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本書は「抗菌ペプチドの機能解明と利用技術」というタイトルで出版されますが、執筆は、国内外で抗菌ペプチド研究において多大な実績をあげている方々にお願いしております。
抗菌ペプチド(antimicrobial peptides)は、一般的にプラスに荷電した両親媒性分子(親水性ドメインと疎水性ドメインをもつ)であり、進化の上で保存され、あらゆる種の生物に存在します。抗菌ペプチドは生体防御ペプチド(host defense peptides)とも呼ばれますが、それは、抗菌作用だけでなく、抗ウイルス作用、抗真菌作用を示し、さらに宿主細胞に作用して自然免疫だけでなく獲得免疫を介して、生体防御に重要な役割を果たしているからです。また、ある種の抗菌ペプチドにはグラム陰性菌のエンドトキシン(リポ多糖)を中和する能力をもつものがあります。このように、抗菌ペプチドは、幅広い生物活性を示すことから、新たな抗菌物質、免疫調節物質として、その応用が期待されています。
抗菌ペプチドは、植物、昆虫、脊椎動物などあらゆる生物に存在しますが、いつ頃、地球上に出現したかわかりません。しかし、グラム陰性菌のエンドトキシンや真菌のβ-グルカンの検出・測定に用いられる、カブトガニ(節足動物)のアメーボサイト(白血球に相当する)の顆粒にはデフェンシンをはじめとする種々の抗菌ペプチドが存在します。カブトガニは生きた化石と呼ばれていますが、それは4億5千万年前(オルドビス紀)から現在まで生息しているからです。興味深いことに、カブトガニは、5億4000万年前(カンブリア紀)に出現した三葉虫にもっとも近い、現存生物であるとされています。したがって、抗菌ペプチドは、三葉虫が生息していたカンブリア紀から存在していたと推測してもよいと思われます。
そして、今や我々は、太古の昔から生体防御に関わっている抗菌ペプチドを使って、医薬、食品分野等に応用可能な物質を創り出そうとしています。
順天堂大学
長岡功
【第 I 編 合成・機能解明】
第1章 抗菌ペプチドの構造-機能相関の研究
1 はじめに
2 抗菌ペプチドの構造の特徴と抗菌活性モデル
3 固体NMR分光法
4 ペプチド合成
5 ヘリックス型の抗菌ペプチドの構造
5.1 アラメチシン
5.2 メリチン
5.3 ラクトフェランピン
5.4 グラミシジンA
6 両生類に存在する抗菌ペプチド
6.1 マガイニン2とPGLa
6.2 ボンビニンH2とH4
7 終わりに
第2章 両生類の抗菌ペプチドとその多機能性
1 はじめに
2 両生類の生息環境と皮膚構造
3 両生類抗菌ペプチドの多様なファミリー、多様なサブタイプ
4 両生類抗菌ペプチドの網羅的解析
5 抗菌ペプチドの探索源としての両生類の有用性
6 両生類抗菌ペプチドの多機能性
6.1 抗ウイルス活性
6.2 細菌毒素結合活性
6.3 レクチン様作用
6.4 イムノモデュレーター作用
6.5 マスト細胞脱顆粒作用
6.6 抗酸化作用
7 終わりに
第3章 ラクトフェリンの抗菌・抗ウイルス作用機構
1 ラクトフェリンとは
2 ラクトフェリンの抗菌作用機構
2.1 ラクトフェリンのin vitro抗菌作用
2.2 ラクトフェリシンのin vitro抗菌作用
2.3 ラクトフェリンのin vitro抗バイオフィルム作用
2.4 ラクトフェリンのin vivoでの細菌・真菌感染防御作用
3 ラクトフェリンの抗ウイルス作用機構
4 おわりに
第4章 ラショナルなデザインによる抗菌ペプチドの特性改変
1 はじめに
2 アミノ酸の置換
2.1 疎水性アミノ酸による置換
2.2 塩基性アミノ酸による置換
2.3 疎水性アミノ酸と塩基性アミノ酸による置換
