subtilis spp.) yields pH 6.5-9, 6.5-8, 6.5-7.5, 6.8-9, 6.8-8 , 6.8-7.5.

特定の一実施形態においては、共培養が牛乳培地中で行われるとき、バイオフィルム生成細菌はB. subtilis MS1577でも3610でもない。 In one particular embodiment, the biofilm-forming bacterium is neither B. subtilis MS1577 nor 3610 when the co-cultivation is performed in milk medium.

本発明のこの態様の共培養は、細菌の増殖の増加及び/又はバイオフィルム形成の促進に役立つ追加の薬剤の存在下で行うことができる。こうした薬剤としては、例えばアセトインが挙げられる。 The co-cultivation of this aspect of the invention can be performed in the presence of additional agents that help increase bacterial growth and/or promote biofilm formation. Such agents include, for example, acetoin.

アセトインの量及び添加のタイミングは、最適なバイオフィルム生成を促進するように変更することができる。一実施形態においては、約0.01~5%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.01~4%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.01~3%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.01~2%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.01~1%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.01~0.5%のアセトインを使用する。 The amount of acetoin and timing of addition can be varied to promote optimal biofilm formation. In one embodiment, about 0.01-5% acetoin is used. In another embodiment, about 0.01-4% acetoin is used. In another embodiment, about 0.01-3% acetoin is used. In another embodiment, about 0.01-2% acetoin is used. In another embodiment, about 0.01-1% acetoin is used. In another embodiment, about 0.01-0.5% acetoin is used.

したがって、本発明者らは、アセトインを含む、培養物、Bacillus細菌を含むバイオフィルム及び培地を企図する。一実施形態においては、培地は、表1に示したもの(例えば、LB培地)である。 We therefore contemplate cultures, biofilms and media containing Bacillus bacteria that contain acetoin. In one embodiment, the medium is one shown in Table 1 (eg, LB medium).

一実施形態においては、約0.05~5%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.05~4%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.05~3%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.05~2%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.05~1%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.05~0.5%のアセトインを使用する。 In one embodiment, about 0.05-5% acetoin is used. In another embodiment, about 0.05-4% acetoin is used. In another embodiment, about 0.05-3% acetoin is used. In another embodiment, about 0.05-2% acetoin is used. In another embodiment, about 0.05-1% acetoin is used. In another embodiment, about 0.05-0.5% acetoin is used.

一実施形態においては、約0.1~5%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.1~4%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.1~3%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.1~2%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.1~1%のアセトインを使用する。別の一実施形態においては、約0.1~0.5%のアセトインを使用する。 In one embodiment, about 0.1-5% acetoin is used. In another embodiment, about 0.1-4% acetoin is used. In another embodiment, about 0.1-3% acetoin is used. In another embodiment, about 0.1-2% acetoin is used. In another embodiment, about 0.1-1% acetoin is used. In another embodiment, about 0.1-0.5% acetoin is used.

本発明のこの態様の共培養物を、有益な細菌とバイオフィルム生成細菌の両方を取り込むバイオフィルムを生成するのに十分な時間増殖させる。 The co-culture of this aspect of the invention is grown for a period of time sufficient to produce a biofilm that incorporates both beneficial and biofilm-forming bacteria.

一実施形態によれば、共培養物を有益な細菌の最大定常増殖期まで増殖させ、最大バイオフィルム生成を得るために、その時点で回収することができる。 According to one embodiment, the co-culture is grown to the maximum stationary growth phase of beneficial bacteria, at which point it can be harvested for maximum biofilm production.

別の一実施形態によれば、共培養物をバイオフィルム生成細菌の最大定常増殖期まで増殖させ、最大バイオフィルム生成を得るために、その時点で回収することができる。 According to another embodiment, the co-culture can be grown to the maximum stationary growth phase of the biofilm-forming bacteria, at which point it can be harvested for maximal biofilm production.

したがって、細菌は、少なくとも3時間、少なくとも6時間、少なくとも12時間、少なくとも24時間、2日間、3日間、4日間、5日間、6日間、7日間又はそれ以上培養することができる。一実施形態においては、細菌は、1週間、2週間、3週間、4週間、5週間又は6週間より長くは培養しない。 Accordingly, the bacteria can be cultured for at least 3 hours, at least 6 hours, at least 12 hours, at least 24 hours, 2 days, 3 days, 4 days, 5 days, 6 days, 7 days or more. In one embodiment, the bacteria are not cultured for longer than 1 week, 2 weeks, 3 weeks, 4 weeks, 5 weeks or 6 weeks.

十分な量の有益な細菌が増殖したら(且つバイオフィルムに封入されたら)、バイオフィルムを回収する(すなわち、増殖基質から取り出す)。 Once a sufficient amount of beneficial bacteria have grown (and become encapsulated in the biofilm), the biofilm is harvested (ie, removed from the growth substrate).

増殖基質から単離後、バイオフィルム(及び/又はその中に取り込まれた細菌)を乾燥(すなわち、脱水)、凍結、噴霧乾燥又は凍結乾燥することができる。好ましくは、バイオフィルムは、細菌の生存能を維持するように処理する。 After isolation from the growth substrate, the biofilm (and/or bacteria incorporated therein) can be dried (ie, dehydrated), frozen, spray-dried, or freeze-dried. Preferably, the biofilm is treated to maintain bacterial viability.

したがって、本発明の別の一態様によれば、本明細書に記載の方法によって得ることができる細菌組成物を提供する。 Therefore, according to another aspect of the invention, there is provided a bacterial composition obtainable by the method described herein.

バイオフィルム生成細菌は、細菌組成物中に、細菌組成物(例えば、プロバイオティック組成物)1グラム当たり10~1015コロニー形成単位で存在する。 Biofilm forming bacteria are present in the bacterial composition at 10 3 to 10 15 colony forming units per gram of bacterial composition (eg, probiotic composition).

組成物中の非細胞材料(例えば、菌体外多糖及び/又はアミロイド線維)の量(重量)は、細胞材料(例えば、細菌細胞)の量(重量)よりも多くすることができる。例えば、組成物中の非細胞材料(例えば、菌体外多糖及び/又はアミロイド線維)の重量を組成物中の細胞材料(例えば、細菌細胞)の重量よりも少なくとも5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%又は100%多くすることができる。 The amount (by weight) of non-cellular material (eg, exopolysaccharide and/or amyloid fibrils) in the composition can be greater than the amount (by weight) of cellular material (eg, bacterial cells). For example, the weight of non-cellular material (e.g., exopolysaccharide and/or amyloid fibrils) in the composition is at least 5%, 10%, 20% greater than the weight of cellular material (e.g., bacterial cells) in the composition. , 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or 100% more.

組成物中の非細胞材料(例えば、菌体外多糖及び/又はアミロイド線維)の量(重量)は、細胞材料(例えば、細菌細胞)の量(重量)よりも少なくすることができる。例えば、組成物中の細胞材料(例えば、細菌細胞)の重量を組成物中の非細胞材料(例えば、菌体外多糖及び/又はアミロイド線維)の重量よりも少なくとも5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%又は100%多くすることができる。 The amount (weight) of non-cellular material (eg, exopolysaccharide and/or amyloid fibrils) in the composition can be less than the amount (weight) of cellular material (eg, bacterial cells). For example, the weight of cellular material (e.g., bacterial cells) in the composition is at least 5%, 10%, 20% greater than the weight of non-cellular material (e.g., exopolysaccharide and/or amyloid fibrils) in the composition. , 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or 100% more.

したがって、本明細書に記載の組成物における非細胞材料(例えば、菌体外多糖):細菌細胞の重量比は、99:1~1:99とすることができる。一部の実施形態においては、本明細書に記載の組成物における非細胞材料(例えば、菌体外多糖):細菌細胞の重量比は、99:1~50:50とすることができる。一部の実施形態においては、本明細書に記載の組成物における非細胞材料(例えば、菌体外多糖):細菌細胞の重量比は、99:1~70:30とすることができる。 Thus, the weight ratio of non-cellular material (eg, exopolysaccharide):bacterial cells in the compositions described herein can be from 99:1 to 1:99. In some embodiments, the weight ratio of non-cellular material (eg, exopolysaccharide):bacterial cells in the compositions described herein can be from 99:1 to 50:50. In some embodiments, the weight ratio of non-cellular material (eg, exopolysaccharide):bacterial cells in the compositions described herein can be from 99:1 to 70:30.

一実施形態においては、細菌組成物は、プロバイオティック組成物である。 In one embodiment the bacterial composition is a probiotic composition.

一部の実施形態においては、プロバイオティック組成物は、最終生成物1グラム当たり約10~1015コロニー形成単位(「CFU」)のバイオフィルム生成微生物を含む。一部の実施形態においては、プロバイオティック組成物は、最終生成物1グラム当たり約10~約1014CFUのバイオフィルム生成微生物を含む。一部の実施形態においては、プロバイオティック組成物は、最終生成物1グラム当たり約10~約1015CFUのバイオフィルム生成微生物を含む。一部の実施形態においては、プロバイオティック組成物は、最終生成物1グラム当たり約10~1011コロニー形成単位のバイオフィルム生成微生物を含む。一部の実施形態においては、プロバイオティック組成物は、最終生成物1グラム当たり約10~約10コロニー形成単位のバイオフィルム生成微生物を含む。 In some embodiments, the probiotic composition comprises about 10 3 -10 15 colony forming units (“CFU”) of biofilm-forming microorganisms per gram of final product. In some embodiments, the probiotic composition comprises from about 10 4 to about 10 14 CFU of biofilm-forming microorganisms per gram of final product. In some embodiments, the probiotic composition comprises from about 10 5 to about 10 15 CFU of biofilm-forming microorganisms per gram of final product. In some embodiments, the probiotic composition comprises about 10 6 to 10 11 colony-forming units of biofilm-forming microorganisms per gram of final product. In some embodiments, the probiotic composition comprises about 10 2 to about 10 5 colony forming units of biofilm-forming microorganisms per gram of final product.

組成物中の有益な細菌の少なくとも20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%又はそれ以上が、生存可能である(すなわち、増殖する)ことを理解されたい。さらに、組成物中のバイオフィルム生成細菌の少なくとも20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%又はそれ以上が、生存可能である(すなわち、増殖する)。 Understand that at least 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or more of the beneficial bacteria in the composition are viable (i.e. grow) want to be Further, at least 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or more of the biofilm-forming bacteria in the composition are viable (i.e., grow) .

特定の一実施形態によれば、細菌組成物は、プロバイオティック組成物である。 According to one particular embodiment, the bacterial composition is a probiotic composition.

プロバイオティック組成物中に存在し得る例示的な有益な細菌は、(上述したように)Lactobacillus属に属するものである。 Exemplary beneficial bacteria that may be present in the probiotic composition belong to the genus Lactobacillus (as described above).

プロバイオティック組成物は、Bifidobacterium属菌などの、追加の有益な細菌を含むことができる。本発明のこの態様のプロバイオティック組成物中に存在し得る、企図されるBifidobacterium種としては、Bifidobacterium longum、Bifidobacterium bifidum、Bifidobacterium breve、Bifidobacterium infantis、Bifidobacterium adolecentis、Bifidobacterium lactis及びBifidobacterium animalisが挙げられるが、これらに限定されない。一部の実施形態においては、プロバイオティック組成物は、Lactobacillus属の種(例えば、Lactobacillus plantarum)と、以下のBifidobacterium longum、Bifidobacterium bifidum、Bifidobacterium breve、Bifidobacterium infantis、Bifidobacterium adolecentis、Bifidobacterium lactis及びBifidobacterium animalisから選択される少なくとも2種の微生物とを含む。 A probiotic composition can include additional beneficial bacteria, such as Bifidobacterium spp. Contemplated Bifidobacterium species that may be present in the probiotic compositions of this aspect of the invention include Bifidobacterium longum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium adolecentis, Bifidobacterium lactis and Bifidobacterium animalis, It is not limited to these. In some embodiments, the probiotic composition is from Lactobacillus species (e.g., Lactobacillus plantarum) and the following Bifidobacterium longum, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium adolecentis, Bifidobacterium lactis, and Bifidobacterium animalis. and at least two selected microorganisms.

