極限環境下にある深海微生物の生存戦略イメージング

• Project Area: Harmonized supramolecular machinery for motility and its diversity
• Project/Area Number: 15H01319
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 西山 雅祥 京都大学, 化学研究所, 研究員 (10346075)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 高圧力顕微鏡 / 深海微生物 / 運動マシナリー / ナノバイオ / 分子機械 / 好冷好圧菌

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、研究代表者らが開発してきた高圧力顕微鏡を用いて、細菌ドメインで保存性の高いべん毛モーターの研究を通じて、細菌の生存戦略を明らかにすることを目的としている。H28-29年度は、高い静水圧力環境に適応した深海微生物の運動マシナリーを調べる研究を行った。連携研究者であるJAMSTECの加藤千明らは、かつて、1万メートル級無人探査機「かいこう」を用いて、地球上で最も深い場所である太平洋のマリアナ海溝最深部（11,000m）からShewanella benthica DB21MT-2の採取に成功してきた。この菌体はShewanella benthica DB21MT-2は70MPaを至適生育圧とし、常圧力下では死滅する絶対好圧菌である。研究代表者らは低温高静水圧下での長期培養を行い、その後、高圧力顕微鏡を用いて、DB21MT-2株の運動観察を実施した。至適生育温度である8℃で観察した所、0.1MPaでは多くの細胞が遊泳運動を示さなかったのに対して、50MPaでは約３割の菌体が~16μm/sの速さでほぼまっすぐに游泳する様子が観察された。その一方で、菌体の生育環境である110MPaでは、約2割の菌体が~12μm/sで游泳していた。また、DB21MT-2株と同様の結果は、マリアナ海溝最深部から採取された絶対好圧菌であるMoritella yayanosii DB21MT-5株からも得られている。したがって、これら２つの菌体の運動マシナリーは、菌体の生育速度と同様に生育環境よりも低い圧力で活性がより高いことが明らかになった。今後、電子顕微鏡観察やゲノム解析に加えて、高圧力分光測定によるタンパク質構造安定性の知見を交えながら、絶対好圧菌の運動マシナリーの動作特性について議論し、研究プロジェクトの総括を行う。