2.4 Dアミノ酸による置換
3 アミノ酸の欠失
4 オリゴペプチドの付加
5 キメラペプチドの形成
6 脂肪酸の付加
6.1 ラウリル酸の付加
6.2 他の脂肪酸の付加
7 非タンパク質性アミノ酸による置換
7.1 アルキルアミノ酸による置換
7.2 嵩高い芳香族アミノ酸による置換
8 おわりに
第5章 昆虫由来抗菌ペプチドの進化工学的高活性化
1 はじめに
2 アピデシン作用機序研究の変遷
3 アピデシンの高活性化
3.1 進化工学システムの基盤整備
3.2 進化工学研究に基づく合理的高活性化へ
4 タナチン作用機序研究の変遷
5 タナチンの高活性化
6 おわりに
第6章 乳酸菌由来の抗菌ペプチド(バクテリオシン)による食中毒菌と腐敗細菌の発育抑制
1 乳酸菌による食品保蔵
2 食品保蔵における非加熱殺菌技術の必要性
3 乳酸菌の産生する抗菌ペプチド(バクテリオシン)
4 食品微生物制御へのバクテリオシン産生乳酸菌の利用
5 バクテリオシン産生乳酸菌による食中毒菌の制御
5.1 プロテクティブカルチャーによる制御
5.2 バクテリオシンを含有する発酵粉末または培養上清による制御
5.3 精製または粗精製バクテリオシンによる制御
5.4 乳酸菌産生バクテリオシンのその他の利用方法
6 バクテリオシンによる腐敗菌の制御
7 抗菌ペプチド耐性菌の出現
8 おわりに
第7章 鳥類生殖器の抗菌ペプチドと感染防御システム
1 はじめに
2 鳥類のToll様受容体
3 鳥類のディフェンシンとカテリシジン
4 ニワトリ卵巣におけるTLRとAvBDの発現特性
5 ニワトリ卵管におけるTLRとAvBDの発現特性
6 卵管の抗菌ペプチド分泌
7 オス生殖器と精子におけるAvBDsの特性
8 おわりに
第8章 抗菌ペプチドの遺伝子組換え微生物を用いた高効率生産技術
1 はじめに
2 大腸菌を宿主とした可溶性での抗菌ペプチドの生産
3 大腸菌を宿主とした不溶性での抗菌ペプチドの生産
4 酵母を宿主とした抗菌ペプチドの生産
5 組換え抗菌ペプチドのNMR解析への応用
6 おわりに
【第 II 編 機能評価・臨床試験】
第1章 病原微生物を標的とした抗菌ペプチドの生体防御に関する多機能性評価
1 はじめに
2 コメα-amylase由来ペプチド(Amyl-1-18)のアミノ酸置換体の設計
3 Amyl-1-18とそのアミノ酸置換体の抗菌活性
4 Amyl-1-18とそのアミノ酸置換体の抗菌作用の機構
4.1 細胞膜損傷作用
4.2 タンパク質合成阻害作用
5 Amyl-1-18とそのアミノ酸置換体の抗炎症活性
6 Amyl-1-18とそのアミノ酸置換体の抗炎症作用の機構
7 Amyl-1-18とそのアミノ酸置換体の創傷治癒作用
8 まとめと今後の課題
第2章 天然物由来抗菌ペプチドの同定および機能性評価
1 抗菌ペプチドの位置づけ
2 特徴
3 植物由来抗菌ペプチドの分子内ジスルフィド結合の重要性
4 今後の展開
第3章 新規抗菌性ペプチドによる難治性皮膚潰瘍治療薬の臨床試験
1 はじめに
2 新規機能性ペプチドAG30/5C
3 皮膚潰瘍を標的とした探索的な臨床研究計画
3.1 評価項目
3.2 選択基準
3.3 除外基準
3.4 試験方法
3.5 併用治療
3.6 解析手法
4 皮膚潰瘍を標的とした探索的な臨床研究結果
4.1 有効性評価
4.1.1 潰瘍面積(cm2)
4.1.2 潰瘍面積の縮小率(%)
4.1.3 菌量
4.2 有効性の結論
4.3 安全性評価
4.3.1 有害事象
4.3.2 臨床検査値の評価
4.4 安全性の結論
5 臨床試験に対する全般的考察
第4章 エンドトキシン測定法と抗菌ペプチド
1 はじめに
2 リムルステストおよびLAL試薬の開発経緯
3 リムルステストの諸方法と最近の進歩
