栄養飢餓とバクテリアの細胞死 －生死選択の個体差の研究－
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20K07489
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 49050:Bacteriology-related
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| Research Institution | Osaka Medical and Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
牧 泰史 大阪医科薬科大学, 医学部, 講師 (60401733)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 秀司 大阪医科薬科大学, 医学部, 准教授 (60288735)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 大腸菌 / 定常期 / 飢餓 / 寿命 / 遺伝子発現 / RNA / 細胞死 |
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| Outline of Research at the Start |
バクテリアは様々なストレスに耐える機構や、積極的に細胞死を引き起こすメカニズムを持つことが知られている。例えば定常期と呼ばれる栄養飢餓環境で大部分の細胞が死を選ぶ状況で、生き残る少数の細胞群が存在することで、全滅が避けられている。このようにクローン集団の中でシステムの発動に個体差が生じる理由は、まだ不明な点が多い。本研究は、飢餓ストレスにさらされた細胞の寿命に関わる遺伝子を探索し、これらの遺伝子の機能を調べることで、バクテリア細胞の生死選択メカニズムの解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
自然界におけるバクテリアは、その生存時間の大部分が飢餓環境であり、短時間のうちに増殖に必要な栄養を消費しつくした以降は飢餓環境で増殖を止めつつ生存し続ける。この生存期間が長かったものが淘汰を免れて現存しているものと考えられることから、バクテリアには本来、飢餓環境に耐えて生存を続ける能力が備わっているはずである。しかし、この飢餓環境下での生存期間は、生育環境の違いによって異なり、さらに個体によっても異なる。飢餓環境でバクテリア細胞はなぜ死ぬのか、そして多くの細胞が死ぬ環境で一部が生き残る個体差の理由は何か、これらを明らかにすることが本研究の目的である。
これまでの我々の研究により、栄養条件によっては数日で大部分の個体が死ぬ場合があることを明らかにしてきた。昨年度までに、短い寿命と細胞内リボソームの分解亢進には正の相関がある可能性が見出されている。本年度は、リボソーム分解の理由とメカニズム解明に向けて、遺伝子欠損株ライブラリーを使った飢餓環境とリボソームの蓄積量のモニタリングを実施し、原因遺伝子のスクリーニングを行っている途中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は、飢餓環境においてバクテリア細胞があえて死を選ぶメカニズムの解明を目的とし、細胞の寿命と相関がみられる遺伝子の探索を準備している。これまでの本研究により、RNAの分解が飢餓環境にある細胞の生死決定に関与している可能性が見出され、その原因遺伝子の探索と分解メカニズムの解明に向けて実験を進めた。具体的には、定常期の寿命が異なる複数の栄養条件で大腸菌を培養し、経時的にtotal RNAを抽出したのち、電気泳動によりRNAの蓄積量や分解の様子を観察することで、RNA分解の亢進度を評価することを試みた。ここで、約4千の大腸菌遺伝子の欠損ライブラリーを網羅的に調べるには、培地条件を4種類、サンプリング時間を3回とすれば全部で2万4千サンプルのRNA抽出と電気泳動が必要となる。マニュアル操作や既存のキットでは時間的にも経済的にも本研究で対応できる規模ではない。しかし、RNAの分解が細胞の生死にかかわる可能性が高いため、迅速かつ経済的な方法を模索しているところである。
これとは別に、飢餓ストレス下での生死の決定に関与している可能性のある原因遺伝子の探索のため、複数の培地条件とサンプリングポイントでRNA-seqの準備を進めており、業者を選定後に抽出RNAを解析依頼する予定である。
状況としてはやや遅れており、次年度への延長を申請した状況である。この延長で計画を遂行することを考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的な流れは当初の研究計画に沿って進行するが、研究過程で浮上した新たなテーマも追う方針である。具体的には、飢餓ストレス下での寿命末期の遺伝子発現解析を次年度実施する予定であり、この準備は進んでいる。また遺伝子解析の結果をもとに、細胞死の直前に特徴的に増減する遺伝子群をスクリーニングし、寿命マーカー遺伝子の候補探索や、その細胞内動態と機能の解析へ進む流れも、当初の研究計画通りすすめる方針である。これとは別に、飢餓ストレスの継続によりRNAの分解が亢進される現象は細胞の寿命と強く関係するかもしれず、本研究の目的と密接につながっているため、そのメカニズムの解明も同時に進める予定である。これについては、迅速で経済的なRNA抽出の方法を確立し、そののちに大腸菌遺伝子欠損ライブラリ（KOコレクション）を用いたスクリーニングに進むことを考えている。
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Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
