【研究領域課題番号】21H02639 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

天然物 / 微生物 / 休眠遺伝子 / 共培養 / ケミカルバイオロジー / マクロファージ / 免疫抑制作用 / 進化

【研究成果の概要】

放線菌や真菌は，多くの有用な化合物を提供してきた．しかしながらその遺伝子は２割程度しか働いておらず，新たな新規天然物を生産するであろう生合成遺伝子が眠ったままの休眠遺伝子であることがわかっている．我々は近年，病原放線菌と動物細胞の共培養法を開発し，休眠遺伝子活性化に成功している．この新規手法は，病原微生物が動物に感染する際の状況を再現し，疑似感染状態を模倣したもので，国内外でも初めての例であり独創的で新規性が高い．本研究では，本共培養法を病原真菌にも応用し，新たな共培養特異的化合物を見いだし，その生産機構に迫ることを目的とする．
千葉大学真菌医学研究センターが保有する臨床検体から分離された病原真菌と免疫細胞（マウスマクロファージ様細胞）を様々な条件下共培養を行った．細胞のみの培養，菌のみの培養および，共培養の際の化合物生産をHPLCで比較し，共培養特異的化合物を見いだした．
病原放線菌Nocardia tenerifensisとマウスマクロファージの共培養により生産されるnocarjamideの生産機構の解明に向け種々検討し，N. tenerifensisは，マクロファージの出す比較的大きいタンパク質に反応している可能性があると推定した．
病原真菌Aspergillus属とマウスマクロファージ様細胞の共培養を行い，共培養特異的に産生される化合物を単離・構造決定した．また，RNA-seq.により，fumarylalanineの生合成クラスターSidEが共培養特異的に発現が上昇することを見いだした．Aspergillus属とマウスマクロファージ様細胞との共培養で，fumarylalanineの生合成が上昇し，化合物は，fumarylalanineを用いて生合成されたと推測した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】16K07503 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生活史 / 植物 / 個体群生態学 / 進化学 / 植物生態学 / 個体群動態 / 個体群生態 / 種間関係 / 菌根共生 / 個体群統計学 / 微生物 / 進化 / 生態学

【研究成果の概要】

共生がもたらす適応度への効果は正に働くと考えられているが、実際には、共生相手の種や条件に応じて、正の影響も負の影響もある。共生に焦点を当てた進化論的研究では、「最も重要な影響はすみやかにより高い繁殖へと変換され、短期間で観察可能な適応性の増減をもたらす」と仮定されている。しかし、環境条件、共生者および相互作用する種の遺伝的特徴によっては、共生は短期間で非常に変化しやすい影響をもたらす可能性がある。その問題に取り組むために、エストニアで野生のラン種を用いて適応度を測定する実験をした。その結果、共生は短期的にはさまざまな影響を及ぼしたが、長期的には全体的な適応性が向上することを発見した。

【研究の社会的意義】

進化論的研究では、一般に短期間の測定基準を使用して適応度を推定し、短命な種を使用する。しかし、長命な種は、適応度の影響が時間の経過とともに相加的ではないため、より複雑な適応度を持つ。私が、ここで使われているアプローチを使用したら、共生は短期的に適応的であると示せるだろうか？もしくは長期的に適応的であると示せるだろうか？このプロジェクトでは、東京大学の大学院生と大学部生に進化論的研究の指導も行った。さらに、このプロジェクトの結果は植物の生態学に大きな影響を与え、イギリス、アメリカ、その他の国の新聞記事に掲載された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】15H04189 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

合成生物学 / 進化分子工学 / スクリーニング / トリテルペン / オキシドスクアレン / 環化酵素 / 応用微生物 / バイオテクノロジー / 生物・生体工学 / 酵素反応 / 生体分子 / 微生物 / 生体機能利用 / 進化 / スクアレン / ホペン / スクアラン / ライブラリ / セレクション

【研究成果の概要】

30,000を超えると云われるトリテルペン類の全てが，スクアレンを原料として生合成される．これらの骨格形成に関わる未知の遺伝子探索と機能改良のため，不可視であった細胞内のスクアレンの消費活性を色スクリーニングする手法を開発した．この手法を用いて得たスクアレン環化酵素の活性変異体を用いた人工経路を構成し，自然界には見つかっていない種々の非天然トリテルペン合成経路を確立することに成功した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】26292047 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

微生物機能 / 窒素固定 / 水素代謝 / 共生 / シングルセルゲノム / 還元的酢酸生成 / Bacteroidales目細菌 / スピロヘータ / ゲノム / 生態 / 進化 / 微生物 / 生態学 / 分類学 / 微生物ゲノム / 微生物進化 / 生物多様性 / 難培養微生物

【研究成果の概要】

Bacteroidales目細菌において、窒素固定あるいは古細菌の水素代謝に関連する遺伝子をゲノム上に有する細菌種を見出し、培養株で活性を検出した。シロアリ腸内の窒素固定と水素利用還元的酢酸生成に働く細菌として、セルロース分解性原生生物の細胞内共生スピロヘータを同定した。この細胞内共生細菌と原生生物の細胞表層に共生するBacteroidales目細菌２種について、シングルセルゲノム解析で機能と共生機構の解明を行なった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)

【研究分野】寄生虫学(含衛生動物学)

【研究領域課題番号】26293093 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

感染症 / 原虫 / 病原機構 / 膜輸送 / 代謝 / 創薬 / オルガネラ / 進化 / 小胞輸送 / プロテアーゼ / 微生物 / 蛋白質 / システインプロテアーゼ / 赤痢アメーバ