4 リムルス反応に対する干渉因子
5 測定干渉への対処方法
6 エンドトキシンとタンパク質との相互作用
7 生体防御ペプチド中のエンドトキシン測定の意義
8 HDPの抗エンドトキシン活性
9 今後の課題および展望
【第 III 編 技術利用】
第1章 Cathelicidin抗菌ペプチドの作用メカニズムと敗血症治療への応用
1 はじめに
2 cathelicidinの構造と抗菌メカニズム
3 エンドトキシンに対する中和効果
4 敗血症モデル動物に対するcathelicidinペプチドの効果
5 LL-37による宿主細胞活性化のメカニズム
6 新たに明らかになったLL-37のLPS除去作用
7 敗血症治療への応用の可能性と問題点
第2章 納豆抽出抗菌ペプチドの抗がん剤への応用
1 緒言
2 材料及び方法
2.1 材料
2.2 納豆抽出成分
2.3 培養がん細胞
2.4 タンパク質定量及び培養細胞生存率
2.5 Butyl column chromatography
2.6 HPLC、アミノ酸配列
3 結果
3.1 納豆抽出成分のがん細胞に及ぼす影響
3.2 煮豆抽出成分、及び納豆菌のHeLa細胞に及ぼす影響
3.3 納豆抽出成分の他のがん細胞に及ぼす影響
3.4 がん細胞増殖阻止因子の同定
4 考察
第3章 抗菌ペプチドと皮膚疾患
1 はじめに
2 ヒトの皮膚疾患におけるAMPの役割
2.1 乾癬
2.2 アトピー性皮膚炎
2.3 酒さ
2.4 尋常性痤創
2.5 全身性エリテマトーデス
2.6 創傷治癒
3 結論と今後の展望
第4章 乳酸菌抗菌ペプチドの口腔ケア剤への応用
1 はじめに
2 乳酸菌が生産する抗菌ペプチド、バクテリオシン
2.1 一般的な性質と分類
2.2 ナイシンの特徴
3 ナイシンの利用
3.1 食品への利用
3.2 非食品用途への利用
4 ナイシンの口腔ケアへの利用
4.1 口腔用天然抗菌剤、ネオナイシン(R)の開発
4.2 ネオナイシン(R)の口腔細菌への効果
4.3 口腔ケア製品、オーラルピース(R)の開発
5 新しい乳酸菌抗菌ペプチドの利用
6 今後の展望
第5章 ヒト上皮組織に対する抗菌ペプチドの作用
1 上皮組織とは
2 ケラチノサイトを取り巻く抗菌ペプチドの種類
3 分化と抗菌ペプチド
3.1 ケラチノサイトに由来する抗菌ペプチド
3.2 分化によるケラチノサイトの抗菌ペプチドの分泌促進
3.3 ケラチノサイト由来抗菌ペプチドによるケラチノサイトの分化
4 抗菌ペプチドと細胞遊走
5 癌細胞と抗菌ペプチド
5.1 抗菌ペプチドによるケラチノサイトの細胞死
5.2 ケラチノサイト由来癌細胞による抗菌ペプチドの分泌
6 最後に
第6章 抗菌ペプチド(リゾチーム、ナイシン、ε-ポリリジン・プロタミン)の食品添加物としての利用
1 はじめに
2 リゾチーム
2.1 リゾチームの抗菌効果
2.2 リゾチームの安定性
2.3 リゾチームの効果的な使い方
3 ナイシン
3.1 ナイシンの抗菌効果
3.2 ナイシンの安定性について
3.3 ナイシンの効果的な使用方法
4 ε-ポリリジン、プロタミン
4.1 ε-ポリリジン、プロタミンの抗菌効果
4.2 ε-ポリリジン、プロタミンの安定性
4.3 ε-ポリリジン、プロタミンの効果的な使い方
5 おわりに
第7章 抗菌ペプチドのプローブとしての利用
1 はじめに
2 プローブに適した抗菌ペプチドのスクリーニング
3 抗菌ペプチドの遺伝子組換え生産
4 ラテラルフロー法への応用
5 まとめ
第8章 昆虫由来の抗菌ペプチドの応用
1 昆虫の生体防御機構
2 昆虫の抗菌ペプチド
3 昆虫抗菌ペプチドの応用:抗生物質
4 昆虫抗菌ペプチドの応用:抗がん剤
5 昆虫抗菌ペプチドの応用:ミサイル療法
6 総括
