Genome sequence analysis of actinomycetes and its effective use in the discovery of secondary metabolite biosynthetic genes

• Project Area: Biosynthetic machinery: Deciphering and regulating the system for bioactive metabolite diversification
• Project/Area Number: 22108010
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: National Institute of Infectious Diseases
• Principal Investigator: ISHIKAWA Jun 国立感染症研究所, 真菌部, 室長 (40202957)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): HOSHINO Yasutaka 国立感染症研究所, 真菌部, 主任研究官 (40399457)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥39,520,000 (Direct Cost: ¥30,400,000、Indirect Cost: ¥9,120,000); Fiscal Year 2014: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000); Fiscal Year 2013: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2012: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2011: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2010: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: ゲノムシークエンス / 二次代謝産物 / 生合成遺伝子 / ゲノム / 次世代シークエンサー / 二次代謝 / データベース / 抗生物質 / 生合成

Outline of Final Research Achievements

Actinomycetes produce various medically important secondary metabolites such as antibiotics, anticancer drugs, etc. Recent genome analyses revealed that their ability to produce such metabolites was 10-fold higher than previously known. To unveil their hidden ability, we searched for Pfam domains in all proteins coded in four well-annotated actinomycete genomes. The result indicated that there were Pfam domains only or frequently found in secondary metabolism related proteins. We developed a web tool, 2ndFind, to find secondary metabolite biosynthetic genes using those Pfam domains as the indicator. The 2ndFind is freely available at the URL http://biosyn.nih.go.jp/2ndfind/.

