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巨大な運動装置複合体を持つバクテリアの作動機構の1分子計測による解明

Research Project

Project/Area Number 15J12274
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biophysics
Research InstitutionGakushuin University

Principal Investigator

木下 佳昭  学習院大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsバクテリア / アーキア / トルク / べん毛多型変換 / ステップ運動 / エネルギー変換効率 / 蛍光イメージング / 全反射顕微鏡 / 3次元位置検出顕微鏡 / 電子顕微鏡 / 数理モデル
Outline of Annual Research Achievements

今年度は色素や微小ビーズを介したイメージングにより、バクテリアとアーキアに関する以下の4つの知見を得た。

(1) 高度好塩菌の1種であるHalobacterium salinarumに200-1000 nmの蛍光ビーズを結合させ、4000 fpsの時間分解能の下回転観察可能な実験系を構築した。回転速度はビーズのX-Y方向の時間変化をフーリエ変換により見積もり、ビーズの大きさによらず20 Hz程度となった。
(2) カメムシの共生細菌の1種であるBurkholderia sp. RPE64を蛍光色素Cy3を用いてラベルした。この方法により、細胞並びにべん毛繊維のリアルタイムイメージングが光学顕微鏡下において可能となった。観察の結果、他のバクテリアで見られる通常のべん毛運動だけでなく、べん毛繊維を自身の体に巻き付けながら遊泳運動する様子が確認できた。また、べん毛を滑走運動に使う様子を世界で初めて示した。本内容は海外学術誌において現在レビュー中である。
(3) Escherichia coli K-12をビオチン・アビジン結合により蛍光ラベルした。蛍光観察により、べん毛繊維を前にして進む運動が確認できた。どの教科書にも記述されていない新しい運動様式である。遺伝子解析により、べん毛繊維 FliCのアミノ酸がアスパラギンからリジンに変換されていることを明らかにした。この変異によりべん毛繊維のらせん方向が右巻きから左巻きに変換されており、繊維を反時計方向に回転させることで特異の運動を示すことをTIRF観察により示した。
(4) Mycoplasma mobileを高濃度の界面活性剤で処理することで、1点で回転運動する様子を検出した。回転の速度はATP濃度に依存しているが、ステッピングトルクはATP濃度によらず75-90 pN nmであった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (4 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 延世大学(韓国)

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Detection of Rotation and Steps of the Archaellum2017

    • Author(s)
      木下 佳昭
    • Journal Title

      Seibutsu Butsuri

      Volume: 57 Issue: 2 Pages: 101-102

    • DOI

      10.2142/biophys.57.101

    • NAID

      130005509478

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direct observation of rotation and steps of the archaellum in the swimming halophilic archaeon Halobacterium salinarum2016

    • Author(s)
      Kinosita, Y. Uchida, N. Nakane, D. Nishizaka, T.
    • Journal Title

      Nat Microbiol

      Volume: 1 Issue: 11 Pages: 16148-16148

    • DOI

      10.1038/nmicrobiol.2016.148

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Three-Dimensional Superlocalization Imaging of Gliding Mycoplasma mobile by Extraordinary Light Transmission through Arrayed Nanoholes2015

    • Author(s)
      Lee, W. Kinosita, Y. Oh, Y. Mikami, N. Yang, H. Miyata, M. Nishizaka, T. Kim, D.
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 9 Issue: 11 Pages: 10896-908

    • DOI

      10.1021/acsnano.5b03934

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Unforeseen movement in swimming bacteria2017

    • Author(s)
      木下佳昭、宮田真人、西坂崇之
    • Organizer
      Bacterial Flagella, Injectisomes and Type III Secretion System
    • Place of Presentation
      沖縄県
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      2016 Annual Research Report
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  • [Presentation] Detection of rotation and steps of the archaellum in the swimming halophilic archaeon Halobacterium salinarum2017

