沖縄モズク由来フコイダンによるゼブラフィッシュの腸内細菌叢と免疫調節

Intestinal Microbiota and Immune Modulation in Zebrafish by Fucoidan From Okinawa Mozuku ().

• Wakako Ikeda-Ohtsubo
• Adrià López Nadal
• Edoardo Zaccaria
• Masahiko Iha
• Haruki Kitazawa
• Michiel Kleerebezem
• Sylvia Brugman

抄録

フコイダンは褐藻類由来のフコース富硫化多糖類であり、機能性食品や治療薬として様々な生物学的活性を発揮します。本研究の目的は、沖縄モズクから抽出したフコイダンがゼブラフィッシュの免疫応答や微生物相に及ぼす影響を調べることである。沖縄モズク（OM）フコイダンをゼブラフィッシュの幼魚と成魚にそれぞれ浸漬（100μg/mL、500μg/mL、3日間）、給餌（3週間）した。ゼブラフィッシュ幼虫の免疫応答に及ぼすOMフコイダンの効果は、好中球とマクロファージのライブイメージングとプロおよび抗炎症性サイトカイン遺伝子の定量的ポリメラーゼ連鎖反応によって評価した。ゼブラフィッシュ幼虫の全ミクロバイオータとOMフコイダンで処理したゼブラフィッシュ成虫の腸内ミクロバイオータを16S rRNA遺伝子のV3-V4領域のイルミナMiSeqペアエンドシーケンシングで解析した。フコイダン処理はわずかに幼虫の微生物相の組成と好中球とマクロファージの数に影響を与え、プロおよび抗炎症性サイトカイン遺伝子発現レベルは、500μg/mLのOMフコイダンで処理された幼虫でアップレギュレートされている間、フコイダン処理は、わずかに幼虫の微生物相の組成と好中球とマクロファージの数に影響を与えた。対照的に、OMフコイダンの給餌は明らかにゼブラフィッシュの成体の腸内細菌叢の組成を変化させ、その特徴は、研究したサンプル全体で支配的なOTUである腸内細菌の-関連するエンテロバクテリア科を犠牲にして、根粒菌科とコマモナス科に属する複数の細菌運用分類単位（OTU）の出現と優勢によって特徴づけられた。これらの変化は、ゼブラフィッシュ成体の腸内における炎症性サイトカインの発現レベルの低下を伴っていた。今回の研究は、フコイダンがゼブラフィッシュの腸内細菌叢や免疫応答に及ぼす影響を初めて明らかにしたものであり、フコイダンが食事-微生物叢-宿主の相互作用において調節的な役割を果たす可能性を示唆しています。

Fucoidan represents fucose-rich sulfated polysaccharides derived from brown seaweeds, which exerts various biological activities applicable for functional foods and therapeutic agents. The objective of the present study was to investigate effects of fucoidan extracted from Okinawa mozuku (), common edible seaweed in Japan, on immune responses and microbiota composition in zebrafish. We treated larvae and adult zebrafish with Okinawa mozuku (OM) fucoidan by immersion (100 and 500 μg/mL, 3 days) and by feeding (3 weeks), respectively. The effect of OM fucoidan on immune responses in zebrafish larvae was evaluated by live imaging of neutrophils and macrophages as well as quantitative polymerase chain reaction of pro- and anti-inflammatory cytokine genes. Whole microbiota of zebrafish larvae and intestinal microbiota of adult zebrafish treated with OM fucoidan were analyzed by Illumina MiSeq pair-end sequencing of the V3-V4 region of 16S rRNA genes. Fucoidan treatment only slightly affected the composition of the larvae microbiota and the number of neutrophils and macrophages, while pro- and anti-inflammatory cytokine gene expression levels were upregulated in the larvae treated with 500 μg/mL OM fucoidan. In contrast, feeding of OM fucoidan clearly altered the intestinal microbiota composition of adult zebrafish, which was characterized by the emergence and predominance of multiple bacterial operational taxonomic units (OTUs) affiliated with Rhizobiaceae and Comamonadaceae at the expense of -related Enterobacteriaceae, the dominant OTUs throughout the studied samples. These changes were accompanied by decreased expression levels of pro-inflammatory cytokine in the intestines of the adult zebrafish. Our current study provides the first insights into modulatory effects of fucoidan on microbiota and immune responses of unchallenged zebrafish, which underscores the potential of fucoidan to play a modulatory role in the diet-microbiota-host interplay.

Copyright © 2020 Ikeda-Ohtsubo, López Nadal, Zaccaria, Iha, Kitazawa, Kleerebezem and Brugman.