Research Products

• [Journal Article] A peptide ligase and the ribosome cooperate to synthesize the peptide pheganomycin. (2015)
  • Author(s): Noike, M., Matsui, T., Ooya, K., Sasaki, I., Ohtaki, S., Hamano, Y., Maruyama, C., Ishikawa, J., Satoh, Y., Ito, H., Morita, H. and Dairi T.
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 11 Issue: 1 Pages: 71-76
  • DOI: 10.1038/nchembio.1697
  • NAID: 120005619608
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reconstitution of biosynthetic machinery for the synthesis of the highly elaborated indole diterpene Penitrem. (2015)
  • Author(s): Liu, C., Tagami, K., Minami, A., Matsumoto, T., Frisvad, J.C., Suzuki, H., Ishikawa, J., Gomi, K., and Oikawa, H.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Issue: 19 Pages: 5748-5752
  • DOI: 10.1002/anie.201501072
  • NAID: 130007492191
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A methyltransferase initiates terpene cyclization in teleocidin B biosynthesis (2014)
  • Author(s): Awakawa, T., Zhang, L., Wakimoto, T., Hoshino, S., Mori, T., Ito, T., Ishikawa, J., Tanner, M. E., Abe, I.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 Issue: 28 Pages: 9910-9913
  • DOI: 10.1021/ja505224r
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Draft genome sequence of Rhodococcus erythropolis JCM 6824, an aurachin RE antibiotic producer. (2014)
  • Author(s): Kitagawa, W., Hata, M., Sekizuka, T., Kuroda, M., and Ishikawa, J.
  • Journal Title: Genome Announcement Volume: 2 Issue: 5
  • DOI: 10.1128/genomea.01026-14
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 放線菌の薬剤耐性 (2014)
  • Author(s): 石川淳
  • Journal Title: 化学療法の領域 Volume: 30 Pages: 122-128
• [Journal Article] Complete genome sequence of the motile actinomycete Actinoplanes missouriensis 431(T) (= NBRC 102363(T)) (2012)
  • Author(s): Hideki Yamamura
  • Journal Title: Standards in Genomic Sciences Volume: 2 Issue: 2 Pages: 294-303
  • DOI: 10.4056/sigs.3196539
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reveromycin A biosynthesis uses RevG and RevJ for stereospecific spiroacetal formation (2011)
  • Author(s): Takahashi S
  • Journal Title: Nat.Chem.Biol. Volume: 7 Issue: 7 Pages: 461-468
  • DOI: 10.1038/nchembio.583
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of nocobactin NA biosynthetic gene clusters in Nocardia farcinica. (2011)
  • Author(s): Hoshino, Y.
  • Journal Title: Journal of Bacteriology Volume: 193 Pages: 441-448
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome sequence of Kitasatospora setae NBRC 14216^T ; an evolutionary snapshot of the family Streptomycetaceae. (2010)
  • Author(s): Ichikawa, N.
  • Journal Title: DNA Research Volume: 17 Pages: 393-406
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Streptomyces属放線菌C42由来のセルロース分解遺伝子カセットの構築とセルロース分解能の異種発現. (2015)
  • Author(s): 春日 和, 千田優香, 興野峻一郎, 友常久実子, 牟田口祐太, 志村洋一郎, 石川 淳, 池田治生, 小嶋郁夫
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] Streptomyces rochei 7434AN4株の線状ゲノムの塩基配列解析. (2015)
  • Author(s): 稲田晋宣, 曹 志生, ニンディタ ヨシ, 張 奕ブン, 田上道平, レジャヴァ アレキサンダー, 志波 優, 吉川博文, 石川 淳, 木梨陽康, 荒川賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 抗生物質BD-12生合成遺伝子の機能解析. (2015)
  • Author(s): 新倉春香, 丸山千登勢, 泉川美穂, 石川 淳, 池田治生, 新家一男, 濱野吉十
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] 2ndFind: a Web-Based Support Tool to Find Secondary Metabolite Biosynthetic Gene Cluster. (2015)
  • Author(s): 石川 淳, 星野泰隆
  • Organizer: 日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-03-06 – 2015-03-08
• [Presentation] A methyltransferase initiates terpene cyclization in teleocidin B biosynthesis. (2015)
  • Author(s): Awakawa, T., Mori, T., Zhang, L., Wakimoto, T., Hoshino, S., Ito, T., Ishikawa, J., Tanner, M. E. and Abe, I.
  • Organizer: Natural Product Discovery and Development in the Post Genomic Era
  • Place of Presentation: San Diego, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-01-11 – 2015-01-14
• [Presentation] リボソームと新規ペプチドライゲースによる協同的ペプチド生成機構. (2014)
  • Author(s): 野池基義, 松井 崇, 雄谷洸一, 佐々木郁雄, 丸山千登勢, 濱野吉十, 石川 淳, 佐藤康治, 伊藤 肇, 森田洋行, 大利 徹
  • Organizer: 天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-17
• [Presentation] Teleocidin 類の生合成機構の解明. (2014)
  • Author(s): 森 貴裕, 淡川孝義, 張驪駻, 星野翔太郎, 脇本敏幸, 森田洋行, 伊藤卓也, 石川 淳, 阿部郁朗
  • Organizer: 天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 高知
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-17
• [Presentation] 2ndFind: a web-based support tool to find secondary metabolite biosynthetic gene cluster. (2014)
  • Author(s): Ishikawa, J. and Hoshino, Y.
  • Organizer: International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • Place of Presentation: Kusadasi, Turkey
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-12
