グリシンは細菌膜小胞産生を有意に増強する：プロバイオティクス大腸菌のLPS還元膜小胞の分離のための強力なアプローチ

Glycine significantly enhances bacterial membrane vesicle production: a powerful approach for isolation of LPS-reduced membrane vesicles of probiotic Escherichia coli.

• Satoru Hirayama
• Ryoma Nakao

抄録

細菌膜小胞（MV）は、近年、新規なナノ粒子デリバリープラットフォームとして強い関心を集めている。グリシンは細菌の外層の形態学的変化を誘導することが知られている。我々は、グリシンが劇的に非病原性プロバイオティクス大腸菌株Nissle 1917の鞭毛欠損変異体におけるMVの生産を促進することをここで報告する。1.0％グリシンと培地の補足は、初期の指数段階で細胞の変形を誘導し、最終的には定常段階に後期指数の間に準解離が続いた。グリシン補給はまた、有意に拡大した粒子径を持つMVの数を増加させ、非誘発MVと比較して、内膜と細胞質のタンパク質含有量の増加とタンパク質プロファイルを変更した。注目すべきことに、グリシン誘発MVのエンドトキシン活性は、同じタンパク質濃度または脂質濃度で比較した場合、それぞれ非誘発MVのエンドトキシン活性よりも約8倍または6倍低かった。しかしながら、グリシン誘導MVは、マウスマクロファージ様細胞株での免疫応答と経鼻ワクチンマウスモデルでのアジュバンティック性の両方を効率的に誘導し、非誘導MVと同等の効果が得られた。本研究では、グリシンを用いたMV産生誘導法が、エンドトキシンの存在を劇的に低減しつつ、免疫調節活性を有するMVの新興バイオテクノロジーへの応用が可能であることを提案する。

Bacterial membrane vesicles (MVs) have attracted strong interest in recent years as novel nanoparticle delivery platforms. Glycine is known to induce morphological changes in the outer layer of bacteria. We report here that glycine dramatically facilitates MV production in a flagella-deficient mutant of the non-pathogenic probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917. Supplementation of culture medium with 1.0% glycine induced cell deformation at the early exponential phase, eventually followed by quasi-lysis during the late exponential to stationary phase. Glycine supplementation also significantly increased the number of MVs with enlarged particle size and altered the protein profile with an increase in the inner membrane and cytoplasmic protein contents as compared to non-induced MVs. Of note, the endotoxin activity of glycine-induced MVs was approximately eightfold or sixfold lower than that of non-induced MVs when compared at equal protein or lipid concentrations respectively. Nevertheless, glycine-induced MVs efficiently induced both immune responses in a mouse macrophage-like cell line and adjuvanticity in an intranasal vaccine mouse model, comparable to those of non-induced MVs. We propose that the present method of inducing MV production with glycine can be used for emerging biotechnological applications of MVs that have immunomodulatory activities, while dramatically reducing the presence of endotoxins.

© 2020 The Authors. Microbial Biotechnology published by John Wiley & Sons Ltd and Society for Applied Microbiology.