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Theme 02  微生物生態系の動態解明と新規機能探索

           

ヒトや動物の消化管では多様な種類の微生物による消化管微生物群集が形成されており、宿主動物に対して栄養素代謝や免疫防御機能などの重要な役割を果たしています。それぞれのメンバーは、宿主の発育に伴う器官発達やストレス、食事といったさまざまな要因に対して明確に反応しており、微生物が環境にすみやかに適応し、群集としての機能を最適化させている様子が窺えます。 消化管細菌が持つ有用な機能がどのように発揮されるか、そのメカニズムを解明し、生体内または工業的に利用可能とするための研究を行っていきます。
関連して、海水や排水処理システムなど、さまざまな微生物生態系における群集の挙動についても研究を進めています。

【主な研究テーマ】

・特定の食品素材が動物下部消化管細菌叢に及ぼす影響 (左図)
・海水中で形成されている微生物群集の解析 (右図)

Achievements

2021年	【Regular Paper】"Dietary supplementation with fermented Brassica rapa L. stimulates defecation accompanying change in colonic bacterial community structure. (Tanaka, Yamamoto, Hamajima, Takahashi, Endo, and Uyeno; Nutrients 13:1847)
2019年	【Regular Paper】"Changes in bacterial composition during in vitro oil degradation experiments using activated sludge from different sources" (Uyeno and Matsumoto; Water Practice and Technology 14:931-936)
2017年	【Regular Paper】"Changes in gut microbial ecology and immunological responses of mice fed the insoluble fraction of Brassica rapa L. that was fermented or not. " (Tanaka, Yamamoto, Hamajima, Takahashi, Yamada, Furuya, and Uyeno; Microbes and Environments 32:268-274)
2017年	研究課題  "地域未利用資源の飼料利用による乳牛由来温室効果ガス排出低減効果の定量的検証"  が 公益財団法人　前川報恩会　学術研究助成に採択
2016年〜2017年	研究課題  "微細気泡による曝気をおこなった活性汚泥の植物油分解能の評価および微生物群集構造変化の解明"  が 信州大学アクア・イノベーション拠点 フィージビリスタディ に採択 （信州大学工学部水環境・土木工学科　松本明人准教授との共同申請）
2016年5月	【Regular Paper】"Relationship of enhanced butyrate production by colonic butyrate-producing bacteria and immunomodulatory effects in normal mice fed insoluble fraction of Brassica rapa L." (Tanaka, Yamamoto, Yamada,Furuya, and Uyeno; Applied and Environmental Microbiology 82:2693-2699)
2016年3月	研究課題  "大豆難消化性タンパク質を用いた窒素系シンバイオティクスの開発"  が 平成28年度不二たん白質研究振興財団 研究助成に採択
2015年3月	研究課題  "大豆の凍結変性による難消化性タンパク質のプレバイオティック機能性強化"  が 平成27年度不二たん白質研究振興財団 研究助成に採択
2014年10月	【話題提供】“腸内フローラ構成を調べて何がわかるか、何に役立つか” (平成26年度第2回信州機能性食品開発研究会)
2014年9月	研究課題  "健康長寿に資する特徴的日本食品の機能性評価に関する基盤研究"  が 革新的技術創造促進事業（異分野融合共同研究：公募[補完]研究）(生研センター)に採択
2014年8月	【Regular Paper】"Changes in mouse gastrointestinal microbial ecology with the ingestion of kale" (Shigemori, Oshiro, P. Wang, Yamamoto, Y. Wang, Sato, Uyeno,and Shimosato; BioMed Research International,Article ID 393598)
2014年6月	【Short Communication】"Changes in mouse gastrointestinal microbial ecology with the ingestion of kale" (Uyeno, Katayama, and Nakamura; Beneficial Microbes, 5:345-349)
2013年3月	【話題提供】“動物消化管微生物群集解析で何がわかるか, 何に役立つか” (ルーメン研究会平成25年春季例会)
2012年11月	【Invited talk】“Dynamics and functionalities of animal intestinal microflora explored with molecular approaches” (A colloquium at Philippine Carabao Center)  *Abstract(PDF)

*種類ごとの成果一覧は、SOARをご覧ください．また、論文別刷りなどのご要望は、 担当教員 までお寄せください.

GLOSSARY  【動物消化管微生物群集】
-生体内の”もうひとつの器官”


*ヒトや動物の消化管に棲息する微生物群集（消化管微生物群集）は, ヒトを含めた動物と微生物との相互作用のなかで最も代表的なもののひとつです．
微生物群集の構成は,動物消化管の各器官ごとに構成が異なります．特に大腸をはじめとした下部消化管における腸内細菌叢は複雑で, 300-400種類, 合計で数百兆個の細菌（Bacteria）が生きて存在する固有の生態系となっています．
この細菌叢はヒトなどの宿主動物に対し, 消化管に流入した栄養成分の消化吸収を支援するほか, 腸管免疫機能の上でも重要な役割を果たしていますが, その一部は感染症や大腸癌, 潰瘍性大腸炎などの疾病への関与により宿主の健康を害うものもいます． 腸内細菌叢の構成は個人差が大きいことが明らかにされており, これは各人の生活様式, 大きくは食生活の違いに依存していると考えられています．

*一方, 反芻動物第一胃（ルーメン）内微生物群集は, 細菌と呼ばれるもの以外にも様々な種類の微生物-古細菌, プロトゾア, 原生動物-を含む, さらに多様な一団で構成されています． 成牛のルーメンの容積は複胃（第一胃〜第四胃）全体の約80％を占め約100Lときわめて大きく, これを発酵タンクと見立てたときに微生物は発酵主体として機能し, 飼料成分の効率的なエネルギーへの変換を行っています．
牛が摂取した飼料成分はこれらの微生物による発酵作用を受け, 炭水化物からは酢酸, プロピオン酸, 酪酸などの揮発性脂肪酸が生成され, 吸収された後, 牛の主要なエネルギー源となります． 微生物の側では, この炭水化物分解によって発生するエネルギーを, 増殖すなわちタンパク質の合成に用います．増殖した細胞は最終的に下部消化管に送られ, 牛の主要なタンパク質源として利用されます．
家畜栄養学の授業ではこれを「取り引き」と説明しているのですが, 動物自身が消化できない食物繊維を第一胃に棲んでいる微生物が分解する代わりに, 得られたエネルギーの一部は微生物が”手数料”として受け取り、自身のために用いられるといった相互に利益をもたらす活動が行われています．

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