• [Presentation] Investigation of siderophore biosynthesis genes in Nocardia. (2014)
  • Author(s): Hoshino, Y. and Ishikawa, J.
  • Organizer: International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • Place of Presentation: Kusadasi, Turkey
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-12
• [Presentation] 抗生物質BD-12生合成遺伝子の機能解析. (2014)
  • Author(s): 新倉春香, 丸山千登勢, 石川 淳, 濱野吉十
  • Organizer: 日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] 2ndFind：二次代謝産物生合成遺伝子クラスター発見ウェブツール. (2014)
  • Author(s): 石川 淳, 星野泰隆
  • Organizer: 日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] Nocardia cyriacigeorgicaの生産するシデロフォア. (2014)
  • Author(s): 石川 淳
  • Organizer: 日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] Streptomyces thermocarboxydus C42のセルラーゼ遺伝子群の発現解析と発現タンパク質によるセルロース分解. (2014)
  • Author(s): 友常久実子, 春日 和, 小林正之, 志村洋一郎, 石川 淳, 池田治生, 小嶋郁夫
  • Organizer: 日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] 抗生物質BD-12生合成遺伝子の機能解析. (2014)
  • Author(s): 新倉春香, 丸山千登勢, 関塚剛史, 黒田 誠, 石川 淳, 濱野吉十
  • Organizer: 日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [Presentation] ペプチドライゲースとリボソームとの協同によるペプチド新奇生合成機構の解明 (2014)
  • Author(s): 野池基義, 雄谷洸一, 佐々木郁雄, 丸山千登勢, 石川淳, 佐藤康治, 濱野吉十, 伊藤肇, 大利徹
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 川崎
• [Presentation] キャンディン系抗真菌化合物アクレアシンの生合成に関わるオキシゲナーゼ遺伝子の同定 (2014)
  • Author(s): 荒井裕太郎, 星野泰隆, 清野優花, 佐藤浩之, 石川淳
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 川崎
• [Presentation] セルラーゼ高分泌性放線菌Streptomyces argenteolus M178株由来のセルラーゼ遺伝子群の解析 (2014)
  • Author(s): 春日和, 日景真紀, 安達紗由香, 友常久実子, 志村洋一郎, 小林正之, 石川淳, 池田治生, 小嶋郁夫
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 川崎
• [Presentation] セルラーゼ高分泌放線菌Streptomyces thermocarboxydus C42 のゲノム解読より見出された推定セルラーゼ遺伝子群の発現解析および発現タンパク質によるセルロース分解 (2014)
  • Author(s): 友常久実子, 春日和, 佐藤梓織, 小林正之, 志村洋一郎, 石川淳, 池田治生,小嶋郁夫
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 川崎
• [Presentation] Streptomyces rochei 7434AN4 株の線状染色体の塩基配列解析 (2014)
  • Author(s): 稲田晋宣, 曹志生, ニンディタヨシ, 片岡憂祐, 田上道平, レジャヴァアレキサンダー, 志波優, 吉川博文, 石川淳, 木梨陽康, 荒川賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 川崎
• [Presentation] Analysis of RevU interaction to carboline compounds (2014)
  • Author(s): Panthee, S., Takahashi, S., Hayashi, T., Shimizu, T., Ishikawa, J., Matsuoka, S., Onuki, T., Osada, H.
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 川崎
• [Presentation] De novoアセンブリーの最適化と二次代謝生合成遺伝子発見ツールの開発 (2013)
  • Author(s): 石川淳
  • Organizer: 第86回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2013-03-18
  • Invited
• [Presentation] 放線菌ゲノム解析と二次代謝産物生合成遺伝子情報の効果的利用 (2013)
  • Author(s): 石川淳
  • Organizer: 生合成マシナリー：生物活性物質構造多様性創出システムの解明と制御, 第5回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 札幌
• [Presentation] Nocardia属放線菌のシデロフォア生合成遺伝子の探索 (2013)
  • Author(s): 星野泰隆, 石川 淳
  • Organizer: 第28回日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 広島
• [Presentation] 放線菌に見出した新規ペプチドライゲース (2013)
  • Author(s): 野池基義, 雄谷洸一, 佐々木郁雄, 丸山千登勢, 石川淳, 佐藤康治, 濱野吉十, 伊藤 肇, 大利徹
  • Organizer: 第28回日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 広島
• [Presentation] セルロース分解性放線菌Streptomyces thermocarboxydus C42ゲノムに見出されたセルラーゼ推定遺伝子群の異種発現によるセルロース分解様式および遺伝子発現解析 (2013)
  • Author(s): 友常久実子, 春日和, 小林正之, 池田治生, 石川淳, 小嶋郁夫
  • Organizer: 第28回日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 広島
• [Presentation] 放線菌ゲノム解析と二次代謝産物生合成遺伝子情報の効果的利用 (2013)
  • Author(s): 石川淳
  • Organizer: 生合成マシナリー：生物活性物質構造多様性創出システムの解明と制御, 第6回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉
• [Presentation] 次世代シークエンサーによる「とりあえずゲノム」解析のすすめ (2012)
  • Author(s): 石川淳
  • Organizer: 第56回日本医真菌学会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2012-11-10
  • Invited
• [Presentation] 2ndFind: a web-based support tool to find secondary metabolite biosynthetic gene cluster. (2012)
  • Author(s): Ishikawa, J.
  • Organizer: International Conference of Natural Products Biosynthesis
  • Place of Presentation: Awaji Shima, Japan
  • Year and Date: 2012-06-17
• [Presentation] 二次代謝産物研究における次世代シークエンサーの利用 (2012)
  • Author(s): 石川淳
  • Organizer: 日本農芸化学会東北支部シンポジウム
  • Place of Presentation: 秋田
  • Invited
• [Presentation] Nocobactin NA biosynthesis gene clusters in Nocardia farcinica (2011)
  • Author(s): Hoshino, Yasutaka
  • Organizer: 16th International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • Place of Presentation: Mexico
  • Year and Date: 2011-12-11
• [Presentation] 次世代シークエンサーによるMicromonospora griseorubidaのゲノム解析 (2010)
  • Author(s): 石川淳
  • Organizer: 第25回日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-09-02
• [Remarks] 2nfFind
  • URL: http://biosyn.nih.go.jp/2ndFind/
• [Remarks] 2ndFind
  • URL: http://biosyn.nih.go.jp/2ndfind/
• [Remarks] 2ndFind
  • URL: http://biosyn.nih.go.jp/2ndfind/