一実施形態においては、本明細書で開示する細菌組成物は、組成物を哺乳動物の対象に投与するのに適した任意の形状である。一部の実施形態においては、組成物は錠剤、粉体又は液体の形状である。粉体として提供される場合、粉体を適切な液体(例えば、液体乳製品、果実又は野菜ジュース、混合果実又は野菜ジュース生成物など)と混合することが特に企図される。 In one embodiment, the bacterial compositions disclosed herein are in any form suitable for administering the composition to a mammalian subject. In some embodiments, the composition is in tablet, powder or liquid form. If provided as a powder, it is specifically contemplated to mix the powder with a suitable liquid (eg, liquid dairy products, fruit or vegetable juices, mixed fruit or vegetable juice products, etc.).

一部の実施形態においては、本明細書で開示する細菌組成物は、抗生物質投与の前、同時、又は後に、対象に投与される。共培養の条件は、有益な細菌が抗生物質の活性にさらされないように、生成するバイオフィルムが有益な細菌を体内で放出するようなものにすることができる。 In some embodiments, the bacterial compositions disclosed herein are administered to the subject prior to, concurrently with, or after antibiotic administration. The co-cultivation conditions can be such that the biofilm that forms releases the beneficial bacteria within the body so that the beneficial bacteria are not exposed to the activity of the antibiotic.

ある実施形態においては、本明細書に記載の細菌組成物を、局所投与用に、例えば、クリーム、ゲル、ローション、シャンプー、リンスとして処方する。細菌組成物は、皮膚又は頭皮に投与することができる。細菌組成物は、歯科用途に有用であり得る。こうした用途では、これらを歯肉に投与することができる。 In some embodiments, the bacterial compositions described herein are formulated for topical administration, eg, creams, gels, lotions, shampoos, rinses. The bacterial composition can be applied to the skin or scalp. Bacterial compositions can be useful in dental applications. In such applications, they can be administered gingivally.

一部の実施形態においては、本明細書に記載の組成物は食品に添加する。本明細書において「食品」という用語は、生物が取り込み可能な栄養素を含む任意の物質であって、その取り込みによって生物がエネルギーを生成し、健康及び快適性を増進し、成長を刺激し、生命を維持するためのものを指す。本明細書において「強化食品」という用語は、本明細書に記載の組成物を含む組成物を含有するように改変された食品であって、栄養素を供給するという基本的機能を越えて、健康/快適性増進及び/又は疾患の予防/軽減/処置といった利益をもたらす食品を指す。 In some embodiments, the compositions described herein are added to food. As used herein, the term "food" means any substance that contains nutrients that can be taken up by an organism, the uptake of which by the organism produces energy, promotes health and comfort, stimulates growth, and promotes life. It refers to something to maintain. As used herein, the term "fortified food" refers to food products that have been modified to contain compositions, including the compositions described herein, to provide health benefits beyond their basic function of supplying nutrients. / Refers to foods that provide benefits such as increased comfort and/or prevention/mitigation/treatment of disease.

プロバイオティック組成物は、任意の食品に添加することができる。例示的な食品としては、タンパク質粉末(シェイク食)、パン類(ケーキ、クッキー、クラッカー、パン、スコーン及びマフィン)、乳製品(チーズ、ヨーグルト、カスタード、ライスプディング、ムース、アイスクリーム、フローズンヨーグルト、フローズンカスタードを含むが、これらに限定されない)、デザート類(シャーベット、ソルベ、氷菓、グラニータ及び冷凍果実ピューレを含むが、これらに限定されない)、スプレッド/マーガリン、パスタ製品及び他の穀物製品、食事代替品、栄養バー、トレイルミックス、グラノーラ、飲料(スムージー、水又は乳製品飲料及び大豆系飲料を含むが、これらに限定されない)、並びにオートミールなどの朝食用穀物製品が挙げられるが、これらに限定されない。飲料の場合、本明細書に記載のプロバイオティック組成物は、溶液とすることができ、懸濁物、乳化物、又は固体として存在することができる。 A probiotic composition can be added to any food product. Exemplary foods include protein powders (shake meals), bakery items (cakes, cookies, crackers, bread, scones and muffins), dairy products (cheese, yogurt, custard, rice pudding, mousse, ice cream, frozen yogurt, desserts (including but not limited to sorbets, sorbets, ice creams, granitas and frozen fruit purees), spreads/margarines, pasta products and other grain products, meal replacements foods, nutrition bars, trail mixes, granola, beverages (including but not limited to smoothies, water or dairy drinks and soy-based beverages), and breakfast grain products such as oatmeal. . For beverages, the probiotic compositions described herein can be in solution and can be present as suspensions, emulsions or solids.

一実施形態においては、強化食品は、食事代替品である。本明細書において「食事代替品」という用語は、通常食の代わりに食べることを意図された強化食品を指す。食事の代替品とすることを意図した栄養バー及び飲料は、食事代替品の一種である。この用語は、体重減少又は体重管理計画の一部として食べられる食事代替製品、例えば、それ単独で食事全体を代替すること意図していないが、別のこうした製品と組み合わせて食事の代替とするか、あるいは計画への使用を意図した軽食類も含む。これら後者の製品は、一般に、カロリー含有量が1食あたり50~500キロカロリーである。 In one embodiment, the fortified food is a meal replacement. As used herein, the term "meal replacement" refers to fortified foods intended to be eaten in place of regular meals. Nutrition bars and beverages intended to be meal replacements are a type of meal replacement. The term refers to meal replacement products that are eaten as part of a weight loss or weight management regimen, e.g., are not intended to replace an entire meal by themselves, but may be combined with other such products to replace a meal. , or snacks intended for use in planning. These latter products generally have a caloric content of 50-500 kcal per serving.

別の一実施形態においては、食品は栄養補助食品である。本明細書において「栄養補助食品」という用語は、食事を補うことを意図した「食事成分」を含む、口から摂取される物質を指す。「食事成分」という用語は、本明細書に記載のプロバイオティック組成物を含む組成物、並びにビタミン、ミネラル、ハーブ又は他の植物性薬品、アミノ酸、及び酵素、器官組織、腺類(glandulars)、代謝産物などの物質を含むが、これらに限定されない。 In another embodiment the food product is a dietary supplement. As used herein, the term "dietary supplement" refers to substances taken by mouth, including "dietary ingredients" intended to supplement the diet. The term "dietary ingredient" includes any composition, including the probiotic composition described herein, as well as vitamins, minerals, herbal or other botanicals, amino acids, and enzymes, organ tissues, glandulars. , metabolites, and other substances.

更に別の一実施形態においては、食品は医療食品である。本明細書において「医療食品」という用語は、完全に医師の監視下で消費又は投与されるように処方されたものであり、認められた科学的原理に基づく特有の栄養要求量が医学的評価によって確立されている疾患又は症状に対する特定の食事療法に用いることを意図した、食品を意味する。 In yet another embodiment the food product is a medical food product. As used herein, the term "medical food" is any food formulated to be consumed or administered under the full supervision of a physician and whose specific nutritional requirements are based on accepted scientific principles. means a food intended for use in a specific diet for a disease or condition established by

動物飼料へのプロバイオティック微生物の添加が、動物の効率及び健康を向上させ得ることも確立された。具体例としては、米国特許第5,529,793号及び同5,534,271号に記述されたように、体重増加/飼料摂取比(飼料効率)の増加、1日の平均体重増加の向上、乳量の向上、及び乳牛による乳組成の向上が挙げられる。米国特許第7,063,836号に報告されたように、プロバイオティック生物の投与は、ウシにおける病原体の発生率も低下させることができる。 It has also been established that the addition of probiotic microorganisms to animal feed can improve animal efficiency and health. Examples include increased weight gain/feed intake ratio (feed efficiency), improved average daily weight gain, as described in U.S. Pat. Nos. 5,529,793 and 5,534,271. , improved milk yield, and improved milk composition by dairy cows. As reported in US Pat. No. 7,063,836, administration of probiotic organisms can also reduce pathogen incidence in cattle.

したがって、別の一実施形態によれば、本明細書に記載のプロバイオティック組成物を動物飼料に添加することができる。 Therefore, according to another embodiment, the probiotic compositions described herein can be added to animal feed.

一実施形態においては、プロバイオティック組成物は、下痢の発生率と重症度の低下及び/又は健康全般を考慮し、給餌期間を通じて、第一胃内、盲腸内又は腸内の細菌(fermentor)へ連続的又は周期的に投与するように設計する。この実施形態においては、プロバイオティック組成物を動物の第一胃、盲腸及び/又は腸に導入することができる。 In one embodiment, the probiotic composition is designed to reduce the incidence and severity of diarrhea and/or reduce the overall health of the ruminal, cecal or gut bacteria (fermentors) throughout the feeding period. designed to be administered continuously or periodically to In this embodiment, the probiotic composition can be introduced into the animal's rumen, cecum and/or intestine.

更に別の一実施形態においては、本明細書に記載のプロバイオティック組成物を医薬品又は組成物に加える。医薬組成物は、予防又は治療に有効な量の本明細書に記載の組成物と、一般には、1種以上の(以下で考察する)薬学的に許容される担体又は賦形剤とを含む。 In yet another embodiment, the probiotic composition described herein is added to a medicament or composition. Pharmaceutical compositions comprise a prophylactically or therapeutically effective amount of a composition described herein, and generally one or more pharmaceutically acceptable carriers or excipients (discussed below). .

本開示は、本明細書に記載の細菌組成物の処方を企図し、一部の実施形態においてそれは、粉末化、錠剤化、カプセル化されるか、又は経口投与用に処方されるものである。組成物は、医薬組成物、機能性食品組成物(例えば、栄養補助食品)、又は米国食品医薬品局によって定義された、食品若しくは飲料用の添加剤として提供することができる。上記組成物の剤形は、特に制限されない。例えば、溶液剤、懸濁液剤、乳濁液剤、錠剤、丸剤、カプセル剤、徐放性製剤、散剤、坐剤、リポソーム剤、微粒子剤、マイクロカプセル剤、無菌等張性水性緩衝液剤などがすべて適切な剤形として企図される。 The present disclosure contemplates formulation of the bacterial compositions described herein, which in some embodiments are powdered, tableted, encapsulated, or formulated for oral administration. . The composition can be provided as a pharmaceutical composition, a functional food composition (eg, a dietary supplement), or an additive for food or beverages as defined by the US Food and Drug Administration. The dosage form of the composition is not particularly limited. For example, solutions, suspensions, emulsions, tablets, pills, capsules, sustained-release preparations, powders, suppositories, liposomes, microparticles, microcapsules, sterile isotonic aqueous buffer solutions, etc. All are contemplated as suitable dosage forms.

