Investigation of the biosynthesis of terrestrial tetrodotoxin via new compound screening and metagenomic analysis
| Project/Area Number |
22K14833
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 38040:Bioorganic chemistry-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
工藤 雄大 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (60824662)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | テトロドトキシン / 生合成 / メタゲノム / 構造解析 / 質量分析 / イモリ / 放線菌 |
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| Outline of Research at the Start |
テトロドトキシン（TTX）はフグやイモリなど多様な生物に含まれる最も有名な自然毒の一つだが、自然界で誰がどの様に生産しているか（生合成）は長年の謎である。本研究では有毒イモリから生合成に関連する新たな化合物を探索し、その化学構造を解析することで生合成経路を推定する。併せて毒の生産者が含まれると予想される環境微生物の遺伝子解析（メタゲノム解析）を行い、陸上TTXの生合成経路の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
テトロドトキシン (TTX) は、フグやイモリなどの多様な生物が持つ代表的な自然毒である。陸上におけるTTXの生産者は不明瞭であり、生合成経路は長年の謎となっている。本研究では有毒イモリからTTXの生合成に関連する化合物を分析することで生合成経路の推定を試みた。併せて毒の生産者が含まれることが予想される環境微生物の遺伝子解析（メタゲノム解析）を行い、陸上TTXの生合成経路の解明を目指した。
国内外の各種イモリ（TTXの有無が未報告の種も含む）から種々の方法でTTXおよびその関連成分を抽出し、質量分析器（MS）を用いて分析した。関連化合物と思われる未知ピークを複数検出することができ、その化学構造をMS、核磁気共鳴装置（NMR）で解析中である。一方で、属や生息地の異なるイモリ中の推定生合成関連化合物が、各有毒イモリに広範に分布することを明らかにし、想定する生合成経路を支持する結果を得た。
TTX含有イモリの生息地から得た環境メタゲノムを解析した。先行研究で環境メタゲノムのFosmidライブラリーを作成していた。また、最終年度は異なる手法で調整した環境メタゲノムを次世代シーケンサーにて解析し、塩基配列情報を得た。これらを各種バイオインフォマティクス解析に供し、TTXの生合成遺伝子を探索したが同定には至っておらず、解析手法をさらに検討する必要性が示された。TTXに関する成果を国際学会等で発表した。
質量分析器を用いた天然化学物の探索方法を放線菌に適用することで、抗マラリア活性を示すリン酸トリエステル化合物サリニポスチンの新規類縁体を複数得た。強力なリパーゼ酵素阻害活性を示すことを明らかにし、論文として公表した。最終年度では放線菌における二次代謝の制御分子であるシグナル分子の探索法を構築した。主要なシグナル分子群であるγ-ブチロラクトン化合物を新たな天然化合物として同定した。
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Report
(2 results)
Research Products
(57 results)
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[Presentation] Synthesis and identification of decarbamoyloxysaxitoxins in the toxic microalgae for elucidation of saxitoxin biosynthesis2023
Author(s)
Mari Yotsu-Yamashita,Mayu Hakamada,Chihiro Tokairin,Hayate Ishizuka,Kanna Adachi,Toma Osawa,Ryosuke Hirozumi,Yuko Cho,Yuta Kudo,Keiichi Konoki,Yasukatsu Oshima,Kazuo Nagasawa
Organizer
International Symposium in Okinawa, 2023, on Ciguatera and Related Marine Biotoxins.
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[Presentation] Evaluation of inhibitory activities of synthetic saxitoxin derivatives to voltage-gated sodium channels2023
Author(s)
Takumi Kobayashi,Shutaro Yoshio,Osamu Chiba,Ayato Nureki,Yuka Takayanagi,Hayate Ishizuka,Yuta Kudo,Yuko Cho,Mari Yotsu-Yamashita,Kazuo Nagasawa,Keiichi Konoki
Organizer
Tohoku University GP-Chem Chemistry Summer School 2023
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[Presentation] Synthesis and identification of decarbamoyloxysaxitoxins in the toxic microalgae for elucidation of saxitoxin biosynthesis2023
Author(s)
Mayu Hakamada,Chihiro Tokairin,Hayate Ishizuka,Kanna Adachi,Toma Osawa,Ryosuke Hirozumi,Yuko Cho,Yuta Kudo,Keiichi Konoki,Yasukatsu Oshima,Kazuo Nagasawa,Mari Yotsu-Yamashita
Organizer
Tohoku University GP-Chem Chemistry Summer School 2023
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[Presentation] 12, 13-デオキシデカルバモイルサキシトキシン類の合成と 有毒生物中からの同定および生合成経路の推定2023
Author(s)
袴田真有,東海林千容,石塚颯,安達栞菜,大澤瞳生,廣住燎亮,長 由扶子,工藤雄大,此木敬一,大島泰克,長澤和夫,山下まり
Organizer
第34回万有仙台シンポジウム
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[Presentation] 電位依存性ナトリウムチャネルに対するサキシトキシン合成誘導体の感受性評価2023
Author(s)
小林 巧,吉尾 柊太郎,千葉 修,濡木 絢斗,髙栁 優夏,石塚 颯,工藤 雄大,長 由扶子,山下 まり,長澤 和夫,此木 敬一
Organizer
日本農芸化学会2023年度広島大会
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[Presentation] サキシトキシンの推定生合成中間体の合成と有毒藍藻および渦鞭毛藻における同定2023
Author(s)
袴田 真有,石塚 颯,安達 栞菜,大澤 瞳生,東海林 千容,長 由扶子,工藤 雄大,此木 敬一,大島 泰克,長澤 和夫,山下 まり
Organizer
日本農芸化学会2023年度広島大会
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