希少微生物株のゲノムマイニングによる天然医薬品資源の探索
| Project/Area Number |
21H02635
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 47050:Environmental and natural pharmaceutical resources-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
脇本 敏幸 北海道大学, 薬学研究院, 教授 (70363900)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | ゲノムマイニング / 生合成遺伝子 / 天然医薬品資源 / 生合成 / 二次代謝産物 / ゲノム |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では従来の天然物探索事例の少ない微生物株についてゲノム情報を取得し、ゲノム情報を起点とした新規天然物の探索を実施する。塩基配列と天然物の構造情報は現時点では未だ完全には一致していないが、多くの代謝経路について経路を担う酵素や責任遺伝子が明らかになってきている。天然物の設計図である生合成遺伝子クラスターがゲノム上になければ、二次代謝産物が生産されることはないことを考えると、生合成遺伝子クラスターの有無は極めて重要な新規天然物探索の指標となる。本研究では新規微生物培養方法や次世代シークエンサーを駆使し、最先端の天然物探索手法を実践する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では従来の天然物探索事例の少ない微生物株についてゲノム情報を取得し、ゲノム情報を起点とした新規天然物の探索を実施する。特に放線菌以外の菌株、中でも物質生産に秀でたグラム陰性菌を見出し、重点的に探索を進める。原位置培養方法等によって希少微生物株を収集するとともに、海綿動物や植物に共生する微生物株を重点的に探索標的とする。環境中より収集した菌株は16S rRNA配列によって系統解析し、過去の天然物探索事例が少なく、かつ有望な微生物株を選別した。さらにゲノムを解析し、コードされる生合成遺伝子クラスターを見出し、新規天然物探索の指標とする。生合成遺伝子クラスターを起点とした研究手法として以下の方法を実施した。第１に生合成遺伝子自体が休眠遺伝子である場合は細菌由来細胞外膜小胞を利用した休眠遺伝子の活性化を試みた。第２に本研究で得られた天然物の生合成遺伝子クラスターに基づき、生合成経路の解析へ展開した。その結果、新規の二次代謝酵素の発見に繋がった。さらに抗菌活性天然物に含まれるイソニトリル基の生合成機構を明らかにした。第３に生合成遺伝子クラスターには化合物の生合成経路のみならず、自己耐性機構が含まれている場合があるため、自己耐性機構から該当化合物の作用機序を明らかにすることができる。実際に、銅と錯体を形成することで抗菌活性を発現する天然物を放線菌から見出した。さらにあらかじめ探索の段階で自己耐性遺伝子が含まれる生合成遺伝子クラスターに着目することで、生物活性天然物を効率的にゲノムマイニングすることができる。現在、本研究で得られた知見に基づき、さらに新たなゲノムマイニング手法の構築を進めている。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(40 results)
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[Journal Article] A Natural Dihydropyridazinone Scaffold Generated from a Unique Substrate for a Hydrazine-Forming Enzyme2022
Author(s)
Matsuda, K.*, Arima, K., Akiyama, S., Yamada, Y., Abe, Y., Suenaga, H., Hashimoto, J., Shin-ya, K., Nishiyama, M., Wakimoto, T.*
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 144
Issue: 28
Pages: 12954-12960
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] New azodyrecins identified by a genome mining-directed reactivity-based screening2022
Author(s)
Choirunnisa, A. R.#, Arima, K.#, Abe, Y., Kagaya, N., Kudo, K., Suenaga, H., Hashimoto, J., Fujie, M., Satoh, N., Shin-ya, N., Matsuda, K.*, Wakimoto, T.*
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Journal Title
Beilstein Journal of Organic Chemistry
Volume: 18
Pages: 1017-1025
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Characterization of the surugamide biosynthetic gene cluster of TUA-NKU25, a Streptomyces diastaticus strain isolated from Kusaya and its effects on salt-dependent growth2022
Author(s)
Takeuchi, A., Hirata, A., Teshima, A., Ueki, M., Satoh, T., Matsuda, K., Wakimoto, T., Arakawa, K., Ishikawa, M., Suzuki, T.
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Journal Title
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
Volume: 87
Issue: 3
Pages: 320-329
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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