細菌の浮揚性を司るガス小胞の構造と運動多様性出現機構の解明

• Project Area: Harmonized supramolecular machinery for motility and its diversity
• Project/Area Number: 15H01315
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 田代 陽介 静岡大学, 工学部, 助教 (30589528)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2016: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 微生物 / ガス小胞 / べん毛 / べん毛運動 / オルガネラ

Outline of Annual Research Achievements

幾つかの微生物（シアノバクテリアや高度好塩古細菌）はその細胞内にタンパクで構成されたガス小胞を形成し、自身の浮力を調整する機構を有している。ガス小胞形成は細胞の浮力を向上させるため、鞭毛等の運動器官の無い生物種にとって光・酸素・有機物の獲得に大きく貢献する。ガス小胞合成遺伝子群を保有しているにも関わらずガス小胞形成が確認されない微生物種も数多く存在しており、その生成機構、生理学的機能、起源に関して未知な部分が多い。本研究で対象とするセラチア属細菌は既知のガス小胞形成微生物とは異なり、多様な形状のガス小胞を形成する他、べん毛運動とガス小胞形成の二種の運動能を使い分ける特性を有している。初年度では、多様なガス小胞形成に関与する遺伝子の同定を行った。平成28年度では、各遺伝子の機能の詳細を解析するとともに、二種の運動能を使い分ける機構解明を目的とした。
ガス小胞形成をコードする遺伝子を含むオペロンに存在する各遺伝子を過剰発現させたところ、ガス小胞の補助的構成因子、さらには転写制御因子をコードする遺伝子の過剰発現によりガス小胞形成が抑制された。このことから、各遺伝子が正常に発現することによりガス小胞形成が行われることが示された。また、ガス小胞のアッセンブリーに関与する遺伝子を過剰発現することにより生育阻害が確認され、微生物の浮力と生育を関連づける新たな相関が示された。さらに、当細菌は酸素濃度と栄養条件を感知してべん毛運動とガス小胞形成を調製していることが示された。以上の結果により、ガス小胞形成に関与する様々な因子が明らかとなった。

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] プトラ大学(マレーシア)
• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] プトラ大学(マレーシア)
• [Journal Article] Generation of Small Colony Variants in Biofilms by <i>Escherichia coli</i> Harboring a Conjugative F Plasmid (2017)
  • Author(s): Yosuke Tashiro, Hiroaki Eida, Satoshi Ishii, Hiroyuki Futamata, Satoshi Okabe
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 32 Issue: 1 Pages: 40-46
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME16121
  • NAID: 130005519624
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Interaction of bacterial membrane vesicles with specific species and their potential for delivery to target cells. (2017)
  • Author(s): Yosuke Tashiro, Yusuke Hasegawa, Masaki Shintani, Kotaro Takaki, Moriya Ohkuma, Kazuhide Kimbara, Hiroyuki Futamata
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 8 Pages: 571-571
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.00571
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Overproduction of individual gas vesicle proteins perturbs flotation, antibiotic production and cell division in the enterobacterium Serratia sp. ATCC39006. (2016)
  • Author(s): Rita E Monson, Yosuke Tashiro, George P Salmond
  • Journal Title: Microbiology Volume: 162 Issue: 9 Pages: 1595-1607
  • DOI: 10.1099/mic.0.000347
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular genetic and physical analysis of gas vesicles in buoyant enterobacteria. (2016)
  • Author(s): Yosuke Tashiro, Rita E Monson, Joshua P Ramsay, George P Salmond
  • Journal Title: Environmental Microbiology Volume: 18 Issue: 4 Pages: 1264-1276
  • DOI: 10.1111/1462-2920.13203
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interspecies interactions are an integral determinant of microbial community dynamics (2015)
  • Author(s): 2. Fatma Azwani Abdul Aziz*, Kenshi Suzuki, Akihiro Ohtaki, Keita Sagegami, Hidetaka Hirai, Jun Seno, Naoko Mizuno, Yuma Inuzuka, Yasuhisa Saito, Yosuke Tashiro, Akira Hiraishi and Hiroyuki Futamata
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 6 Pages: 1148-1148
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.01148
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bacterial membrane vesicles, an overlooked environmental colloid: Biology, environmental perspectives and applications. (2015)
  • Author(s): Masanori Toyofuku, Yosuke Tashiro, Yusuke Hasegawa, Masaharu Kurosawa, Nobuhiko Nomura
  • Journal Title: Advance in Colloid and Interface Science Volume: 226 Pages: 65-77
  • DOI: 10.1016/j.cis.2015.08.013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complexities of cell-to-cell communication through membrane vesicles: implications for selective interaction of membrane vesicles with microbial cells. (2015)
  • Author(s): Yusuke Hasegawa, Hiroyuki Futamata, Yosuke Tashiro
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 6 Pages: 633-633
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.00633
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 微生物が形成するベシクルの選択的結合と情報伝達 (2016)
  • Author(s): 田代陽介、長谷川雄将、高木航太郎、二又裕之
  • Organizer: 膜シンポジウム2016
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2016-12-01
• [Presentation] 細菌-膜小胞間相互作用の動態と情報伝達機構の解析 (2016)
  • Author(s): 田代陽介、長谷川雄将、高木航太郎、二又裕之
  • Organizer: 日本生物物理学会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] 細菌の浮揚性を司る細胞内オルガネラ-ガス小胞- (2015)
  • Author(s): 田代陽介
  • Organizer: 日本細菌学会関東支部総会
  • Place of Presentation: 東京歯科大学（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2015-10-30
  • Invited
• [Remarks] 静岡大学教員データベース
  • URL: https://tdb.shizuoka.ac.jp/RDB/public/Default2.aspx?id=11101&l=0