応用生物学系 岸川淳一 准教授らの研究グループは、コレラ菌など一部の病原性細菌のエネルギー生産に必須のナトリウムポンプの動作原理を明らかにしました

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応用生物学系 岸川淳一 准教授らの研究グループは、コレラ菌など一部の病原性細菌のエネルギー生産に必須のナトリウムポンプの動作原理を明らかにしました

概要

応用生物学系 岸川淳一 准教授らの研究グループ、コレラ菌など一部の病原性細菌のエネルギー生産に必須のナトリウムポンプ（ナトリウム輸送性NADH-ユビキノン酸化還元酵素※1、以下 NQR）の動作原理を明らかにしました。
　具体的には、NQRが基質の酸化還元反応（電子のやりとり）に応じてその立体構造をダイナミックに変化させる様子を、低温電子顕微鏡（クライオEM）※2を用いて、世界で初めて詳細に観察しました。さらに、その構造変化がナトリウムイオンの輸送に必須であることを、分子動力学（MD）シミュレーション※3によって裏づけました。今回の成果は、酸化還元反応によって作動するユニークなナトリウムポンプであるNQRがナトリウムをくみ出す仕組みを明らかにしたものです（図1）。これにより、NQRを標的とする新しい抗菌剤の開発研究の基盤が整えられたと言えます。


図1．本研究成果の概要（イラスト：石川萌）
　本件の詳しい内容はこちら（PDF）
　本研究成果は 2026年2月12日に国際学術誌『Nature Communications』（外部リンク）にオンライン掲載されました。

用語解説

※1　ナトリウム輸送性NADH-ユビキノン酸化還元酵素（NQR）：
　細菌の細胞膜に存在し、基質であるNADHとユビキノンの酸化還元を駆動力として、ナトリウムイオンを細胞膜の外側へ能動輸送する酵素です。哺乳類ミトコンドリア には、ナトリウムイオン（Na+）の代わりにプロトン（H+）を輸送する酵素（呼吸鎖複合体-I）が存在しますが、進化的にも構造的にもNQRとは異なるため、NQRは理想的な創薬標的だと考えられています。
※2　低温電子顕微鏡法（クライオEM法）：
　タンパク質などの生体高分子を生理的環境に近い水溶液中で凍結させた状態で電子顕微鏡観察する手法。構造生物学の分野では、従来のX線結晶構造解析法に代わるタンパク質の構造解析法として急速に発展しています。
※3　分子動力学（MD）シミュレーション：
　タンパク質分子やその周囲に存在する水分子・イオンなどを構成する一つひとつの原子の運動を、原子間相互作用に基づいて数値的に計算する手法です。近年のCPUやGPUをはじめとする計算資源の発展により、大規模なタンパク質分子のシミュレーションも可能になっています。

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