組成物は、一般に、1種以上の適切な希釈剤、充填剤、塩、崩壊剤、結合剤、潤滑剤、流動化剤、湿潤剤、制御放出マトリックス、着色剤、香味剤、担体、賦形剤、バッファー、安定剤、可溶化剤、市販アジュバント、及び/又は当該技術分野で既知の他の添加剤を含む。 Compositions generally comprise one or more suitable diluents, fillers, salts, disintegrants, binders, lubricants, glidants, wetting agents, controlled release matrices, colorants, flavoring agents, carriers, excipients. agents, buffers, stabilizers, solubilizers, commercially available adjuvants, and/or other additives known in the art.

医薬ビヒクル、賦形剤又は媒体として機能する、任意の薬学的に許容される(すなわち、当該技術分野で知られている、無菌且つ無毒であると許容することのできる)液状、半固体状又は固体状の希釈剤を使用することができる。例示的な希釈剤としては、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート、ステアリン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、鉱油、カカオバター、及びカカオ脂、メチル及びプロピルヒドロキシベンゾアート、タルク、アルギナート、炭水化物、特にマンニトール、アルファラクトース、無水ラクトース、セルロース、スクロース、デキストロース、ソルビトール、改質デキストラン、アラビアゴム、並びにデンプンが挙げられるが、これらに限定されない。 Any pharmaceutically acceptable (i.e. acceptable to be sterile and non-toxic known in the art) liquid, semi-solid or Solid diluents can be used. Exemplary diluents include polyoxyethylene sorbitan monolaurate, magnesium stearate, calcium phosphate, mineral oil, cocoa butter and cocoa butter, methyl and propyl hydroxybenzoates, talc, alginates, carbohydrates, especially mannitol, alpha lactose, Non-limiting examples include anhydrous lactose, cellulose, sucrose, dextrose, sorbitol, modified dextran, gum arabic, and starch.

薬学的に許容される充填剤としては、例えば、ラクトース、微結晶セルロース、リン酸二カルシウム、リン酸三カルシウム、硫酸カルシウム、デキストロース、マンニトール及び/又はスクロースが挙げられる。三リン酸カルシウム、炭酸マグネシウム及び塩化ナトリウムを含めた塩を、医薬組成物の充填剤として使用することもできる。 Pharmaceutically acceptable fillers include, for example, lactose, microcrystalline cellulose, dicalcium phosphate, tricalcium phosphate, calcium sulfate, dextrose, mannitol and/or sucrose. Salts including calcium triphosphate, magnesium carbonate and sodium chloride can also be used as fillers in pharmaceutical compositions.

結合剤を使用して組成物をまとめて、硬質錠剤を形成することができる。例示的な結合剤としては、アラビアゴム、トラガカント、デンプン、ゼラチンなどの有機生成物由来の材料が挙げられる。他の適切な結合剤としては、メチルセルロース(MC)、エチルセルロース(EC)及びカルボキシメチルセルロース(CMC)が挙げられる。 Binders can be used to hold the composition together to form a hard tablet. Exemplary binders include materials of organic origin, such as gum arabic, tragacanth, starch, gelatin, and the like. Other suitable binders include methylcellulose (MC), ethylcellulose (EC) and carboxymethylcellulose (CMC).

一部の実施形態において強化食品は、体による1種又は複数種の吸着性天然物の吸収を増加させる作用を有する、生物学的利用能向上剤をさらに含む。生物学的利用能向上剤は、天然又は合成化合物とすることができる。一実施形態においては、本明細書に記載の組成物を含む強化食品は、1種又は複数種の生理活性天然物の生物学的利用能を高めるために、1種以上の生物学的利用能向上剤を更に含む。 In some embodiments, the fortified food product further comprises a bioavailability enhancer that acts to increase absorption of one or more adsorbable natural products by the body. Bioavailability-enhancing agents can be natural or synthetic compounds. In one embodiment, the fortified food product comprising the compositions described herein comprises one or more bioavailable bioactive natural products to enhance the bioavailability of one or more bioactive natural products. Further comprising an enhancer.

天然の生物学的利用能向上剤としては、ショウガ、キャラウェイ抽出物、コショウ抽出物及びキトサンが挙げられる。ショウガ中の活性化合物としては、6-ジンゲロール及び6-ショウガオールが挙げられる。キャラウェイ油を生物学的利用能向上剤として使用することもできる(米国特許出願公開第2003/022838号)。ピペリンは、生物学的利用能向上剤として作用するコショウ由来の化合物(Piper nigrum又はPiper longum)である(米国特許第5,744,161号参照)。ピペリンは、商品名Bioperine(登録商標)(ニュージャージー州、ピスカタウェイ、Sabinsa Corp.製)で商業的に入手可能である。一部の実施形態においては、天然の生物学的利用能向上剤は、強化食品の総重量に対して約0.02重量%~約0.6重量%の量で存在する。 Natural bioavailability enhancers include ginger, caraway extract, pepper extract and chitosan. Active compounds in ginger include 6-gingerol and 6-shogaol. Caraway oil can also be used as a bioavailability enhancer (US Patent Application Publication No. 2003/022838). Piperine is a pepper-derived compound (Piper nigrum or Piper longum) that acts as a bioavailability enhancer (see US Pat. No. 5,744,161). Piperine is commercially available under the tradename Bioperine® (Sabinsa Corp., Piscataway, NJ). In some embodiments, the natural bioavailability enhancer is present in an amount from about 0.02% to about 0.6% by weight based on the total weight of the fortified food.

適切な合成生物学的利用能向上剤の例としては、PEGエステルで構成された界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されない。このような界面活性剤としては、商品名Gelucire(登録商標)、Labrafil(登録商標)、Labrasol(登録商標)、Lauroglycol(登録商標)、Pleurol Oleique(登録商標)(ニュージャージー州、パラマス、Gattefosse Corp.製)及びCapmul(登録商標)(オハイオ州、コロンバス、Abitec Corp.製)として市販されるものなどが挙げられる。 Examples of suitable synthetic bioavailability enhancers include, but are not limited to, surfactants composed of PEG esters. Such surfactants include those available under the trade names Gelucire®, Labrafil®, Labrasol®, Lauroglycol®, Pleurol Oleique® (Gattefosse Corp., Paramus, NJ). (manufactured by Abitec Corp., Columbus, Ohio) and Capmul® (manufactured by Abitec Corp., Columbus, Ohio).

組成物の量及び投与計画は、投与の目的に関連する種々の因子、例えば、ヒト若しくは動物の年齢、性別、体重、ホルモンレベル、又はヒト若しくは動物の栄養必要量に基づく。一部の実施形態においては、組成物を哺乳動物対象に対して、約0.001mg/kg体重~約1g/kg体重の量で投与する。 The amount and dosing regimen of the composition is based on a variety of factors relevant to the purpose of administration, such as the age, sex, weight, hormone levels of the human or animal, or nutritional requirements of the human or animal. In some embodiments, the composition is administered to a mammalian subject in an amount of about 0.001 mg/kg body weight to about 1 g/kg body weight.

典型的な投薬計画は、組成物の複数回投与を含むことができる。一実施形態においては、組成物を1日1回投与する。組成物は、個体にいつでも投与することができる。一部の実施形態においては、組成物を食事の摂取と同時に、又は摂取前に、又は摂取時に投与する。 A typical dosing regimen may comprise multiple doses of the composition. In one embodiment, the composition is administered once daily. The composition can be administered to the individual at any time. In some embodiments, the composition is administered concurrently with, prior to, or at the time of ingestion of a meal.

一部の実施形態においては、本発明の本態様の細菌組成物は、農産物用として処方される。細菌組成物は、土壌、植物成長培地などの農業用担体に添加することができる。使用することができる他の農業用担体としては、肥料、植物油、保水剤又はこれらの組合せが挙げられる。あるいは、農業用担体は、珪藻土、ローム、シリカ、アルギナート、クレイ、ベントナイト、バーミキュライト、さく(seed case)、他の植物及び動物生成物などの固体、又は顆粒、ペレット若しくは懸濁物を含めた組合せとすることができる。上記成分のいずれかの混合物もローム、砂又はクレイ中のペスタ(pesta)(小麦粉及びカオリンクレイ)、寒天又は小麦粉ベースのペレットなど、ただしこれらに限定されない担体として企図される。製剤は、オオムギ、米、又は種、葉、根、植物要素、サトウキビバガス、穀物加工からの外皮若しくは柄、建築現場廃棄物からの粉砕植物材料若しくは木、紙、織物若しくは木のリサイクリングからのおがくず若しくは小繊維などの他の生物学的材料などの培養生物の食物源を含むことができる。他の適切な製剤も当業者には既知であろう。 In some embodiments, the bacterial composition of this aspect of the invention is formulated for agricultural use. Bacterial compositions can be added to agricultural carriers such as soil and plant growth media. Other agricultural carriers that can be used include fertilizers, vegetable oils, water retention agents, or combinations thereof. Alternatively, the agricultural carrier is solid such as diatomaceous earth, loam, silica, alginate, clay, bentonite, vermiculite, seed case, other plant and animal products, or combinations including granules, pellets or suspensions. can be Mixtures of any of the above ingredients are also contemplated as carriers such as, but not limited to, pesta (wheat flour and kaolin clay) in loam, sand or clay, agar or flour-based pellets. Preparations may be barley, rice or seeds, leaves, roots, plant elements, sugar cane bagasse, hulls or stems from grain processing, crushed plant material from construction site waste or from wood, paper, textiles or wood recycling. Food sources for cultured organisms can be included such as sawdust or other biological material such as fibrils. Other suitable formulations will be known to those skilled in the art.

一実施形態においては、農業用処方は肥料を含む。好ましくは、肥料は、細菌組成物の生存率を20%、30%、40%、50%以上に低下させないものである。 In one embodiment, the agricultural formula includes fertilizer. Preferably, the fertilizer does not reduce the viability of the bacterial composition by more than 20%, 30%, 40%, 50%.

場合によっては、農業用処方は、除草剤、殺線虫剤、殺虫剤、植物成長調整剤、殺鼠剤、栄養素などの薬剤を含むことが有利である。こうした薬剤は、理想的には、製剤を適用する植物に適合したものである(例えば、植物の成長又は健康に有害であってはならない)。さらに、薬剤は、理想的には、ヒト、動物又は工業用途において、安全性に関する懸念を生じないものである(例えば、安全性の問題がない、又は化合物が十分に不安定であり、植物に由来する植物製品に含まれる化合物量は無視できる量である)。 In some cases, agricultural formulations advantageously contain agents such as herbicides, nematicides, insecticides, plant growth regulators, rodenticides, nutrients and the like. Such agents are ideally compatible with the plants to which they are applied (eg, should not be detrimental to plant growth or health). Furthermore, the drug should ideally not raise safety concerns for human, animal or industrial use (e.g. no safety issues or the compound is sufficiently unstable that it is The amount of the compound contained in the derived plant product is negligible).

本発明のバイオフィルムを含む農業用処方は、本発明のバイオフィルムに取り込まれた有益な細菌集団を、バイオフィルムの湿重量に対して、一般に、約0.1~95重量%、例えば、約1%~90%、約3%~75%、約5%~60%、約10%~50%含む。製剤は、処方1ml当たり少なくとも約10CFU若しくは芽胞、処方1ml当たり少なくとも約10CFU若しくは芽胞、処方1ml当たり少なくとも約10CFU若しくは芽胞、処方1ml当たり少なくとも約10CFU若しくは芽胞、処方1ml当たり少なくとも約10CFU若しくは芽胞、又は処方1ml当たり少なくとも約10CFU若しくは芽胞を含むことが好ましい。 Agricultural formulations comprising the biofilms of the present invention generally contain a beneficial population of bacteria incorporated into the biofilms of the present invention from about 0.1 to 95% by weight, based on the wet weight of the biofilm, for example about 1%-90%, about 3%-75%, about 5%-60%, about 10%-50%. The formulation contains at least about 10 2 CFU or spores per ml of formulation; at least about 10 3 CFU or spores per ml of formulation; at least about 10 4 CFU or spores per ml of formulation; at least about 10 5 CFU or spores per ml of formulation; It preferably contains at least about 10 6 CFU or spores, or at least about 10 7 CFU or spores per ml of formulation.