    • Author(s)
      木下佳昭、内田就也、中根大介、西坂崇之
    • Organizer
      日本細菌学会
    • Place of Presentation
      宮城県
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Real-time imaging of a helical handedness, pitch and rotation rate of archaeal flagella2016

    • Author(s)
      木下佳昭、西坂崇之
    • Organizer
      第21回べん毛交流会
    • Place of Presentation
      山形県天童市
    • Year and Date
      2016-03-07
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] UNITARY STEPS OF SUPERMOLECULAR MOTILITY MACHINERIES IN GLIDING BACTERIA AND SWIMMING ARCHEAEA2016

    • Author(s)
      Kinosita Y, Nakane D, Uchida N, Miyata M, Nishizaka T
    • Organizer
      Biophysical society 60th annual meeting
    • Place of Presentation
      アメリカカリフォルニア州ロサンゼルス
    • Year and Date
      2016-02-29
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Real-time imaging of a polymorphism, rotation rate and stepwise rotation of archaeal flagella (archaella)2016

    • Author(s)
      Kinosita Y, Uchida N, Nakane D, Nishizaka T
    • Organizer
      Sensory transduction in Microorganism (Gordon conference)
    • Place of Presentation
      アメリカカリフォルニア州ベンチュラ
    • Year and Date
      2016-01-17
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 滑走するバクテリアのトルクからエネルギー変換効率を見積もる2016

    • Author(s)
      木下佳昭、宮田真人、西坂崇之
    • Organizer
      2016年生体運動合同班会議
    • Place of Presentation
      キャンパスプラザ京都
    • Year and Date
      2016-01-09
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Direct observation of rotation and steps of the archaellum in the swimming halophilic archaeon Halobacterium salinarum2016

    • Author(s)
      木下佳昭、内田就也、中根大介、西坂崇之
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      茨城県
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Unitary steps of supramolecula motility machineries in gliding and swimming archaea2016

    • Author(s)
      木下佳昭、中根大介、内田就也、宮田真人、西坂崇之
    • Organizer
      日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      茨城県
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of the parameter in swimming motility of halophilic archaeon, Halobacterium salinarum2015

    • Author(s)
      Kinosita Y, Uchida N, Nakane D, Nishizaka T
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2015-09-14
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 未踏の領域であるアーキアべん毛の運動機構の解明に挑戦する2015

    • Author(s)
      木下佳昭、内田就也、中根大介、西坂崇之
    • Organizer
      第5回分子モーター討論会
    • Place of Presentation
      東京大学駒場キャンパス
    • Year and Date
      2015-06-13
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] アーキアべん毛の回転計測2015

    • Author(s)
      木下佳昭、内田就也、中根大介、西坂崇之
    • Organizer
      第12回大腸菌交流会
    • Place of Presentation
      滋賀おごと温泉
    • Year and Date
      2015-06-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Book] 月刊Bioindustry2017

    • Author(s)
      木下佳昭、内田就也、中根大介、西坂崇之
    • Total Pages
      9
    • Publisher
      CMC出版
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      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] アーキアのべん毛を動かす運動モーターの仕組みに迫る!

    • URL

      http://www.natureasia.com/ja-jp/nmicrobiol/interview/10

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  • [Remarks] 学習院大学初。理学部学生の研究がネイチャー姉妹誌に掲載されました。

    • URL

      http://www.univ.gakushuin.ac.jp/news/2016/0829.html

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  • [Remarks] 世界初、死海で動く微生物モーターの仕組みを理学部学生が解明

    • URL

      http://www.yomiuri.co.jp/adv/gakushuin/special/sp057/page_01.html

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      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] First direct visualization of archaella's rotation

    • URL

      https://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-10/gu-fdv102616.php

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      2016 Annual Research Report
  • [Funded Workshop] Sensory transduction in Microorganism (Gordon conference)2016

    • Place of Presentation
      アメリカカリフォルニア州ベンチュラ
    • Year and Date
      2016-01-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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