【研究成果の概要】

腸管寄生性原虫赤痢アメーバのもつ、組織破壊に重要なシステインプロテアーゼの細胞内輸送・分泌の分子機構を解明することを目的に、リソソームから細胞膜への輸送に関与する低分子量GTPase Rab11Bと相互作用し活性を制御したり、分泌を直接実行する分子の特定を行った。活性型 Rab11B に特異的に結合するタンパク質としてbeta adaptin, gamma adaptin, Sec6を同定した。Rab11B が積み荷輸送において出芽から繋留まで制御することを示唆している．本研究成果は、病原因子の分泌と組織破壊を阻害する方法の構築にも役立つ可能性がある。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)

【研究分野】生態・環境

【研究領域課題番号】26291088 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 表現型可塑性 / トレードオフ / 藻類 / 適応 / 数理モデル / 生態学 / 微生物 / モデル化

【研究成果の概要】

進化や表現型可塑性による適応現象と個体数変化といった生態現象が密接に関連する「生態－適応フィードバック」の存在が明らかになりつつある。その理解を「種内多様性の具体性」の新しい視点から深化させる研究に取り組んだ。その結果、遺伝的構成のわずかな違いによって、異なる進化と生態のダイナミクスが引き起こされることがわかった。本研究により、遺伝的多様性の質的な違いが生態系に大きな影響を与えることがあると示され、生物多様性の一側面である遺伝的多様性を考慮する重要性が、今まで以上に示された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)

【研究分野】生体生命情報学

【研究領域課題番号】23680030 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

進化 / 大腸菌 / オートメーション / トランスクリプトーム / ゲノム / 進化実験 / ラボオートメーション / ストレス耐性 / 微生物 / 生体生命情報学 / マイクロアレイ / 次世代シーケンサ

【研究成果の概要】

本研究は、進化過程における微生物の表現型・遺伝子型の変化を高精度に解析することにより、適応進化のダイナミクスを担うメカニズムの根源に迫ることを目的としている。まず系統的な進化実験を行うために、ラボオートメーションを用いた自動培養システムの構築を行い、数百系列の培養を対数増殖期を保つように植え継ぐことに成功した。そのシステムを用いて、様々なストレス添加条件下での進化実験を行い、その過程における遺伝子発現量の変化とゲノムへの変異固定を網羅的に定量した。これらのデータを統合することにより、一部の適応的な表現型の変化はゲノムの変異によって説明できないことが示唆された。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】27,040千円 (直接経費: 20,800千円、間接経費: 6,240千円)

【研究分野】ケミカルバイオロジー

【研究領域課題番号】22603009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ケミカルエコロジー / 国際情報交換 / 徴生物 / 有機化学 / 生体分子 / 菌類 / 近緑種 / 進化 / 微生物 / アメリカ合衆国 / 近縁種

【研究成果の概要】

寄生菌P2は、互いに近縁の真菌C1とC2を侵食する際に、C1には誘引され、 C2には阻害される。この誘引と阻害に関わる物質を探索した結果、 C1の抽出物からP2に対する誘引活性を示す新規の芳香族化合物を単離、構造決定した。 一方、 タマバエがブナの葉の組織を異常発達させてできる虫えいに注目し、 その桃色虫えいに含まれる主要赤色色素の化学構造を決定した。また、この赤色色素は、葉に比べて虫えい中に3倍程度多く存在することを明らかにした。 さらに、 赤色色素を異常生産させる物質を探索する評価系を確立し、虫えい抽出物に若葉を赤変する活性を見出した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】16380056 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Thermus属細菌 / リジン生合成 / 基質特異性 / X線結晶構造解析 / 分子進化工学 / 転写調節 / 生合成 / アミノ酸 / 酵素 / 進化 / 微生物 / 気質特異性

【研究成果の概要】

1)Thermus thermophilusにおいて、ホモアコニターゼの酵素学的諸性質を解析し、同酵素が第3番目の反応を触媒出来るものの、第2番目については触媒出来ないことを明らかにした。2)αアミノアジピン酸アミノ基転移酵素(AAA-AT)について、ピリドキサールリン酸(PLP)複合体構造、およびPLP+ロイシン複合体構造などをX線結晶構造解析により決定した。AAA-ATは、リジン生合成の基質である2-オキソカプロン酸だけでなく、ロイシン生合成、フェニルアラニン生合成の対応化合物に対しても高い活性を有している。その基質認識機構を、タンパク質の立体構造決定することにより解析した。稼働性が高いN末端のα1ヘリックスが基質側鎖の性質に応じて移動すると同時に、同ヘリックスに存在するArg残基が活性発現に重要な役割を持っていることを明らかにした。3)DNAシャッフリングにより、ロイシン生合成の対応基質2-イソプロピルリンゴ酸に対して高い活性を示す改変型ホモイソクエン酸脱水素酵素を作製した。得られた酵素、および導入された個々の置換の効果を解析し、それら何れの置換も基質特異性の変換に効果があることが明らかにした。4)AAAのαアミノ基の修飾を行う酵素LysXについて、T.thermophilus HB27株のもの、およびSulfolobus tokodaiiのLysXパラログについて、結晶化に成功した。5)主要リジン生合成酵素遺伝子クラスターの転写はリジンによって制御されていることを明らかにした。その様式は大腸菌のtrpオペロンに類似したattenuation機構であった。さらに、同クラスターの転写はアルギニン生合成転写調節因子ArgRおよびプロリン代謝転写調節因子PutRによっても制御されていることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】15,700千円 (直接経費: 15,700千円)