テーマ紹介: 新奇乳酸菌バクテリオシンの探索と構造・特性の解析

乳酸菌の中にはバクテリオシンと呼ばれる抗菌ペプチドを生産するものが存在する。乳酸菌バクテリオシンは、（1）ヒトに対する毒性がなく、（2）体内や環境中において分解されやすく、（3）耐性菌が出現しにくいといった特性から、人体や環境に優しく安心して使用できる抗菌物質として注目され、食品保存や食品と同様に高い安全性が求められる様々な用途への利用が期待されている（論文1）。我々は、これまでに多種多様な新奇乳酸菌バクテリオシンを見出し、その構造や特性を明らかにしてきた。探索法に改良を加えながら、様々な環境から分離される乳酸菌から、さらに新しい構造や性質をもつ乳酸菌バクテリオシンの探索を進めている。


1.新奇乳酸菌バクテリオシンの探索（論文2～4）

バクテリオシン活性の高感度検出法（図1）とともに、乳酸菌培養液上清が示す抗菌スペクトルとそのLC/MSによる検出・分子量決定によるバクテリオシンの迅速同定法を構築した。これらの方法により、新奇性の高い乳酸菌バクテリオシンの絞り込みに至る過程を大幅に短縮することが可能となり、結果的に多数の新奇乳酸菌バクテリオシンを発見することができた。


2. 新奇乳酸菌バクテリオシンの構造・特性の解析（論文5～10）

得られた乳酸菌バクテリオシンを精製し、それらの構造や特性の解析を行い、環状バクテリオシンやリーダーレスバクテリオシン、ランチビオティックといった特徴的な構造や生合成機構を有するグループに分類される新奇バクテリオシンを多数見出すことができた。また、複数のバクテリオシンを同時に生産する乳酸菌も見出された。（以上の詳細については別項を参照） これらの他にも、2つのペプチドが相乗的に抗菌活性を示すものや、菌種選択的な抗菌活性を示すもの、糖が付加したものなど、構造や抗菌活性に特徴をもつ新奇乳酸菌バクテリオシンを発見した（図2）。 将来的には、これら多数の乳酸菌バクテリオシンの中から対象に応じて最適な特性をもつものを選択することで、より安全かつ効果的な微生物制御の実現が期待できる。


発表論文

【発表論文】

1. Perez RH, Zendo T, Sonomoto K. Novel bacteriocins from lactic acid bacteria (LAB): various structures and applications. Microb Cell Fact. 2014 Aug 29;13 Suppl 1(Suppl 1):S3. doi: 10.1186/1475-2859-13-S1-S3. Epub 2014 Aug 29. PMID: 25186038; PMCID: PMC4155820.

2. Zendo T. Screening and characterization of novel bacteriocins from lactic acid bacteria. Biosci Biotechnol Biochem. 2013;77(5):893-9. doi: 10.1271/bbb.130014. Epub 2013 May 7. PMID: 23649268.

3. 善藤威史, 石橋直樹, 園元謙二. 乳酸菌バクテリオシンの探索と利用. 日本乳酸菌学会誌, 25(1), 24-33 (2014.3).

4. 善藤威史, 益田時光, 園元謙二. 多様な乳酸菌抗菌ペプチドの探索とその可能性―乳酸菌による「魔法の弾丸」の創出. 化学と生物, 57(4), 228-234 (2019.4).

5. Tosukhowong A, Zendo T, Visessanguan W, Roytrakul S, Pumpuang L, Jaresitthikunchai J, Sonomoto K. Garvieacin Q, a novel class II bacteriocin from Lactococcus garvieae BCC 43578. Appl Environ Microbiol. 2012 Mar;78(5):1619-23. doi: 10.1128/AEM.06891-11. Epub 2011 Dec 30. PMID: 22210221; PMCID: PMC3294492.

6. Maky MA, Ishibashi N, Zendo T, Perez RH, Doud JR, Karmi M, Sonomoto K. Enterocin F4-9, a Novel O-Linked Glycosylated Bacteriocin. Appl Environ Microbiol. 2015 Jul;81(14):4819-26. doi: 10.1128/AEM.00940-15. Epub 2015 May 8. PMID: 25956765; PMCID: PMC4551185.

7. Ishibashi N, Seto H, Koga S, Zendo T, Sonomoto K. Identification of Lactococcus-Specific Bacteriocins Produced by Lactococcal Isolates, and the Discovery of a Novel Bacteriocin, Lactococcin Z. Probiotics Antimicrob Proteins. 2015 Sep;7(3):222-31. doi: 10.1007/s12602-015-9196-4. PMID: 26093857.

8. Ishibashi N, Zendo T, Koga S, Shigeri Y, Sonomoto K. Molecular characterization of the genes involved in the secretion and immunity of lactococcin Q, a two-peptide bacteriocin produced by Lactococcus lactis QU 4. Microbiology. 2015 Nov;161(11):2069-78. doi: 10.1099/mic.0.000157. Epub 2015 Aug 24. PMID: 26306611.

9. Daba GM, Ishibashi N, Zendo T, Sonomoto K. Functional analysis of the biosynthetic gene cluster required for immunity and secretion of a novel Lactococcus-specific bacteriocin, lactococcin Z. J Appl Microbiol. 2017 Nov;123(5):1124-1132. doi: 10.1111/jam.13564. Epub 2017 Sep 27. PMID: 28815820.

10. Daba GM, Ishibashi N, Gong X, Taki H, Yamashiro K, Lim YY, Zendo T, Sonomoto K. Characterisation of the action mechanism of a Lactococcus-specific bacteriocin, lactococcin Z. J Biosci Bioeng. 2018 Nov;126(5):603-610. doi: 10.1016/j.jbiosc.2018.05.018. Epub 2018 Jul 6. PMID: 29929768.


メンバー紹介・研究テーマ

【2020年度】

野見山泰成（修士２年）・新奇バクテリオシンの探索と構造解析
吉田　遥海(修士１年）・新奇乳酸菌バクテリオシンの探索と生合成遺伝子群の解析
庄野　陸太（学部４年）・新奇乳酸菌バクテリオシンの探索