本発明者らは、本開示の農業用組成物が、植物の成長を促進する薬剤を更に含む製品に含まれ得ることも企図する。 The inventors also contemplate that the agricultural compositions of this disclosure may be included in products that further include agents that promote plant growth.

薬剤は、バイオフィルムと一緒に単一の組成物中に処方することができる。又は、別々ではあるが単一の容器に包装することができる。 The agent can be formulated together with the biofilm into a single composition. Alternatively, they can be packaged in separate but single containers.

適切な薬剤については上述した。他の適切な薬剤としては、以下に更に記述するように、肥料、殺虫剤(除草剤、抗線虫薬、殺真菌剤及び/又は殺虫剤)、植物成長調整剤、殺鼠剤及び栄養素が挙げられる。 Suitable agents are described above. Other suitable agents include fertilizers, pesticides (herbicides, nematicides, fungicides and/or insecticides), plant growth regulators, rodenticides and nutrients, as further described below.

一実施形態においては、植物の成長を促進する薬剤は、抗菌活性がない。 In one embodiment, the plant growth promoting agent has no antimicrobial activity.

本明細書で使用する「約」は、±10%を指す。 As used herein, "about" refers to ±10%.

用語「含む(comprises)」、「含む(comprising)」、「含む(includes)」、「含む(including)」、「有する(having)」及びその活用形は、「限定されるものではないが、含む(including but not limited to)」を意味する。 The terms "comprises," "comprising," "includes," "including," "having," and conjugations thereof include, but are not limited to, means including but not limited to.

「からなる」という用語は、「含み、限定される」ことを意味する。 The term "consisting of" means "including and limited to."

「から実質的になる」という用語は、組成物、方法又は構造が追加の成分、工程及び/又は部分を含み得ることを意味する。但しこれは、追加の成分、工程及び/又は部分が、請求項に記載の組成物、方法又は構造の基本的かつ新規な特性を実質的に変更しない場合に限られる。 The term "consisting essentially of" means that the composition, method or structure may contain additional components, steps and/or moieties. This is so long as the additional ingredients, steps and/or parts do not materially alter the basic and novel characteristics of the claimed compositions, methods or structures.

本明細書において、単数形を表す「a」、「an」及び「the」は、文脈が明らかに他を示さない限り、複数をも対象とする。例えば、「化合物(a compound)」又は「少なくとも1種の化合物」には、複数の化合物が含まれ、これらの混合物をも含み得る。 As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" refer to the plural unless the context clearly dictates otherwise. For example, reference to "a compound" or "at least one compound" includes multiple compounds and can include mixtures thereof.

本願全体を通して、本発明のさまざまな実施形態は、範囲形式にて示され得る。範囲形式での記載は、単に利便性及び簡潔さのためであり、本発明の範囲の柔軟性を欠く制限ではないことを理解されたい。したがって、範囲の記載は、可能な下位の範囲の全部、及びその範囲内の個々の数値を特異的に開示していると考えるべきである。例えば、1~6といった範囲の記載は、1~3、1~4、1~5、2~4、2~6、3~6等の部分範囲のみならず、その範囲内の個々の数値、例えば1、2、3、4、5及び6も具体的に開示するものとする。これは、範囲の大きさに関わらず適用される。 Throughout this application, various embodiments of this invention can be presented in a range format. It should be understood that the description in range format is merely for convenience and brevity and is not an inflexible limitation on the scope of the invention. Accordingly, the description of a range should be considered to have specifically disclosed all the possible subranges as well as individual numerical values within that range. For example, the description of a range such as 1 to 6 includes not only partial ranges such as 1 to 3, 1 to 4, 1 to 5, 2 to 4, 2 to 6, 3 to 6, but also individual numerical values within that range, For example, 1, 2, 3, 4, 5 and 6 are also specifically disclosed. This applies regardless of the size of the range.

本明細書において数値範囲を示す場合、それは常に示す範囲内の任意の引用数(分数又は整数)を含むことを意図する。第1の指示数と第2の指示数「との間の範囲」という表現と、第1の指示数「から」第2の指示数「までの範囲」という表現は、本明細書で代替可能に使用され、第1の指示数及び第2の指示数と、これらの間の分数及び整数の全部を含むことを意図する。 Whenever a numerical range is indicated herein, it is intended to include any cited number (fractional or integral) within the indicated range. The phrases "range between" a first indicated number and a second indicated number and "range to" a first indicated number "to" a second indicated number are interchangeable herein. is intended to include the first index number and the second index number and all fractions and integers therebetween.

本明細書で使用する「方法」という用語は、所定の課題を達成するための様式、手段、技術及び手順を意味し、化学、薬理学、生物学、生化学及び医療の各分野の従事者に既知のもの、又は既知の様式、手段、技術及び手順から従事者が容易に開発できるものが含まれるが、これらに限定されない。 As used herein, the term "method" means a modality, means, technique or procedure for accomplishing a given task and can be used by practitioners in the fields of chemistry, pharmacology, biology, biochemistry and medicine. or can be readily developed by the practitioner from known modalities, means, techniques and procedures.

異常な活性、疾病又は病態と関連して本明細書で使用する「治療する」という用語は、病態の進行の抑止、実質的な阻害、遅延又は逆転、病態の臨床的又は審美的な症状の実質的な寛解、あるいは病態の臨床的又は審美的な症状の悪化の実質的な予防を含む。 The term "treating" as used herein in connection with an abnormal activity, disease or condition includes arresting, substantially inhibiting, slowing or reversing the progression of the condition, reducing clinical or aesthetic symptoms of the condition. It includes substantial remission or substantial prevention of worsening of the clinical or aesthetic symptoms of the condition.

明確さのために別個の実施形態に関連して記載した本発明の所定の特徴はまた、1つの実施形態において、これら特徴を組み合わせて提供され得ることを理解されたい。逆に、簡潔さのために1つの実施形態に関連して記載した本発明の複数の特徴はまた、別々に、又は任意の好適な部分的な組み合わせ、又は適当な他の記載された実施形態に対しても提供され得る。さまざまな実施形態に関連して記載される所定の特徴は、その要素なしでは特定の実施形態が動作不能でない限り、その実施形態の必須要件であると捉えてはならない。 It should be understood that certain features of the invention that are, for clarity, described in the context of separate embodiments, can also be provided in combination in a single embodiment. Conversely, several features of the invention, which are, for brevity, described in the context of a single embodiment, may also be combined separately or in any suitable subcombination or other suitable described embodiment. can also be provided for Certain features described in association with various embodiments should not be construed as essential requirements of that embodiment, unless that particular embodiment is inoperable without that element.

上述したように、本明細書に記載され、特許請求の範囲に請求される本発明のさまざまな実施形態及び態様は、以下の実施例によって実験的に支持されるものである。 As noted above, the various embodiments and aspects of the invention described and claimed herein find experimental support in the following examples.

ここで、上記の記載と共に本発明を限定することなく説明する、以下の実施例に参照する。 Reference is now made to the following examples which, together with the above description, illustrate but do not limit the invention.

一般に、本明細書で使用する命名法及び本発明で利用する実験手順は、分子的技術、生化学的技術、微生物学的技術及び組換えDNA技術を含む。こうした技術は、文献に十分に説明されている。例えば、「Molecular Cloning: A laboratory Manual」Sambrook et al., (1989);「Current Protocols in Molecular Biology」Volumes I-III Ausubel, R. M., ed. (1994);Ausubel et al., 「Current Protocols in Molecular Biology」, John Wiley and Sons, Baltimore, Maryland (1989);Perbal, 「A Practical Guide to Molecular Cloning」, John Wiley & Sons, New York (1988);Watson et al., 「Recombinant DNA」, Scientific American Books, New York;Birren et al. (eds) 「Genome Analysis: A Laboratory Manual Series」, Vols. 1-4, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York (1998);米国特許第4,666,828号、同4,683,202号、同4,801,531号、同5,192,659号及び同5,272,057号に記載の方法;「Cell Biology: A Laboratory Handbook」, Volumes I-III Cellis, J. E., ed. (1994);「Culture of Animal Cells - A Manual of Basic Technique」by Freshney, Wiley-Liss, N. Y. (1994), Third Edition;「Current Protocols in Immunology」Volumes I-III Coligan J. E., ed. (1994);Stites et al. (eds), 「Basic and Clinical Immunology」(8th Edition), Appleton & Lange, Norwalk, CT (1994);Mishell and Shiigi (eds), 「Selected Methods in Cellular Immunology」, W. H. Freeman and Co., New York (1980)を参照されたい。利用可能な免疫測定法は、特許及び科学文献に広範に記載されており、例えば、米国特許第3,791,932号、同3,839,153号、同3,850,752号、同3,850,578号、同3,853,987号、同3,867,517号、同3,879,262号、同3,901,654号、同3,935,074号、同3,984,533号、同3,996,345号、同4,034,074号、同4,098,876号、同4,879,219号、同5,011,771号及び同5,281,521号、「Oligonucleotide Synthesis」Gait, M. J., ed. (1984);「Nucleic Acid Hybridization」Hames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1985);「Transcription and Translation」Hames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1984);「Animal Cell Culture」Freshney, R. I., ed. (1986);「Immobilized Cells and Enzymes」IRL Press, (1986);「A Practical Guide to Molecular Cloning」Perbal, B., (1984) and 「Methods in Enzymology」Vol. 1-317, Academic Press;「PCR Protocols: A Guide To Methods And Applications」, Academic Press, San Diego, CA (1990);Marshak et al., 「Strategies for Protein Purification and Characterization - A Laboratory Course Manual」CSHL Press (1996)を参照されたい。これらすべてを本明細書に完全に記載されたが如く参照により本明細書に援用する。他の一般的な参考文献がこの文書全体を通して提供される。その中の手順は、当該技術分野でよく知られていると考えられ、読者の便宜のために提供される。その中に含まれるすべての情報を参照により本明細書に援用する。 In general, the nomenclature used herein and the laboratory procedures utilized in the present invention include molecular, biochemical, microbiological and recombinant DNA techniques. Such techniques are explained fully in the literature. See, for example, "Molecular Cloning: A laboratory Manual" Sambrook et al., (1989); "Current Protocols in Molecular Biology" Volumes I-III Ausubel, R. M., ed. (1994); Ausubel et al., "Current Protocols in Molecular Biology", John Wiley and Sons, Baltimore, Maryland (1989); Perbal, "A Practical Guide to Molecular Cloning", John Wiley & Sons, New York (1988); Watson et al., "Recombinant DNA", Scientific American Books , New York; Birren et al. (eds) "Genome Analysis: A Laboratory Manual Series", Vols. 1-4, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York (1998); 4,683,202, 4,801,531, 5,192,659 and 5,272,057; "Cell Biology: A Laboratory Handbook", Volumes I-III Cellis, J. E., ed. (1994); "Culture of Animal Cells - A Manual of Basic Technique" by Freshney, Wiley-Liss, N. Y. (1994), Third Edition; "Current Protocols in Immunology" Volumes I-III Coligan J. E., ed. (1994); Stites et al. (eds), "Basic and Clinical Immunology" (8th Edition), Appleton & Lange, Norwalk, CT (1994); Mishell and Shiigi (eds) , "Selected Methods in Cellular Immunology", W. H. Freeman and Co., New York (1980). Available immunoassays are extensively described in the patent and scientific literature, for example, US Pat. , 850,578, 3,853,987, 3,867,517, 3,879,262, 3,901,654, 3,935,074, 3,984 , 533, 3,996,345, 4,034,074, 4,098,876, 4,879,219, 5,011,771 and 5,281,521 vol., "Oligonucleotide Synthesis" Gait, M. J., ed. (1984); "Nucleic Acid Hybridization" Hames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1985); "Transcription and Translation" Hames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1984); "Animal Cell Culture" Freshney, R. I., ed. (1986); "Immobilized Cells and Enzymes" IRL Press, (1986); "A Practical Guide to Molecular Cloning" Perbal, B., (1984) and Methods in Enzymology" Vol. 1-317, Academic Press; "PCR Protocols: A Guide To Methods And Applications", Academic Press, San Diego, CA (1990); Marshak et al., "Strategies for Protein Purification and Characterization - A Laboratory Course Manual," CSHL Press (1996). All of which are incorporated herein by reference as if fully set forth herein. Other general references are provided throughout this document. The procedures therein are believed to be well known in the art and are provided for the convenience of the reader. All information contained therein is incorporated herein by reference.