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] Scripps Institution of Oceanography, USA(米国)
• [Journal Article] Commonly stabilized cytochromes c from deep-sea Shewanella and Pseudomonas (2018)
  • Author(s): Fujii Sotaro、Masanari-Fujii Misa、Kobayashi Shinya、Kato Chiaki、Nishiyama Masayoshi、Harada Yoshie、Wakai Satoshi、Sambongi Yoshihiro
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 82 Issue: 5 Pages: 792-799
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1448255
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphological Control of Microtubule-Encapsulating Giant Vesicles by Changing Hydrostatic Pressure (2018)
  • Author(s): Takiguchi K., Hayashi M., Kazayama Y., Toyota T., Harada Y. & Nishiyama M.
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 41 Issue: 3 Pages: 288-293
  • DOI: 10.1248/bpb.b17-00366
  • NAID: 130006407352
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reversible morphological control of tubulin-encapsulating giant liposomes by hydrostatic pressure (2016)
  • Author(s): Hayashi M., Nishiyama M., Kazayama Y., Toyota T., Harada Y. & Takiguchi K.
  • Journal Title: Langmuir Volume: 32 Issue: 15 Pages: 3794-3802
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b00799
  • NAID: 120006457110
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 高圧力技術を用いた生命活動操作イメージング (2016)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Journal Title: 現代化学 Volume: 538 Pages: 48-49
• [Journal Article] High-pressure microscopy for studying molecular motors. (2015)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Journal Title: Subcellular Biochemistry Volume: 72 Pages: 593-611
  • DOI: 10.1007/978-94-017-9918-8_27
  • ISBN: 9789401799171, 9789401799188
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sodium-driven energy conversion for flagellar rotation of the earliest divergent hyperthermophilic bacterium (2015)
  • Author(s): Takekawa N., Nishiyama M., Kaneseki T., Kanai T., Atomi H., Kojima S. & Homma M.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 5 Issue: 1 Pages: 12711-12711
  • DOI: 10.1038/srep12711
  • NAID: 120005627626
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Direct Observation of the Motility of Biological Nanomachines at High Pressure (2015)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Journal Title: The Review of High Pressure Science and Technology Volume: 25 Issue: 2 Pages: 126-135
  • DOI: 10.4131/jshpreview.25.126
  • NAID: 130005075755
  • ISSN: 0917-639X, 1348-1940
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] タンパク質分子機械の力学変調計測 (2015)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Journal Title: 機械の研究 Volume: 67 Pages: 1067-1074
• [Presentation] High-pressure microscopy for controlling molecular machines in living cells (2018)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Direct observation of the swimming motility of deep-sea bacteria at high-pressure (2017)
  • Author(s): Nishiyama M., Kato C., Imai H.
  • Organizer: International Symposium "Supramolecular Motility Machinery and its Diversity" - project final report meeting -
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Direct observation of the swimming motility of deep-sea bacteria at high-pressure (2017)
  • Author(s): Nishiyama M., Kato C., Imai H.
  • Organizer: International Workshop on Microbes in Hostile Environments
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 静水圧を用いた細胞活動の活性化イメージング (2017)
  • Author(s): 西山 雅祥
  • Organizer: 同志社大
• [Presentation] High hydrostatic pressure restores the rhythmical beating motion of paralyzed-flagella mutants of Chlamydomonas (2017)
  • Author(s): Yagi T., Nishiyama M.
  • Organizer: 3rd International Symposium on Mechanobiology, Singapore
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sodium-driven energy conversion for flagellar rotation of the earliest divergent hyperthermophilic bacterium (2016)
  • Author(s): Takekawa N., ○Nishiyama M., Kaneseki T., Kanai T., Atomi H., Kojima S. & Homma M
  • Organizer: 60th Annual Meeting of Biophysical Society
  • Place of Presentation: Los Angeles (USA)
  • Year and Date: 2016-02-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-pressure microscopy for studying molecular motor and cytoskeleton (2016)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: 8th International Meeting on Biomolecules under Pressure
  • Place of Presentation: Dortmund (Germany)
  • Year and Date: 2016-02-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高圧力顕微鏡を用いた深海微生物の運動観察 (2016)
  • Author(s): ○西山雅祥, 加藤千明, 原田慶恵
  • Organizer: 2016年生体運動研究合同班会議
  • Place of Presentation: キャンパスプラザ京都（京都府・京都市下京区西洞院通塩小路下る）
  • Year and Date: 2016-01-08
• [Presentation] High-pressure microscopy for manipulating cellular architecture and functions (2015)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県・金沢市角間町）
  • Year and Date: 2015-09-13
  • Invited
• [Presentation] Direct observation of swimming motility of deep-sea bacterium at high–pressure conditions (2015)
  • Author(s): ○Nishiyama M., Kato C., Harada Y
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県・金沢市角間町）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] タンパク質分子機械の力学変調イメージング (2015)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 北海道大学フロンティア化学教育研究センター
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道・札幌市北区）
  • Year and Date: 2015-08-17
  • Invited
• [Presentation] High-pressure microscopy for studying bacterial motility machinery (2015)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: Microbiology and Biogeochemistry of the Deep Sea and the Deep Biosphere
  • Place of Presentation: Shanghai (China)
  • Year and Date: 2015-06-22
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 極限環境下にある深海微生物の生存戦略イメージング (2015)
  • Author(s): ○西山雅祥, 加藤千明
  • Organizer: 第三回宮田新学術領域班会議
  • Place of Presentation: 金沢商工会議所会館（石川県・金沢市尾山町）
  • Year and Date: 2015-06-10
• [Presentation] 超好熱菌Aquifex aeolicusの遊泳運動観察 (2015)
  • Author(s): 竹川宜宏, ○西山雅祥, 金関剛史, 金井保, 跡見晴幸, 小嶋誠司, 本間道夫
  • Organizer: 第12回21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: 琵琶湖グランドホテル（滋賀県・大津市雄琴）
  • Year and Date: 2015-06-04
• [Presentation] 高圧力顕微鏡の開発と生体運動変調, (2015)
  • Author(s): ○西山雅祥, 八木俊樹
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第71回学術講演会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府・京都市左京区宝ヶ池）
  • Year and Date: 2015-05-13
• [Presentation] タンパク質分子機械の力学変調コントロール (2015)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 理研シンポ・細胞システムの動態と論理Ⅶ
  • Place of Presentation: 理化学研究所（埼玉県・和光市広沢）
  • Year and Date: 2015-04-02
  • Invited
• [Book] 高圧バイオサイエンスとバイオテクノロジー (2015)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Publisher: 三恵社
• [Funded Workshop] International Workshop on Microbes in Hostile Environments (2017)