皮膚常在菌の遺伝子型に基づく，ニキビ予防・治療法 の確立に向けて

皮膚常在菌の遺伝子型に基づく，ニキビ予防・治療法
の確立に向けて
○吉川 実亜 1, 2 （指導教員 冨田 勝 2, 3）
1 慶應義塾大学 環境情報学部 4 年 （2016 年 3 月卒業予定）
2 慶應義塾大学 先端生命科学研究所
3 慶應義塾大学 環境情報学部
[email protected]
キーワード：ニキビ アクネ菌 手法開発
1.
序論
ネ菌遺伝子型判別を可能としており，アクネ
ニキビは代表的な皮膚疾患の 1 つであり，
菌研究における革新的な技術である．本手法
アクネ菌がニキビを発症させる皮膚常在菌と
を用いて，顔ニキビ患者の体表多部位におけ
して広く知られている．ニキビ発症にはアク
るアクネ菌遺伝子型組成の検討を行うことで，
ネ菌が産生するリパーゼという酵素が皮脂中
ニキビにはアクネ菌の遺伝子型のみが寄与し
のトリアシルグリセロールを分解し，その際
ているのか否かを明らかにすることを目指し
に生じる遊離脂肪酸が毛穴を詰まらせること
た．
や [1]，アクネ菌の遺伝子情報（遺伝子型）の
違いが関係しているなど [2]，様々な要因が報
A
ATAGCCG'
TGTACCT'
AGCTTCC'
CCATACG
告されているが，そのメカニズムの詳細は明
B
ATTGCCG'
TGTACCT'
AGCTTCC'
CCATACG
C
ATAGCCG'
TCTACCT'
AGCTTCC'
CCATACG
D
ATAGCCG'
TGTACCT'
AGCTTCC'
CCAAACG
らかとなっていない．こうしたアクネ菌とニ
キビ発症のメカニズムの解明を目指す上で，
従来の研究手法はアクネ菌の単離培養を経て
いたが，人工的に細菌増殖に最適な環境を作
D'
ることの困難さやアクネ菌種内における多様
性から，単離培養を通じた研究手法には限界
がある．そこでわれわれはまず，アクネ菌遺
A'
C'
B'
ATAGCCG'
TGTACCT'
AGCTTCC'
CCATACG
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AGCTTCC'
CCAAACG
ATAGCCG'
TGTACCT'
AGCTTCC'
CCATACG
伝子型を網羅的に判別する手法を確立した
図 1：網羅的解析手法の流れ
（2015 年 11 月特許出願予定）
（図 1）．この手
まず皮膚に存在するアクネ菌の遺伝子のみを
法は 99%の確率でアクネ菌の DNA 配列のみ
われわれが設計したプライマーを用いて増幅
を増幅させることや，1 塩基レベルでのアク
させる．PCR 行程を 2 度に分けて実施するこ
とで，アクネ菌特異的な増幅を可能とした．
用いて推定した．
その後，アクネ菌塩基配列を網羅的に決定す
細菌叢組成の類似性検索には，Yue-Clayton
る．われわれが作成したアクネ菌遺伝子型参
theta similarity Index を用いた．2 群間比較とし
照配列と比較し，それぞれの配列がどの遺伝
Mann-Whitney の U 検定を行った．統計検定の
子型なのかを一度に検討することで遺伝子型
結果，P<0.05 を有意差ありとして扱った．箱
組成を調べる．
ひげ図は R (Version 3.1.2)で描画した．
2.
3.
対象と手法
結果と考察
15 名のニキビ患者の頭部，顔面（ニキビ発
従来は 1 サンプルあたり約 100 本の塩基配
症部位），臀部およびニキビ部位から採取さ
列断片で議論を行うのが主流であったが，わ
れた膿を研究対象とした．TE10 (10 mM Tris,
れわれが確立した解析手法を用いることで従
10 mM EDTA)に浸した滅菌綿棒を各部位に
来の 100~500 倍の塩基配列を解析することが
30 秒間こすりつけ，500 µL の TE10 に浸した
できるようになった．よって，少数存在量の
ものを-80˚C で冷凍保存し，これらの DNA 抽
遺伝子型も検出可能となり，さらに多サンプ
出物をサンプルとした．確立した手法に従い，
ルを扱う遺伝子型検証も比較的容易に可能と
われわれが設計したプライマーセット（414F :
なった．
5’-GGGTTGTAAACCGCTTTCGCCT-3’ [3],
アクネ菌遺伝子型の組成は，同一個人の異
1445R : 5’-GTTGTGGGGGAGCCGTCGAA-3’
なる部位のほうが，異なる個人の同一部位よ
および 950F：AGAACCTTACCTGGGTTTGA，
りも有意に類似していた（図 2A）．また，多
1334R：GATCTGCGATTACTAGCGAC）でア
くの被験者において同一個人内におけるニキ
クネ菌の 16S rRNA 遺伝子のみを特異的に増
ビ部位と他の体表部位とで遺伝子型の組成が
幅させた．これらの増幅産物を超並列シーク
極めて類似していることも明らかになった．
エンサーMiSeq を用いて配列決定し，アクネ
これらの結果は，顔にニキビを発症している
菌遺伝子型を網羅的に調べた．同サンプルは，
患者はニキビをつくりやすいアクネ菌を顔以
細菌特異的なユニバーサルプライマー（27F：
外にも所有していることを示唆し，宿主由来
AGRGTTTGATYMTGGCTCAG [4]，338R：
の因子（皮脂等）によりアクネ菌の種類が選
TGCTGCCTCCCGTAGGAGT [5]）を用いて皮
択されている可能性が考えられる．
膚上に存在する全ての細菌の 16S rRNA 遺伝
一方，細菌叢組成は異なる個人の同一部位
子を増幅させ，配列決定することで皮膚環境
のほうが，同一個人の異なる部位よりも類似
に存在する細菌集団の包括的な解析（細菌叢
しており（図 2B），先行研究に沿った結果を
解析）も行った．これらの細菌叢組成データ
得ることができた [7]．体表部位の細菌叢組成
を用いて，各体表部位における皮膚常在菌叢
データを用いて細菌叢の遺伝子機能を推定し
の有する遺伝子機能について PICRUSt [6]を
た結果，脂質代謝関連遺伝子群が顔（ニキビ
部位）において有意に多いことが示唆された