バイオフィルムの形成
材料及び方法
株及び増殖条件: この研究に使用したプロバイオティック菌株はLactobacillus plantarumであった。この株を常法に従ってMRS(Man、Rogosa&Sharpe)ブロス、又は1.5%の寒天を用いて固化したMRSブロス(Difco(商標))で増殖させる。Bacillus subtilisの野性株であるNCIB3610及びその誘導体は、一般に、LB培地(1リットル当たり10gのトリプトン、5gの酵母エキス、5gのNaCl)のブロス又は1.5%の寒天で固化したLB培地中で培養する。これらの使用の前に、L. plantarum及びB. subtilisを硬質寒天板上でそれぞれ48時間又は終夜、どちらも37℃で増殖させた。各株のスターターカルチャーを単一の細菌コロニーを用いて調製し、L. plantarumは5mL MRSブロスに接種し、8時間、撹拌なしで培養、B. subtilisはLB培地に接種し、5時間、37℃、150rpmでOD600が約1.5に達するまで培養した。共培養実験では、pH7のMRS培地を使用した。というのは、それが、B. subtilisによるバイオフィルム形成を促進するのに有効であり、B. subtilisとプロバイオティック乳酸菌(LAB)の共培養に適切であることが判明したからである。B. subtilis細胞を等量のL. plantarum細胞と混合して、各株の最終濃度を10細胞/mLとし、次いでMRS培地 pH7で1:100に希釈した。混合培養中の細胞を好気的に37℃、50rpmで7~8時間インキュベートした。
Biofilm Formation Materials and Methods Strains and Growth Conditions: The probiotic strain used in this study was Lactobacillus plantarum. The strain is routinely grown in MRS (Man, Rogosa & Sharpe) broth or MRS broth solidified with 1.5% agar (Difco™). Bacillus subtilis wild strain NCIB3610 and its derivatives are generally grown in LB medium (10 g tryptone, 5 g yeast extract, 5 g NaCl per liter) in broth or 1.5% agar-solidified LB medium. culture. Prior to their use, L. plantarum and B. subtilis were grown on hard agar plates for 48 hours or overnight, respectively, both at 37°C. A starter culture of each strain was prepared using a single bacterial colony, L. plantarum was inoculated into 5 mL MRS broth and incubated for 8 hours without agitation, B. subtilis was inoculated into LB medium and incubated for 5 hours at 37 C. and 150 rpm until OD600 reached approximately 1.5. For co-culture experiments, pH 7 MRS medium was used. This is because it was found to be effective in promoting biofilm formation by B. subtilis and suitable for co-cultivation of B. subtilis and probiotic lactic acid bacteria (LAB). B. subtilis cells were mixed with an equal volume of L. plantarum cells to a final concentration of 10 8 cells/mL for each strain and then diluted 1:100 in MRS medium pH 7. Cells in mixed culture were incubated aerobically at 37° C., 50 rpm for 7-8 hours.

B. subtilisの単一種バイオフィルムを、MRS(Hy-lab)培地、又はLB培地を種々の比(1:5、1:2、5:1)で添加したMRS培地を用い、30℃で生成した。Bacillus株がバイオフィルムを形成する最適条件を決定するために、MRS培地のpHを1M NaOHを用いて6から8に徐々に上昇させた。この研究に使用したすべての株を表2に示す。これらは、別段の記載がない限り、同質遺伝子型である。 Single-species biofilms of B. subtilis were generated at 30° C. using MRS (Hy-lab) medium or MRS medium supplemented with LB medium at various ratios (1:5, 1:2, 5:1). bottom. To determine the optimal conditions for Bacillus strains to form biofilms, the pH of MRS medium was gradually increased from 6 to 8 using 1M NaOH. All strains used in this study are shown in Table 2. These are isogenic unless otherwise stated.

Figure 0007228533000007
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コロニー及びペリクルバイオフィルム形成の分析: コロニー構造の分析では、スターターカルチャー3μLをMRS寒天板又は対照LB培地上に滴下し、30℃で72時間インキュベートした。ペリクル形成の分析では、スターターカルチャーを12ウェルプレート中でMRSブロス又は対照LB培地3.5mLに1:100に希釈し、撹拌せずに30℃で48時間インキュベートした。画像をaxiocam ERc5sカメラを備えたZeiss Stemi2000-C顕微鏡(ドイツ、Zeiss社製)で撮影した。 Analysis of Colony and Pellicle Biofilm Formation: For analysis of colony structure, 3 μL of starter culture was spotted onto MRS agar plates or control LB medium and incubated at 30° C. for 72 hours. For analysis of pellicle formation, starter cultures were diluted 1:100 in 3.5 mL of MRS broth or control LB medium in 12-well plates and incubated at 30° C. for 48 hours without agitation. Images were taken with a Zeiss Stemi2000-C microscope (Zeiss, Germany) equipped with an axiocam ERc5s camera.

β-ガラクトシダーゼ分析: 細胞を、LB培地、MRS培地を種々の比(1:1、1:5及び5:1)で添加したLB培地、又はpH7に調節したMRS培地のいずれかの固形培地上で30℃で増殖させたコロニーから回収し、リン酸緩衝食塩水(PBS)溶液に再懸濁した。バイオフィルムコロニー中の典型的な束ねられた長い細胞鎖を軽い超音波処理によって破壊した。細胞試料の光学濃度(OD)は、OD600でPBSを1.0として正規化した。細菌細胞懸濁液1ミリリットルを回収し、標準手順に従って分析した。 β-galactosidase assay: Cells were plated on solid media, either LB medium, LB medium supplemented with MRS medium at various ratios (1:1, 1:5 and 5:1), or MRS medium adjusted to pH 7. were harvested from colonies grown at 30° C. and resuspended in phosphate-buffered saline (PBS) solution. Typical bundled long cell chains in biofilm colonies were disrupted by light sonication. Optical densities (OD) of cell samples were normalized to PBS as 1.0 at OD600 . One milliliter of bacterial cell suspension was collected and analyzed according to standard procedures.

共培養で増殖中のL. plantarumの増殖曲線分析: B. subtilis及びL. plantarumの終夜培養物をそれぞれLB培地又はMRS培地中で定常期まで増殖させ、pHの高い(最高7)改変MRSブロス25mLで1:100に希釈した。上述したように生成させた共培養試料を好気条件で37℃、150rpmで8時間増殖させた。B. subtilis及びL. plantarumの単一種培養物も調製し、対照試料として使用した。毎時、コロニー形成単位(CFU)カウント法による微生物カウントのために1mLを各培養物から回収した。CFUカウント法は、PBSバッファーを用いて適切な希釈物を作製し、これらをMRS寒天上で培養することによって実施した。プレートを好気的に37℃で48時間インキュベートした。 Growth curve analysis of L. plantarum growing in co-culture: Overnight cultures of B. subtilis and L. plantarum were grown to stationary phase in LB medium or MRS medium, respectively, and modified MRS broth with high pH (up to 7). Diluted 1:100 with 25 mL. Co-culture samples generated as described above were grown under aerobic conditions at 37° C. and 150 rpm for 8 hours. Monocultures of B. subtilis and L. plantarum were also prepared and used as control samples. Each hour, 1 mL was harvested from each culture for microbial count by colony forming unit (CFU) counting method. CFU counting was performed by making appropriate dilutions with PBS buffer and culturing these on MRS agar. Plates were incubated aerobically at 37° C. for 48 hours.

バイオフィルム形成細胞の共焦点レーザー走査型顕微鏡法(CLSM)による可視化: GFPを抑制するB. subtilis(YC161)又はCFPを抑制するB. subtilis(YC189)と一緒に、L. plantarum細胞を改変MRSブロス中で上述したように共培養により増殖させた。単一種培養物として増殖させた各細菌の細胞懸濁液を対照試料とした。各培養物1ミリリットルを回収し、5000rpmで2分間遠心分離した。上清を除去後、細胞をPBSバッファー1mLで洗浄し、次いで遠心分離(5000rpm2分間)後、同じバッファー100μlに再懸濁させた。各試料の5μlを顕微鏡用スライドガラス上に置き、透過光顕微鏡でノマルスキー微分干渉(DIC)を用いて可視化した。 Visualization of biofilm-forming cells by confocal laser scanning microscopy (CLSM): MRS modified L. plantarum cells together with B. subtilis (YC161) that suppresses GFP or B. subtilis (YC189) that suppresses CFP. Grow by co-culture as described above in broth. A cell suspension of each bacterium grown as a monoculture was used as a control sample. One milliliter of each culture was harvested and centrifuged at 5000 rpm for 2 minutes. After removing the supernatant, the cells were washed with 1 mL of PBS buffer, then centrifuged (5000 rpm for 2 minutes) and resuspended in 100 μl of the same buffer. 5 μl of each sample was placed on a glass microscope slide and visualized using Nomarski differential interference contrast (DIC) in a transmitted light microscope.

走査型電子顕微鏡(SEM)による分析: 上述したように増殖させた共培養細胞をポリリジン被覆スライドガラス上に終夜置いた。その後、スライドガラスをDDWで2回洗浄して、未結合の細胞及び培地の残りを除去した。スライドを4%ホルムアルデヒド40μlに暴露し、15分間室温でインキュベートした。スライドガラスをDDWで再度洗浄し、SEMで分析した。 Analysis by Scanning Electron Microscopy (SEM): Co-cultured cells grown as described above were plated on polylysine-coated glass slides overnight. The slides were then washed twice with DDW to remove unbound cells and media residues. Slides were exposed to 40 μl of 4% formaldehyde and incubated for 15 minutes at room temperature. The slides were washed again with DDW and analyzed by SEM.

