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Biosynthetic pathway of long-chain polyamines and their role in silica formation

Research Project

Project/Area Number 19H02886
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

Ikeda Takeshi  広島大学, 統合生命科学研究科(先), 准教授 (10505754)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
Keywords細菌 / ケイ素 / ポリアミン
Outline of Research at the Start

ポリアミンは複数のアミノ基を有する通例直鎖上の炭化水素であり、短鎖のポリアミンは生物に共通して高濃度で存在する。一方、一部の生物には非常に多くのアミノ基を有する長鎖ポリアミン(LCPA)が存在することが知られていたが、その生合成経路は不明であった。本研究では、中温性細菌において発見されたLCPA合成にかかわる複数の遺伝子の機能を詳細に解析することで、LCPA生合成経路の全容解明を図る。また、本菌は無機鉱物であるシリカ(SiO2)を細胞内で形成する能力を有するが、このシリカ形成にLCPAが関与していると考えられるため、その解析も行う。

Outline of Final Research Achievements

Biosilicifying organisms form inorganic silica intracellularly. Long-chain polyamines (LCPAs) have been isolated from biosilica of phylogenetically distant biosilicifying organisms and are thought to be involved in biological silica formation. However, the biosynthetic pathway of LCPAs has not been clarified yet, which makes it difficult to investigate their physiological functions.
We previously found the genes that are essential for LCPA production in a mesophilic biosilicifying bacterium. In this study, we investigated the functions of the proteins encoded by these genes and found that one of them serves as the LCPA-synthesizing enzyme. We also developed a method to produce and isolate LCPAs from recombinant Escherichia coli cells. In vitro experiments showed that the purified LCPAs promotes silica formation from silicic acid.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題の成果によって、シリカ形成生物における長鎖ポリアミン合成酵素を初めて同定し、長鎖ポリアミン生合成経路を解明することに成功した。本菌のシリカ形成における長鎖ポリアミンの機能は未だ不明な点が多いが、遺伝子破壊株や変異体を用いた機能解析が可能となったことで、今後一層研究が進展することが期待される。生物による洗練された鉱物形成メカニズムを明らかにすることで、ナノテクノロジー分野への応用につながることが期待される。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Bacterial biosilicification: a new insight into the global silicon cycle2021

    • Author(s)
      Takeshi Ikeda
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 85 Issue: 6 Pages: 1324-1331

    • DOI

      10.1093/bbb/zbab069

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] The biosynthetic pathway of long-chain polyamines in the biosilicifying bacterium Bacillus cereus2021

    • Author(s)
      Takeshi Ikeda, Yukihide Nakasugi, Kohjiro Yamamoto, Ryuichi Hirota, Akio Kuroda
    • Organizer
      Biomin XVI (16th International Symposium on Biomineralization)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 組換え大腸菌を用いた長鎖ポリアミンの生産とシリカ重合活性の評価2021

    • Author(s)
      中杉 行秀, 舟橋 久景, 廣田 隆一, 黒田 章夫, 池田 丈
    • Organizer
      第73回日本生物工学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Bacillus属細菌による芽胞表面へのシリカ層形成2021

    • Author(s)
      池田 丈, 中杉 行秀, 廣田 隆一, 黒田 章夫
    • Organizer
      第16回バイオミネラリゼーションワークショップ
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 固体材料表面と生体分子の相互作用の解析とバイオ融合マテリアル開発への応用2021

    • Author(s)
      池田 丈
    • Organizer
      日本農芸化学会中四国支部第58回講演会(例会)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 固体材料表面と生体分子の相互作用の解析とバイオ融合マテリアル開発への応用2021

    • Author(s)
      池田 丈
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Bacillus cereusが芽胞表層に形成するシリカ層の内部から発見された長鎖ポリアミンの解析:合成酵素の発見とその局在解析2020

    • Author(s)
      池田 丈, 廣田隆一, 黒田章夫
    • Organizer
      日本生物工学会西日本支部大会2020 (第5回講演会)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 中温性グラム陽性細菌Bacillus cereusが胞子表面に形成するシリカ層より発見された長鎖ポリアミンの生合成系の解析2020

    • Author(s)
      池田 丈, 山本 光士郎, 廣田 隆一, 黒田 章夫
    • Organizer
      日本ポリアミン学会第11回年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Discovery of long-chain polyamines and their biosynthetic enzyme in the biosilicifying bacterium Bacillus cereus2019

    • Author(s)
      Takeshi Ikeda, Kohjiro Yamamoto, Ryuichi Hirota, Akio Kuroda
    • Organizer
      BIOMIN XV (15th International Symposium on Biomineralization)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bacillus cereusが形成するシリカ層の内部に存在する長鎖ポリアミンの解析2019

    • Author(s)
      池田 丈, 山本 光士郎, 廣田 隆一, 黒田 章夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2019年度西日本・中四国支部合同沖縄大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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