Research

研究目的・テーマ

子牛は疾病への罹患率や死亡率が高い時期であり、この時期の健康状態の良し悪しは、その後の成長期の増体や、成牛になってからの成績に大きく影響すると言われており、畜産経営上の重要な介入ポイントです。当研究グループでは、子牛の成長過程におけるダイナミックな生理・免疫・組織形態の変化を詳細に理解し、子牛を強く・健康に育てる技術開発につなげることを目標にしております。子牛の消化機能の発達（テーマ1）と腸管免疫・微生物の相互作用（テーマ2）を2本柱として、フィールド・ウェットラボ・バイオインフォマティクスを組み合わせた統合的な研究を展開しています。

Our research centers on two interconnected themes: the developmental biology of the digestive tract (Theme 1) and the interplay between mucosal immunity and gut microbiota (Theme 2) in calves. We integrate field-based studies, wet-lab experiments, and bioinformatics approaches.

テーマ１：ウシの消化機能の発達機序

Developmental mechanism of the digestive tract in calves

（写真：反芻胃上皮にある分裂中の細胞）

Fig; Proliferating cells in the rumen epithelial tissue of calf

ウシの消化機能において、反芻胃は飼料の分解や栄養の吸収の双方において、中心的な役割を担っています。しかし、出生直後の反芻胃は非常に小さく、ほとんど機能していません。離乳期に固形物を食べ始めるのとともに反芻胃は急速に成長しますが、そのメカニズムには謎が多くあります。生体における現象ともに、細胞・分子レベルのアプローチにより機序解明を目指しています。

The rumen serves as a pivotal organ in the bovine digestive system, facilitating both the breakdown of feed and the absorption of nutrients. However, in neonatal calves, the rumen is markedly underdeveloped and functionally inactive. During the weaning period, as solid feed intake commences, the rumen undergoes rapid morphological and functional development, yet the precise regulatory mechanisms driving this process remain largely unknown. Our research endeavors to unravel these mechanisms through integrative approaches, encompassing in vivo physiological studies as well as cellular and molecular analyses.

子牛ホルスタイン哺乳 Suckling Holstein calf calves

テーマ２：消化管免疫と共生微生物の関係性

Association between gut immunity and microbiota

（写真：哺乳中のホルスタイン子牛）

Fig; Milk feeding for suckling Holstein calf

生まれたばかりの子牛は免疫機能が脆弱であり、下痢をはじめとした疾病に罹りやすい状態にあります。母牛の初乳は子牛の免疫機能の要であり，初乳に含まれる抗体の腸内細菌叢への働きを調べています。また，次世代シーケンサーを用いた解析により，子牛自身の腸管免疫の発達動態や、腸内細菌叢との相互作用の解明を目指しています。

Newborn calves possess an underdeveloped immune system, making them highly susceptible to diseases such as diarrhea. Colostrum from the dam plays a critical role in supporting the immune function of calves, and our research focuses on investigating the effects of colostral antibodies on the gut microbiota. Additionally, leveraging next-generation sequencing technologies, we aim to elucidate the developmental dynamics of the calf’s intestinal immune system and its intricate interactions with the gut microbiota.

使用技術　Approaches & Technologies

オミクス解析　Omics approaches

　・16S rDNA V1-V9 シーケンシング（Oxford Nanopore, MinION）による細菌叢解析

　・ロングリード mRNA-Seq（Oxford Nanopore, P2Solo）によるトランスクリプトーム解析

　・LC-MSによる血液・組織・糞便のメタボローム解析

　・バイオインフォマティクスパイプラインの作成と運用

16S rDNA V1-V9 amplicon sequencing using Oxford Nanopore MinION for full-length microbial profiling; long-read mRNA-Seq (Oxford Nanopore, P2Solo) for transcriptome analysis; in-house bioinformatics pipeline development. Metabolome analysis for blood, tissue and fecal samples using LCMS.

組織学・免疫学　Histology & Immunology

　・組織切片の作製・免疫組織化学染色（IHC）・蛍光染色

　・フローサイトメトリー（FCM）による細胞の解析・ソーティング

　・ELISA による抗体・サイトカインの定量

Tissue sectioning, immunohistochemistry (IHC), fluorescence staining; flow cytometry (FCM) for immune cell phenotyping and sorting; ELISA for quantification of antibodies and cytokines.

細胞培養　Cell culture

　・ウシルーメン上皮細胞の初代培養・組織幹細胞培養系

　・培養系を用いた短鎖脂肪酸や増殖因子の機能解析

Primary and passaged culture of bovine rumen epithelial cells using tissue stem cell culture technics; functional assays examining the effects of short-chain fatty acids and growth factors on epithelial cell proliferation and differentiation.

研究フィールド　Research field

北大農場（札幌キャンパス内）　Hokkaido University Research Farm

当研究室の研究フィールドは、北海道大学札幌キャンパス内に位置する北大牧場です。都市のキャンパス内にありながらホルスタイン乳牛群を飼養管理しており、夏季は放牧、冬季は舎飼いによる管理を行っています。研究対象となる子牛のサンプル（消化管内容物、組織、血液など）の採取は主にこの牧場で実施しており、牧場と実験室が近接している利点を活かし、サンプルを迅速に解析に回すことが可能です。

Our primary research field is Hokkaido University Farm, uniquely located within the Sapporo campus. The farm maintains a Holstein dairy herd managed under a seasonal system with summer pasture and winter housing. Sample collection from calves—including gastrointestinal contents, tissues, and blood—is conducted on-site, and the proximity of the farm to the laboratory enables rapid processing of fresh samples.

大学農場の他にも、北海道内外の研究協力先（公的機関や民間農場）においても試験・サンプル採取を随時実施しています。

Beyond the university’s own facilities, we perform experiments and sample collection in collaboration with public and private partners across Hokkaido and throughout Japan.