冷熱処理後の生存率の分析: 上述したように生成した共培養試料を好気的に37℃及び50rpmで7~8時間増殖させた。単一培養物として増殖させたL. plantarum細胞を対照として使用した。試料を冷熱処理などの負荷試験に付した。試料を処理前後に採取し、超音波処理して、バイオフィルムの束を破壊し(時間:20秒、パルス:10秒、休止:5秒、Amp:30%)、MRS寒天板上でCFUカウントを行った。 Analysis of Viability After Cold Heat Treatment: Co-culture samples generated as described above were grown aerobically at 37° C. and 50 rpm for 7-8 hours. L. plantarum cells grown as monocultures were used as controls. The samples were subjected to load tests such as cold heat treatment. Samples were taken before and after treatment, sonicated to disrupt biofilm bundles (Time: 20 sec, Pulse: 10 sec, Pause: 5 sec, Amp: 30%) and CFU counts on MRS agar plates. did

インビトロ消化系内における移行時のL. plantarum生存率の分析: 胃腸管における移行中のL. plantarumの生存能を調べるために、L. plantarumの単一培養物及びB. subtilis細胞との共培養物の試料をインビトロ消化モデルを用いて4時間モニターした(Minekus et al., 2014)。消化の胃相をシミュレートするために、各試料の懸濁液の5mL等量を模擬胃液(SGF)と最終体積10mLとなるまで1:1で混合した。ブタのペプシン(SIGMA P9700)を最終消化混合物中で2000UmL-1となるように添加し、続いてCaClを添加して最終消化混合物中で0.075mMとした。pHを1M HClで3.0に低下させ、試料を磁気撹拌機を備えた水浴に37℃で2時間静置した。各試料を2つのチューブに分けて、各5mLとした。PMSF(フェニルメチルスルホニルフルオリド、SIGMA P7626)50μlを一方のチューブに添加して、反応を停止し、次いでL. plantarumの生存能を調べた。他方のチューブを次の消化相、すなわち腸として使用した。消化の腸相をシミュレートするために、胃糜粥2.5mLを模擬腸液(SIF)と1:1で混合して、最終体積を5mL以下とした。1M NaOHを添加して、混合物をpH7.0に中和し、最終混合物が以下の活性を示すように膵酵素を消化混合物に添加した:ブタトリプシン(SIGMA T0303)(100UmL-1)、ウシキモトリプシン(SIGMA C4129)(25UmL-1)、ブタ膵αアミラーゼ(SIGMA A3176)(200UmL-1)、ブタ膵リパーゼ(SIGAM L3126)(2000UmL-1)。さらに、胆汁酸塩(SIGMA T4009)を、最終混合物における最終濃度が10mMとなるように添加し、次いで試料を再度2.5時間インキュベートした。各試料の1ミリリットルを胃相及び腸相後に回収し、生存しているL. plantarum細胞の数を上述したようにCFUカウント法で測定した。 Analysis of L. plantarum viability during migration in the in vitro digestive system: L. plantarum monocultures and co-cultures with B. subtilis cells to examine the viability of L. plantarum during migration in the gastrointestinal tract. A sample of the product was monitored for 4 hours using an in vitro digestion model (Minekus et al., 2014). To simulate the gastric phase of digestion, a 5 mL aliquot of each sample suspension was mixed 1:1 with simulated gastric fluid (SGF) to a final volume of 10 mL. Porcine pepsin (SIGMA P9700) was added to 2000 UmL −1 in the final digestion mixture, followed by CaCl 2 to 0.075 mM in the final digestion mixture. The pH was lowered to 3.0 with 1M HCl and the sample was placed in a water bath with a magnetic stirrer for 2 hours at 37°C. Each sample was divided into two tubes of 5 mL each. 50 μl of PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride, SIGMA P7626) was added to one tube to stop the reaction and then examined for viability of L. plantarum. The other tube was used as the next digestive phase, the intestine. To simulate the intestinal phase of digestion, 2.5 mL of gastric chyme was mixed 1:1 with simulated intestinal fluid (SIF) to a final volume of 5 mL or less. 1M NaOH was added to neutralize the mixture to pH 7.0 and pancreatic enzymes were added to the digestion mixture such that the final mixture exhibited the following activities: porcine trypsin (SIGMA T0303) (100 UmL −1 ), bovine chymotrypsin. (SIGMA C4129) (25 UmL −1 ), porcine pancreatic α-amylase (SIGMA A3176) (200 UmL −1 ), porcine pancreatic lipase (SIGAM L3126) (2000 UmL −1 ). Additionally, bile salts (SIGMA T4009) were added to a final concentration of 10 mM in the final mixture, then the samples were incubated again for 2.5 hours. One milliliter of each sample was collected after gastric and intestinal phases and the number of viable L. plantarum cells was determined by CFU counting as described above.

結果
共培養におけるB. subtilisとL. plantarumの相互増殖用システムの開発
バイオフィルムは、細胞外基質の産生によって、種々の好ましくない環境条件に対して高い耐性を示すことが以前に示されている(Friedman, Kolter, & Branda, 2005)。したがって、本発明者らは、堅牢なバイオフィルムを形成する細菌であるB. subtilisによって産生される細胞外基質が、共培養バイオフィルム系中で、プロバイオティック細菌などの他の種に対して強化された保護を提供し得ると仮定した。このために、L. plantarumとB. subtilisとを共培養で増殖することができる専用培地を開発した。MRS培地のpHをpH7に変更することによって、これらの細菌を共培養で増殖できることを見いだした。図13に示すように、共培養は、L. plantarum及びB. subtilisの増殖に影響せず(純粋培養におけるこれらの増殖に比べて)、これらの細菌間で所与の条件において拮抗的な相互作用がないことを示している。驚くべきことに、MRS培地の改変はB. subtilisによる強力なバイオフィルム形成を促進することを見いだした(図2)。B. subtilisは酸性pHに対して感受性が高いと思われるので、Bacillus増殖に適したpH値を見つけるために、共培養に使用するMRS培地のpHを徐々に上昇させた。pHを6から8に増加させると、コロニーとペリクルバイオフィルムの両方のバイオフィルム表現型の堅牢性がそれに比例して増加した(図2)。pHを6に調節すると、固体MRS培地上で弱い増殖が見られ、液体培地中では増殖しなかった。pHを6.5に調節すると、固体と液体の両方のMRS培地における細菌増殖が観察されただけでなく、驚くべきことに、固形培地上のバイオフィルム形成の開始も観察された。pHを7及び8に増加させると、両方の増殖構成で極めて堅牢なバイオフィルム表現型が観察された。次に、B. subtilisの増殖速度をpH7のMRS培地と、LB培地とで比較した。図13に見られるように、MRS培地においては、微生物増殖の最初にLB培地よりも小さな遅延が認められた。しかし、MRS培地中でのB. subtilis細胞については、その後にLB培地よりも高い速度の増殖が認められた。
Results Development of a system for interproliferation of B. subtilis and L. plantarum in co-culture Biofilms have previously been shown to be highly resistant to a variety of unfavorable environmental conditions through the production of extracellular matrix. (Friedman, Kolter, & Branda, 2005). Thus, we believe that the extracellular matrix produced by B. subtilis, a robust biofilm-forming bacterium, may be useful against other species, such as probiotic bacteria, in co-culture biofilm systems. hypothesized that it could provide enhanced protection. To this end, we developed a specialized medium that allows L. plantarum and B. subtilis to grow in co-culture. We found that these bacteria could be grown in co-culture by changing the pH of the MRS medium to pH 7. As shown in Figure 13, co-cultivation did not affect the growth of L. plantarum and B. subtilis (compared to their growth in pure cultures) and there was an antagonistic interaction between these bacteria in the given conditions. indicates no effect. Surprisingly, we found that modification of MRS medium promoted strong biofilm formation by B. subtilis (Fig. 2). Since B. subtilis appears to be sensitive to acidic pH, the pH of the MRS medium used for co-cultivation was gradually increased in order to find a suitable pH value for Bacillus growth. Increasing the pH from 6 to 8 proportionally increased the robustness of the biofilm phenotype of both colony and pellicle biofilms (Fig. 2). When the pH was adjusted to 6, weak growth was seen on solid MRS medium and no growth in liquid medium. When the pH was adjusted to 6.5, not only was bacterial growth observed on both solid and liquid MRS media, but surprisingly, initiation of biofilm formation on solid media was also observed. As the pH was increased to 7 and 8, a very robust biofilm phenotype was observed in both growth configurations. Next, the growth rate of B. subtilis was compared between pH 7 MRS medium and LB medium. As seen in FIG. 13, a smaller delay in the beginning of microbial growth was observed in MRS medium than in LB medium. However, a higher rate of growth was subsequently observed for B. subtilis cells in MRS medium than in LB medium.

改変MRS培地は、バイオフィルム形成及びKinD-Spo0A経路を介した基質遺伝子発現を促進する
バイオフィルム発生及び基質遺伝子発現を促進するMRS培地の可能性を評価するために、(B. subtilisの培養に通常使用する)LB培地に、種々の量のMRS培地(1:1、1:5及び5:1)を添加した。バイオフィルム表現型とMRS培地濃度の増加との正比例相関が示された(図3)。tapAオペロン及びepsオペロンを用いるB. subtilisによる基質遺伝子の発現に対する、MRS培地濃度増加の効果についても調べた。というのは、上記オペロンの生成物が細胞外基質の主成分であるからである。tapAの発現はLB培地中のMRS培地濃度に比例して増加することを見いだした(図4A~B)。epsの発現は、最高80%MRS培地までMRS培地の濃度に比例して増加し、100%で発現の減少を検出した(図5A~B)。
Modified MRS medium promotes biofilm formation and substrate gene expression via the KinD-Spo0A pathway. LB medium (usually used) was supplemented with various amounts of MRS medium (1:1, 1:5 and 5:1). A direct proportional correlation between biofilm phenotype and increasing MRS medium concentration was demonstrated (Fig. 3). The effect of increasing MRS medium concentration on the expression of substrate genes by B. subtilis using the tapA and eps operons was also examined. This is because the products of these operons are the major components of the extracellular matrix. We found that tapA expression increased in proportion to MRS medium concentration in LB medium (FIGS. 4A-B). Expression of eps increased proportionally with the concentration of MRS medium up to 80% MRS medium, and a decrease in expression was detected at 100% (FIGS. 5A-B).

次に、本発明者らは、B. subtilisについて既報のKin-Spo0A経路を介してMRS培地がバイオフィルム形成を誘発するかどうかを判定した(Shemesh and Chai, 2013 Journal of Bacteriology, 2013, Vol 195, No.12 pages 2747-2754)。彼らは、種々のB. subtilis変異体によるバイオフィルム形成(ΔkinA、ΔkinB、ΔkinC、ΔkinD、ΔkinE、ΔkinAB、ΔkinCD、Δspo0A、ΔepsΔtasA)又はバイオフィルムの過剰産生(ΔabrB)について試験した。まず、バイオフィルム形成を誘導する環境シグナルの感知を担うヒスチジンキナーゼが欠乏した変異体のバイオフィルム表現型を決定した。いずれかのキナーゼの単一変異体はバイオフィルム表現型の重要な欠損を示さないが、ΔkinC及びΔkinD変異体が対照に比べてバイオフィルム形成のわずかな減少を示すことを見いだした(図14)。しかし、ΔkinCD二重変異体は、バイオフィルム表現型が全く消滅した(図5A)。一方、ΔkinABの二重変異はバイオフィルム形成を防止しないが、バイオフィルム表現型に何らかの変化が認められた(コロニー型バイオフィルムの場合)。主要転写制御因子spo0Aの変異並びにeps及びtasAの二重変異は、バイオフィルム形成を十分に消滅させた(図5A)。転写抑制因子ΔabrBの変異は、対照WT細胞に比べて、バイオフィルム形成の更なる増加を生じることはなかった(図5B)。この結果は、改変MRS培地におけるB. subtilisWT細胞の増殖中の基質産生の劇的な増加を再度強調するものである。 Next, we determined whether MRS medium induces biofilm formation via the Kin-SpoOA pathway previously reported for B. subtilis (Shemesh and Chai, 2013 Journal of Bacteriology, 2013, Vol 195 , No. 12 pages 2747-2754). They tested biofilm formation (ΔkinA, ΔkinB, ΔkinC, ΔkinD, ΔkinE, ΔkinAB, ΔkinCD, ΔspoOA, ΔepsΔtasA) or biofilm overproduction (ΔabrB) by different B. subtilis mutants. First, we determined the biofilm phenotype of mutants lacking histidine kinase, which is responsible for sensing environmental signals that induce biofilm formation. Although single mutants of either kinase showed no significant defect in the biofilm phenotype, we found that the ΔkinC and ΔkinD mutants showed a slight reduction in biofilm formation compared to controls (Figure 14). . However, the ΔkinCD double mutant completely abolished the biofilm phenotype (Fig. 5A). On the other hand, double mutation of ΔkinAB did not prevent biofilm formation, but some changes in biofilm phenotype were observed (for colony-type biofilms). Mutation of the key transcription factor spo0A and double mutation of eps and tasA fully abolished biofilm formation (Fig. 5A). Mutation of the transcriptional repressor ΔabrB did not result in a further increase in biofilm formation compared to control WT cells (Fig. 5B). This result again emphasizes the dramatic increase in substrate production during growth of B. subtilis WT cells in modified MRS medium.

