ゲノム情報から細菌ワクチンを設計する
要約
本研究では、豚丹毒菌をモデルとして、ゲノム情報から病原性に関与する遺伝子を推定し、理論的に細菌を弱毒化させることで、短期間で合理的に生ワクチンを開発する方法を確立する。本手法を利用することで、多くの細菌で生ワクチンの開発が容易になることが期待される。
- キーワード : 豚丹毒菌、ゲノム収縮、代謝適応、ワクチン
- 担当 : 動物衛生研究部門・動物感染症研究領域・細菌グループ
- 代表連絡先 :
- 分類 : 研究成果情報
背景・ねらい
家畜や家禽で使用する生ワクチンのほとんどにおいて、弱毒化の機構は不明であり、一部のワクチンでは病原性が復帰して強毒化のリスクがあるなど安全性の面において問題が指摘されている。細菌の場合、安全性と有効性の両方を備えた生ワクチンを開発するには、その第一段階として、病原遺伝子を同定し、それらに変異を導入するなどして理論的に弱毒化させる必要がある。しかしながら、ゲノム上にある極めて多くの遺伝子の中から病原遺伝子を同定するには多くの作業と時間がかかるため、生ワクチンを短期間で作製することは困難である。近年、病原細菌は、必要な栄養素を宿主から獲得するなど、宿主体内の栄養環境に代謝的に適応することで感染を成立させていることが明らかになってきた。本研究では、多くの細菌に応用可能な方法として、代謝関連遺伝子に着目した病原遺伝子の推定による生ワクチンの開発法を確立する。
成果の内容・特徴
- 豚丹毒菌は、宿主のマクロファージ内で増殖し、種々の病態を引き起こす。1,700個以上の遺伝子を保有する豚丹毒菌のゲノム上に保存されているアミノ酸合成に関わる合計14個のすべての遺伝子について、この菌とマウスマクロファージとを共培養した時にmRNAの発現が増強されるかどうかを解析すると、解析した14個の遺伝子のうち、7個の遺伝子について有意な発現増強が確認される(図1)。
- 遺伝子操作の実験から、ゲノム上から遺伝子を除去することができるのはプロリン合成に関わる3個の遺伝子(proA, proB, proC)のみであることが明らかにされる。
- プロリン合成に関わる3遺伝子について、それぞれの遺伝子の欠損株(ΔproA、ΔproB 又はΔproC)、proA及びproB の2遺伝子欠損株(ΔproBA)、proA、proB、proC の3遺伝子欠損株(ΔproBAC)の合計5株の遺伝子欠損株を作製し、マウスマクロファージを用いて菌の増殖能を確認すると、いずれも増殖能の低下が見られ、弱毒化していることが判明する(図2、図3)。
- これらの株を免疫したマウスは強毒株の攻撃に対して完全な防御を示すことが確認され、さらに、ミルクと混合したΔproBAC を経口投与した豚において完全な防御が誘導されることが判明する(表1)。
成果の活用面・留意点
- 豚丹毒菌は、生存に必要な栄養素を感染細胞に依存しており、そのために不必要となった栄養素合成に関わる多くの遺伝子が進化の過程でゲノム上から脱落する「ゲノム収縮」が起こっている。ゲノム収縮を起こしている菌は、代謝関連遺伝子数が少なくなっていることから、本手法は、特にこのような遺伝学的形質を示す菌で有用と考えられる。
- 「ゲノム収縮」は、マイコプラズマをはじめ、ライム病菌、リケッチア、クラミジア、バルトネラなど多くの病原体でも認められ、また、連鎖球菌やクロストリジウム属菌でもアミノ酸合成に関わる多くの遺伝子が欠損していることが確認されており、この手法はこれらの病原体で有効である可能性がある。
具体的データ
その他
- 予算区分 : 交付金、農林水産省(包括的レギュラトリーサイエンス研究推進委託事業:いのしし用国産CSF経口ワクチンの開発)
- 研究期間 : 2020～2022年度
- 研究担当者 : 下地善弘、西川明芳、小川洋介
- 発表論文等 : Nishikawa S. et al. (2022) Microbiol. Spectr. 10(6): e0377622
https://doi.org/10.1128/spectrum.03776-22.