ける 2 群比較には Mann-Whitney の U 検定を
（図 3）．これらの結果から，ニキビ部位では，
用いた．エラーバーは標準偏差で表した．* P
皮膚常在菌叢が宿主由来の脂質を代謝できて
< 0.05．
*
いない可能性が考えられる．過去の研究結果
2.0
2.0
ではニキビにはアクネ菌の遺伝子型が重要で
1.5
1.5
あることが示唆されていたが [2]，今回の結果
1.0
1.0
#0.5
1.2"
-1.0
A
0.0
-0.5
影響を与えていると考えられる．
0.5
0.5
Z#score
みならず，皮膚常在菌叢全体の機能も大きく
0.0
からニキビの発症にはアクネ菌の遺伝子型の
#1.0
*
1"
A
Theta"Index
0.8"
B
B
図 3：脂質代謝関連遺伝子群比較
0.6"
15 名から採取したサンプルの細菌叢由来のグ
0.4"
リセロ脂質代謝関連遺伝子群の存在量を比較
0.2"
した．推定された遺伝子群の存在量は Z スコ
0"
アに変換した．Mann-Whitney の U 検定を行っ
た．箱ひげ図で記載した．* P < 0.05．
1.2"
1"
*
Theta"Index
0.8"
0.6"
0.4"
0.2"
0"
4.
展望
以上より，ニキビ発症に関与する可能性の
高いアクネ菌は個人固有に存在しており，他
の微生物，皮脂分泌などがあいまってニキビ
図 2：アクネ菌遺伝子型組成および細菌叢組
発症につながることが考えられる．現在のニ
成における類似度の検討
キビ治療は，発症部位の抗生物質による殺菌
異なる個人の同一部位における類似度および，
が主流であるが，皮膚常在菌はわれわれの生
同一個人の異なる部位における類似度を全て
活に欠かせないものであるため抗生物質の使
計算した．3 名多部位（頭部，顔面，臀部）
用は乾燥等皮膚状態悪化を誘発しうる．
から採取したサンプルを使用した．P. acnes
更に，今回の結果から個々人にはそれぞれ
株組成 (A)および細菌叢組成 (B)の類似度を
固有のアクネ菌を所有していることが示唆さ
比較した．類似度の計算に Yue-Clayton theta
れており，アクネ菌は宿主由来の選択圧によ
similarity Index を用い，それぞれの類似度にお
り生存しやすい種類が定着すると考えられる．
よって発症部位のみの抗生物質塗布は根本治
evaluation of PCR primer sets used for detection
療になり得ず，抗生物質治療を行っても，同
of Propionibacterium acnes in prostate tissue
じ種類のアクネ菌が再び定着する可能性が高
samples. Prostate, 68, 1492-1495.
い．今後は臨床的な応用として，各個人固有
[4] Hongoh,Y., Sharma,V.K., et al. (2008)
のアクネ菌遺伝子型と細菌叢全体との関係を
Complete genome of the uncultured Termite
調べることで，ニキビ発症を誘発するアクネ
Group 1 bacteria in a single host protist cell.
菌の増殖を抑制できるような皮膚細菌叢の構
Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A., 105, 5555-5560.
築など，皮膚細菌叢の制御によるニキビ治
[5] Fierer,N., Hamady,M., et al. (2008) The
療・予防法確立を目指す．
influence of sex, handedness, and washing on the
diversity of hand surface bacteria.
Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A., 105, 17994-17999.
謝辞
[6] Langille,M.G., Zaneveld,J., et al. (2013)
本研究に際して，サンプル提供にご協力下さ
Predictive functional profiling of microbial
った東京女子医科大学東医療センターの出来
communities using 16S rRNA marker gene
尾格医師，実験結果に関する多くのアドバイ
sequences. Nat.Biotechnol., 31, 814-821.
スを下さった伊藤優太郎さん，度重なるミー
[7] Grice,E.A., Kong,H.H., et al. (2009)
ティングにおいて研究方針や実験に関して多
Topographical and temporal diversity of the
くの有意義なアドバイスを下さった福田真嗣
human skin microbiome. Science, 324,
特任准教授に心より感謝申し上げます．最後
1190-1192.
に，素晴らしい研究環境を与えて下さってい
る冨田勝教授に深く感謝致します.
参考文献
[1] Tomida,S., Nguyen,L., et al. (2013)
Pan-genome and comparative genome analyses of
propionibacterium acnes reveal its genomic
diversity in the healthy and diseased human skin
microbiome. MBio, 4, e00003-13.
[2] Fitz-Gibbon,S., Tomida,S., et al. (2013)
Propionibacterium acnes strain populations in the
human skin microbiome associated with
acne. J.Invest.Dermatol., 133, 2152-2160.
[3] Sfanos,K.S. and Isaacs,W.B. (2008) An