MRS培地のバイオフィルム促進効果がBacillus種間で保存されるかどうかを調べるために、別のB. subtilis株及び別のBacillus種を試験した。しわの寄ったコロニー(図6)及び堅牢な浮遊ペリクル(図7)によって判断したところ、バイオフィルム促進効果が見られた。 To determine whether the biofilm-promoting effect of MRS medium is conserved among Bacillus species, another B. subtilis strain and another Bacillus species were tested. A biofilm promoting effect was seen as judged by wrinkled colonies (Fig. 6) and rigid floating pellicles (Fig. 7).

B. subtilisとL. plantarumの共培養増殖は、二重種バイオフィルム発生という結果になる
改変MRS培地を使用して、GFPを恒常的に発現する蛍光標識B. subtilis細胞(YC161)をL. plantarum細胞と一緒に共培養することによって、二重種バイオフィルムを調べた。生成したバイオフィルムをCLSMを用いて可視化した。図8A(上段)に見られるように、生成したバイオフィルムは、蛍光細胞と非蛍光細胞の両方からなった。L. plantarum細胞は、互いに結合してバイオフィルム関連構造(束)を形成するB. subtilis細胞で包囲された。これは更に図8Bで説明する。図8Bは、LBGM培地中のB. subtilisとL. plantarumの共培養バイオフィルムを示す。
Co-culture growth of B. subtilis and L. plantarum results in dual-species biofilm development Using modified MRS medium, fluorescently labeled B. subtilis cells (YC161) constitutively expressing GFP were grown to L. Dual-species biofilms were examined by co-culturing with plantarum cells. The generated biofilms were visualized using CLSM. As seen in FIG. 8A (top), the biofilms that formed consisted of both fluorescent and non-fluorescent cells. L. plantarum cells were surrounded by B. subtilis cells that bound together to form biofilm-associated structures (bundles). This is further illustrated in FIG. 8B. Figure 8B shows a co-culture biofilm of B. subtilis and L. plantarum in LBGM medium.

B. subtilisにおけるバイオフィルム形成は細胞外基質の合成に依存するので、本発明者らは、細胞外基質の産生が二重種バイオフィルム発生中に起こるかどうか判定しようとした。形成されたバイオフィルムにおける基質遺伝子発現レベルを、既述のように(Shemesh, Kolter, & Losick, 2010, J Bacteriol 192, 6352-6356)、tapA-sipW-tasA(B. subtilisにおけるバイオフィルム基質タンパク質成分の合成を担うオペロン)のプロモーターとシアン蛍光タンパク質をコードするcfp遺伝子(YC189)の転写融合(PtapA-cfp)を利用して分析した。注目すべきCFP発現が観察され、tapA-sipW-tasAオペロンが活性化され、したがって基質産生が二重種バイオフィルムにおいて誘導されることが示された(図8A~B、下段)。L. plantarum細胞がB. subtilisバイオフィルム形成に由来する細胞外重合物質で包囲され得るかどうかを判定するために、二重種バイオフィルムをSEMで分析した(図9A~C)。得られた画像(図9C)は、バイオフィルムの3次元不均一構造の形成を示し、L. plantarum細胞がB. subtilisによって産生される細胞外基質に取り込まれるように見えた。重要なことには、単一培養形態として増殖されたB. subtilis細胞も同質構造で特徴づけられるバイオフィルムを形成し、細胞の長いフィラメントが細胞外基質によって連結される(図9A)。それに対して、L. plantarum細胞は、注目すべきバイオフィルムを単一種培養で形成できなかった。上記観察によれば、B. subtilis細胞によって産生される細胞外基質は、L. plantarum細胞と共有することができ、したがって環境ストレスに対してこれらを保護することができる。 Since biofilm formation in B. subtilis is dependent on extracellular matrix synthesis, we sought to determine whether extracellular matrix production occurs during dual-species biofilm development. Matrix gene expression levels in formed biofilms were measured using tapA-sipW-tasA (biofilm matrix protein in B. subtilis Analysis was performed using a transcriptional fusion (P tapA -cfp) of the cfp gene encoding the cyan fluorescent protein (YC189) with the promoter of the operon responsible for the synthesis of the components. Notable CFP expression was observed, indicating that the tapA-sipW-tasA operon was activated and thus substrate production was induced in dual-species biofilms (FIGS. 8A-B, bottom panel). To determine whether L. plantarum cells could be surrounded by extracellular polymeric material derived from B. subtilis biofilm formation, dual-species biofilms were analyzed by SEM (FIGS. 9A-C). The resulting image (Fig. 9C) showed the formation of a three-dimensional heterogeneous structure of biofilm, in which L. plantarum cells appeared to be incorporated into the extracellular matrix produced by B. subtilis. Importantly, B. subtilis cells grown as a monoculture form also form biofilms characterized by homogeneous structures, with long filaments of cells connected by an extracellular matrix (Fig. 9A). In contrast, L. plantarum cells failed to form noticeable biofilms in monoculture. According to the above observations, the extracellular matrix produced by B. subtilis cells can be shared with L. plantarum cells, thus protecting them against environmental stress.

二重種バイオフィルムは、厳しい環境におけるL. plantarumの生存を容易にする
共培養バイオフィルムにおいてB. subtilisによって産生される基質が好ましくない環境条件に対してL. plantarumを防御し得るかどうか判定するために、熱処理中(低温殺菌などの工業処理をシミュレートした条件)及び冷却中(貯蔵条件をシミュレートした条件)のL. plantarum細胞の生存を試験した。熱処理低温殺菌では、共培養バイオフィルム中で増殖したL. plantarum細胞を63℃で1分間及び3分間の加熱にさらした。冷却処理では、共培養バイオフィルム中で増殖したL. plantarum細胞を最高21日間4℃で貯蔵した。単一種培養で増殖したL. plantarum細胞を対照として使用した。1分間及び3分間の熱処理後、共培養バイオフィルム中で増殖したL. plantarum細胞は、対照と比較して、生L. plantarum細胞数がそれぞれ約1.25LogCFU/mL及び1.06LogCFU/mL増加した(図10A~B)。さらに、冷却処理実験の結果によれば、共培養バイオフィルム中で増殖したL. plantarum細胞は、貯蔵条件を通じてはるかに良好に保護され、これらの生存率が約0.44~0.89LogCFU/mL増加した(図10A~B)。
Dual-species biofilms facilitate survival of L. plantarum in hostile environments Determining whether substrates produced by B. subtilis in co-culture biofilms can protect L. plantarum against unfavorable environmental conditions To do so, we tested the survival of L. plantarum cells during heat treatment (conditions simulating industrial processes such as pasteurization) and cooling (conditions simulating storage conditions). For heat treatment pasteurization, L. plantarum cells grown in co-culture biofilms were subjected to heating at 63° C. for 1 and 3 minutes. For chilling treatments, L. plantarum cells grown in co-culture biofilms were stored at 4° C. for up to 21 days. L. plantarum cells grown in monoculture were used as controls. After heat treatment for 1 and 3 minutes, L. plantarum cells grown in co-culture biofilms showed approximately 1.25 Log CFU/mL and 1.06 Log CFU/mL increases in viable L. plantarum cell numbers, respectively, compared to controls. (FIGS. 10A-B). Moreover, the results of the cold treatment experiments showed that L. plantarum cells grown in co-culture biofilms were much better protected through storage conditions, with their viability ranging from about 0.44 to 0.89 Log CFU/mL. increased (FIGS. 10A-B).

二重種バイオフィルムの形成中に産生される細胞外基質は、熱処理中のL. plantarumの生存を容易にする
好ましくない環境条件に対するL. plantarumの耐性の増加が細胞外基質によって促進されることを更に証明するために、L. plantarumとB. subtilis変異株(バイオフィルム形成が欠乏したもの(ΔepsΔtasA)又はバイオフィルム基質を過剰産生するもの(ΔabrB))との共培養物を作製した。共培養物を熱処理低温殺菌に供した。単一種培養及び野生型B. subtilisとの共培養で増殖させたL. plantarum細胞を対照として使用した。図11Aに示すように、ΔepsΔtasA二重変異体の細胞と一緒に増殖したL. plantarum細胞は、単一種培養で増殖したL. plantarumと比較して、生存レベルに有意差がなかった。しかし、野生型B. subtilisとの共培養で増殖させたL. plantarum細胞の生存率には有意な増加が認められた。興味深いことに、単一培養で増殖したL. plantarumの生存率に比べて、ΔabrB変異体細胞の存在下で増殖させたL. plantarum細胞の生存率には、約1.78LogCFU/mLの増加が認められた。
Extracellular matrix produced during dual-species biofilm formation facilitates survival of L. plantarum during heat treatment Increased resistance of L. plantarum to unfavorable environmental conditions is facilitated by extracellular matrix To further demonstrate, co-cultures of L. plantarum and B. subtilis mutants, deficient in biofilm formation (ΔepsΔtasA) or overproducing biofilm substrate (ΔabrB), were generated. The co-culture was subjected to heat pasteurization. L. plantarum cells grown in monoculture and co-culture with wild-type B. subtilis were used as controls. As shown in FIG. 11A, L. plantarum cells grown together with cells of the ΔepsΔtasA double mutant had no significant difference in survival levels compared to L. plantarum grown in monoculture. However, there was a significant increase in viability of L. plantarum cells grown in co-culture with wild-type B. subtilis. Interestingly, there was an approximately 1.78 Log CFU/mL increase in viability of L. plantarum cells grown in the presence of the ΔabrB mutant cells compared to that of L. plantarum grown in monoculture. Admitted.

別の実験では、試料を牛乳培地中で18時間30℃、20rpmで増殖させた。その後、これらを63℃で1~3分間熱処理した。対照試料については熱処理しなかった。L. plantarumの生細胞数をCFU法によって測定した。*p<0.05。図11Bに示すように、B. subtilisバイオフィルムは、牛乳培地中で加熱時のL. plantarumの生存を容易にする。 In another experiment, samples were grown in milk medium for 18 hours at 30°C and 20 rpm. They were then heat treated at 63° C. for 1-3 minutes. Control samples were not heat treated. The number of viable cells of L. plantarum was determined by the CFU method. *p<0.05. As shown in FIG. 11B, B. subtilis biofilms facilitate survival of L. plantarum upon heating in milk medium.

