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ビフィズス菌のバイオフィルム形成は、胆汁曝露に応答する多因子適応現象である
Bifidobacterial biofilm formation is a multifactorial adaptive phenomenon in response to bile exposure.
PMID: 32665665 DOI: 10.1038/s41598-020-68179-9.
抄録
本研究では、健康増進作用が報告されている腸内細菌を含むビフィドバクテリウム属に属する様々な菌株・種によるバイオフィルム形成が、酸や浸透圧ストレスではなく、高濃度胆汁（0.5%(w/v)以上）や個々の胆汁塩（20mM以上）によって誘導されることを明らかにした。このような高濃度胆汁に対するビフィズス菌のプロトタイプであるビフィズス菌 breve UCC2003のトランスクリプトーム応答を調べ、この適応過程に関与する遺伝子を同定するために、バイオフィルム形成に影響を与える変異体についてB. breve UCC2003のランダムトランスポゾンバンクをスクリーニングした。バイオフィルム形成能力に影響を及ぼす11の変異体を同定し、luxSの挿入変異とEPS陰性のB. breve UCC2003のバイオフィルム形成能力も調べた。バイオフィルム形成能の低下は、豚の胆汁に曝露した場合にも生存能の低下を引き起こした。我々は、ビフィズス菌のバイオフィルム形成は、消化管環境における高濃度の胆汁による殺菌効果を回避するために、高濃度の胆汁に対する適応的な反応であることを提案する。ビフィズス菌のバイオフィルム形成は、EPSの産生、タンパク質、細胞外DNAの放出が関与する多因子プロセスであると考えられ、腸内環境におけるフィットネスを高めるための胆汁ストレスへの応答として重要な戦略であることが示された。
In the current study, we show that biofilm formation by various strains and species belonging to Bifidobacterium, a genus that includes gut commensals with reported health-promoting activities, is induced by high concentrations of bile (0.5% (w/v) or higher) and individual bile salts (20 mM or higher), rather than by acid or osmotic stress. The transcriptomic response of a bifidobacterial prototype Bifidobacterium breve UCC2003 to such high bile concentrations was investigated and a random transposon bank of B. breve UCC2003 was screened for mutants that affect biofilm formation in order to identify genes involved in this adaptive process. Eleven mutants affected in their ability to form a biofilm were identified, while biofilm formation capacity of an insertional mutation in luxS and an exopolysaccharide (EPS) negative B. breve UCC2003 was also studied. Reduced capacity to form biofilm also caused reduced viability when exposed to porcine bile. We propose that bifidobacterial biofilm formation is an adaptive response to high concentrations of bile in order to avoid bactericidal effects of high bile concentrations in the gastrointestinal environment. Biofilm formation appears to be a multi-factorial process involving EPS production, proteins and extracellular DNA release, representing a crucial strategy in response to bile stress in order to enhance fitness in the gut environment.