二重種バイオフィルムの形成中に産生される細胞外基質は、ヒト消化系に似た条件下でL. plantarumの生存を容易にする
胃腸管を移行中のL. plantarumの生存能を調べるために、L. plantarum細胞の生存率をインビトロ消化モデルを用いて調べた(図12)。シミュレートした胃の条件で2時間インキュベーション後、単一培養L. plantarum細胞に比べて約0.86LogCFU/mLの生細胞濃度の増加が、B. subtilisと一緒に共培養バイオフィルム中で増殖したL. plantarum細胞で認められた。その後、シミュレートした腸の条件下で細胞を2時間インキュベーションし、遊離L. plantarum生細胞に比べて、約0.9LogCFU/mLの生細胞濃度の増加が、バイオフィルムで保護されたL. plantarum細胞で認められた。
Extracellular matrix produced during dual-species biofilm formation facilitates survival of L. plantarum under conditions resembling the human digestive system To investigate the viability of L. plantarum during migration through the gastrointestinal tract Finally, the viability of L. plantarum cells was examined using an in vitro digestion model (Fig. 12). After 2 hours of incubation in simulated gastric conditions, an increase in viable cell concentration of approximately 0.86 Log CFU/mL over monocultured L. plantarum cells grew in co-cultured biofilms with B. subtilis. observed in L. plantarum cells. Cells were then incubated for 2 h under simulated intestinal conditions and an increase in viable cell concentration of approximately 0.9 Log CFU/mL compared to free L. plantarum viable cells was observed in biofilm-protected L. plantarum. found in cells.

アセトインはバイオフィルム形成を促進する
食品は、しばしば、製品の官能特性及び感覚受容性を改善し得る種々の食品添加物を多く含む。これらの添加剤には、種々の食品の風味を改善し得るアセトインなどの重要な小分子が含まれる。アセトインは、天然に広く存在する中性分子である。幾つかの微生物、高等植物、昆虫及び高等動物は、アセトインを合成する能力を有する。これらの添加剤は、ヒトの健康に関連する多数の細菌の生理に影響を及ぼし、バイオフィルムとして知られる、細菌細胞の多細胞集団の発生に影響を及ぼす可能性がある。バイオフィルム形成は、構成細胞を一緒に保持する細胞外基質の合成に依存する。プレバイオティクス細菌であるBacillus subtilisにおいては、基質は、2種の主成分、すなわち、epsA-Oオペロンの産物によって合成される菌体外多糖、及びtapA-sipW-tasAオペロンによってコードされるアミロイド線維を有する。
Acetoin Promotes Biofilm Formation Foods are often rich in various food additives that can improve the organoleptic properties and organoleptic properties of the product. These additives include important small molecules such as acetoin that can improve the flavor of various foods. Acetoin is a neutral molecule that occurs widely in nature. Some microorganisms, higher plants, insects and higher animals have the ability to synthesize acetoin. These additives affect the physiology of many bacteria relevant to human health and can influence the development of multicellular populations of bacterial cells known as biofilms. Biofilm formation depends on the synthesis of an extracellular matrix that holds constituent cells together. In the prebiotic bacterium Bacillus subtilis, substrates are composed of two major components: exopolysaccharides synthesized by the products of the epsA-O operon and amyloid fibrils encoded by the tapA-sipW-tasA operon. have

結果
図15A~Cに示すように、アセトインは、Bacillus subtilisにおいてバイオフィルム束形成を誘発する。アセトインの非存在下では、LB培地中で増殖するとバイオフィルム形成が認められない(図15A)。図16A~Bは、Bacillus subtilisにおいてアセトインがコロニー型バイオフィルム形成を誘発することを示す。B. subtilisにおける基質産生を担うtapAオペロンの転写は、アセトインによって高度に上方制御されることが示された(図17A~D)。
Results As shown in Figures 15A-C, acetoin induces biofilm bundle formation in Bacillus subtilis. In the absence of acetoin, no biofilm formation is observed when grown in LB medium (Fig. 15A). Figures 16A-B show that acetoin induces colony-type biofilm formation in Bacillus subtilis. Transcription of the tapA operon responsible for substrate production in B. subtilis was shown to be highly upregulated by acetoin (FIGS. 17A-D).

これらの結果によれば、B. subtilisの細胞は、アセトインの存在下で増殖中に複雑な束に発達する。細胞は、バイオフィルム形成に重要であるアセトインに反応して、高レベルの細胞外基質成分を発現する。 These results indicate that B. subtilis cells develop into complex bundles during growth in the presence of acetoin. Cells express high levels of extracellular matrix components in response to acetoin that are important for biofilm formation.

この実験の目的は、(土壌から単離された)NCIB3610及び(酪農環境から単離された)127185/2が、共培養系における増殖中に、厳しい環境下でL. plantarumを保護するの能力を試験することである。 The purpose of this experiment was to demonstrate the ability of NCIB3610 (isolated from soil) and 127185/2 (isolated from a dairy environment) to protect L. plantarum under harsh conditions during growth in a co-culture system. is to test

材料及び方法
B. subtilisとL. plantarumの共培養系に対して選択された増殖培地は、改変(pH調節)MRS培地であった。
Materials and methods
The growth medium of choice for the B. subtilis and L. plantarum co-culture system was modified (pH adjusted) MRS medium.

バイオフィルム形成の特性分析を、(コロニーは)実体顕微鏡又は(束型のバイオフィルムは)共焦点レーザー走査型顕微鏡を用いて行った。 Characterization of biofilm formation was performed using a stereomicroscope (for colonies) or a confocal laser scanning microscope (for bundled biofilms).

消化管の移行インビトロモデルにおいてB. subtilisとの共培養バイオフィルム中で増殖し、低pHにさらされたL. plantarumの生存率を調べる実験を、上述したように、CFU法を用いて行った。 Experiments examining the viability of L. plantarum grown in co-culture biofilms with B. subtilis and exposed to low pH in an in vitro model of gastrointestinal migration were performed using the CFU method, as described above. .

結果
図18A~Bは、それぞれB. subtilis株NCIB3610及び127185/2から生成するバイオフィルムを示す写真である。
Results Figures 18A-B are photographs showing biofilms produced from B. subtilis strains NCIB3610 and 127185/2, respectively.

NCIB3610との共培養で生存するL. plantarumのカウントは、単一培養で増殖したL. plantarumより高かった。この効果は、培養物を振盪すると増強された(図19)。さらに、酸性条件下でNCIB3610又は127185/2との共培養で生存したL. plantarumの数は、同じ条件で増殖した単一培養の30倍であった(図20)。 Counts of L. plantarum surviving co-culture with NCIB3610 were higher than L. plantarum grown in mono-culture. This effect was enhanced when the cultures were shaken (Figure 19). Furthermore, the number of L. plantarum that survived co-cultures with NCIB3610 or 127185/2 under acidic conditions was 30-fold higher than monocultures grown under the same conditions (Figure 20).

バイオフィルム発生の誘発に重要なMRS培地の成分を解明するために、B. subtilisによるコロニー型バイオフィルム形成に関与する以下の成分の寄与について分析した:Mg2+、Mn2+、酢酸ナトリウム、リン酸二カリウム、デキストロース、クエン酸アンモニウム。興味深いことに、最も不完全なバイオフィルム表現型がMn2+の非存在下で認められた。B. subtilisは、Mn2+が添加されないMRS培地上で、成長したペリクル及びコロニー型バイオフィルムを形成することができなかった(図21)。注目すべきことに、デキストロースの非存在下で生成したバイオフィルムは幾らかの阻害を示し、しわの寄った表現型であったが、Mn2+の非存在下で生成したものは完全に平坦であった(図21)。これらの結果から、MRS培地中のMn2+の存在がB. subtilisによるバイオフィルム発生に最も重要であると結論づけた。 To elucidate the components of MRS medium that are important for the induction of biofilm development, the contributions of the following components involved in colony-type biofilm formation by B. subtilis were analyzed: Mg 2+ , Mn 2+ , sodium acetate, phosphate. Dipotassium, dextrose, ammonium citrate. Interestingly, the most incomplete biofilm phenotype was observed in the absence of Mn2 + . B. subtilis was unable to form a grown pellicle and colony-type biofilm on MRS medium to which Mn 2+ was not added (Fig. 21). Notably, biofilms generated in the absence of dextrose showed some inhibition and had a wrinkled phenotype, whereas those generated in the absence of Mn2 + were completely flat. There was (Fig. 21). From these results, we concluded that the presence of Mn2+ in the MRS medium is most important for biofilm development by B. subtilis.

本発明をその特定の実施形態との関連で説明したが、多数の代替、修正及び変種が当業者には明らかであろう。したがって、そのような代替、修正及び変種の全ては、添付の特許請求の範囲の趣旨及び広い範囲内に含まれることを意図するものである。 Although the invention has been described in relation to specific embodiments thereof, many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, all such alternatives, modifications and variations are intended to be included within the spirit and broad scope of the appended claims.

本明細書で言及した全ての刊行物、特許及び特許出願は、個々の刊行物、特許及び特許出願のそれぞれについて具体的且つ個別の参照により本明細書に組み込む場合と同程度に、これらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。加えて、本願におけるいかなる参考文献の引用又は特定は、このような参考文献が本発明の先行技術として使用できることの容認として解釈されるべきではない。また、各節の表題が使用される範囲において、必ずしも限定として解釈されるべきではない。
All publications, patents and patent applications mentioned in this specification are incorporated herein by reference in their entirety to the same extent as if each individual publication, patent and patent application were incorporated herein by specific and individual reference. is incorporated herein by reference. In addition, citation or identification of any reference in this application shall not be construed as an admission that such reference is available as prior art to the present invention. Also, to the extent section headings are used, they should not necessarily be construed as limiting.

Claims (8)

細菌組成物の調製方法であって、
(a)Lactobacillales目のプロバイオティック細菌とBacillus属のバイオフィルム生成細菌とを、マンガンを含む増殖培地中で、前記プロバイオティック細菌と前記バイオフィルム生成細菌とを含むバイオフィルムを生成する条件下、インビトロで共培養し、
(b)前記バイオフィルムを前記増殖培地から単離することで、前記細菌組成物を調製する
ことを含む、方法。
A method for preparing a bacterial composition, comprising:
(a) a probiotic bacterium of the order Lactobacillales and a biofilm-forming bacterium of the genus Bacillus in a growth medium containing manganese under conditions to form a biofilm comprising said probiotic bacterium and said biofilm-forming bacterium; , co-cultured in vitro,
(b) preparing said bacterial composition by isolating said biofilm from said growth medium.
前記バイオフィルム生成細菌がB. subtilis種である、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1 , wherein said biofilm-forming bacterium is a B. subtilis species. 前記プロバイオティック細菌がL. plantarum種である、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1 , wherein said probiotic bacteria are L. plantarum species. 前記増殖培地がデキストロースを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1-3 , wherein the growth medium comprises dextrose. 前記増殖培地が、LB培地、LBGM培地、牛乳培地及びMRS培地からなる群より選択される、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of claims 1 to 3 , wherein said growth medium is selected from the group consisting of LB medium, LBGM medium, milk medium and MRS medium. 前記増殖培地がLBGM培地、牛乳培地又はMRS培地である、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein said growth medium is LBGM medium, milk medium or MRS medium. 前記条件がpH6.5~8を含む、請求項6に記載の方法。 7. The method of claim 6 , wherein said conditions comprise pH 6.5-8. 前記増殖培地が、バイオフィルムの生成を促進する量のアセトインを含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1-7 , wherein the growth medium comprises an amount of acetoin that promotes biofilm formation .
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