放線菌プラスミド上の特異二次代謝生合成系の解析および人為制御による有用分子生産

• Project Area: Biosynthetic machinery: Deciphering and regulating the system for bioactive metabolite diversification
• Project/Area Number: 23108515
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 荒川 賢治 広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (80346527)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 放線菌 / ポリケチド / 生合成 / 抗生物質 / ブテノライド / オートレギュレーター / P450 / チオエステラーゼ / シグナル分子

Outline of Annual Research Achievements

放線菌 Streptomyces rochei 7434AN4株は2つのポリケチド抗生物質ランカサイジン(LC)・ランカマイシン(LM)を生産する。また微生物ホルモンSRBを鍵物質としたLC・LM生産制御カスケードの存在も示唆された。本年度は(1) SRBの単離・構造決定，(2)潜在的二次代謝産物の発掘，に焦点を絞り研究を実施した。

(1) SRBの単離・構造決定を行うため、160リットル培養し、各種クロマトグラフィーで精製した。高分解能質量分析により２つの活性成分の存在が示唆された。それらの構造をNMRで解析したところ、いずれもbutenolide骨格を有する新規シグナル分子であり、本成果によりシグナル分子の構造多様性を見出すことが出来た。さらに単離した化合物SRB1, SRB2を化学合成し、その構造を確認するとともに抗生物質生産誘導活性を調べた。その結果、天然型は20-50 nMという低濃度でもLC,LM生産誘導活性を有しており、アルキル鎖の1'位水酸基の立体化学が生物活性に重要であることを明らかにした。また、SRB合成酵素遺伝子srrX近傍のP450遺伝子srrOに注目し、破壊株を作製したところ、LC,LM生産が認められた。srrO破壊株から同様の手法でシグナル分子を単離したところ、SRB1,SRB2と比較して14マスユニット小さく、酸素原子が1つ少ないことが分かった。NMR解析を行ったところ、分岐側鎖6'位ケトンがメチレン基に置換された6'-deoxo-SRB1,6'-deoxo-SRB2であることが明らかとなった。
(2) LC生合成遺伝子破壊株から通常生産されない抗カビ化合物ペンタマイシンの蓄積を見いだした。本領域研究のA03計画班・石川淳博士との共同研究により、本化合物の生合成遺伝子は染色体上にコードされており、右末端から510kbの位置にあることが分かった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Isolation of Borrelidin as a Phytotoxic Compound from a Potato Pathogenic Streptomyces Strain (2012)
  • Author(s): 曹 志生
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 76 Issue: 2 Pages: 353-357
  • DOI: 10.1271/bbb.110799
  • NAID: 10030400084
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The butenolide signaling molecules SRB1 and SRB2 induce lankacidin and lankamycin production in Streptomyces rochei (2012)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 13 Issue: 10 Pages: 1447-1457
  • DOI: 10.1002/cbic.201200149
  • NAID: 120006799348
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Indomethacin Induction of Metamorphosis from the Asexual Stage to Sexual Stage in the Moon Jellyfish, <i>Aurelia aurita</i> (2012)
  • Author(s): 国吉 久人
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 76 Issue: 7 Pages: 1397-1400
  • DOI: 10.1271/bbb.120076
  • NAID: 130001862721
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diversity between PKS and FAS (2012)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Journal Title: Nature Chem. Biol. Volume: 8 Issue: 7 Pages: 604-605
  • DOI: 10.1038/nchembio.1007
• [Journal Article] Isolation, structural elucidation, and biosynthesis of 15-norlankamycin derivatives produced by a type-II thioesterase disruptant of Streptomyces rochei (2011)
  • Author(s): 荒川賢治
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 67 Issue: 29 Pages: 5199-5205
  • DOI: 10.1016/j.tet.2011.05.047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] pSLA2-M of Streptomyces rochei Is a Composite Linear Plasmid Characterized by Self-Defense Genes and Homology with pSLA2-L (2011)
  • Author(s): 楊英杰
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 75 Issue: 6 Pages: 1147-1153
  • DOI: 10.1271/bbb.110054
  • NAID: 10029328316
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 放線菌線状プラスミドにコードされた抗生物質生合成クラスターの遺伝学的・生物有機化学的解析 (2013)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 2013年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台・東北大学
  • Year and Date: 2013-03-24
  • Invited
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産を誘導するシグナル分子SRBの生合成機構 (2013)
  • Author(s): 津田 直人
  • Organizer: 2013年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台・東北大学
  • Year and Date: 2013-03-24
• [Presentation] Streptomyces rocheiの多重遺伝子破壊株が生産する代謝産物の化学構造および生合成機構の解析 (2013)
  • Author(s): 國武 博文
  • Organizer: 2013年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台・東北大学
  • Year and Date: 2013-03-24
• [Presentation] 抗生物質ランカサイジン生合成におけるピロロキノリンキノン要求性デヒドロゲナーゼの機能解析 (2013)
  • Author(s): 山内 佑介
  • Organizer: 2013年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台・東北大学
  • Year and Date: 2013-03-24
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiのPQQ破壊株が生産する抗カビ化合物ペンタマイシンの解析 (2013)
  • Author(s): 片岡 憂祐
  • Organizer: 2013年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台・東北大学
  • Year and Date: 2013-03-24
• [Presentation] Analysis of the essential gene for a linear topology of the Streptomyces rochei replicons (2013)
  • Author(s): Yosi NINDITA
  • Organizer: 2013年度日本農芸化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台・東北大学
  • Year and Date: 2013-03-24
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rochei 7434AN4株の抗生物質生産を誘導するブテノライド型シグナル分子の単離・構造決定および生物活性 (2012)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 第64回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2012-10-23
• [Presentation] Analysis of the circularization of the linear chromosome of Streptomyces rochei (2012)
  • Author(s): Yosi NINDITA
  • Organizer: 2012年度日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 東京・府中
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] Streptomyces rochei変異株が生産する抗カビ化合物ペンタマイシンの単離および生合成クラスターの解析 (2012)
  • Author(s): 片岡 憂祐
  • Organizer: 2012年度日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 東京・府中
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiの抗生物質生産を誘導するシグナル分子SRBの生合成機構に関する研究 (2012)
  • Author(s): 津田 直人
  • Organizer: 2012年度日本放線菌学会大会
  • Place of Presentation: 東京・府中
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] Isolation, structural elucidation, and biosynthesis of butenolide signaling molecules that induce lankacidin and lankamycin production in Streptomyces rochei (2012)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: International Conference of Natural Products Biosynthesis (ICNPB)
  • Place of Presentation: 淡路島
  • Year and Date: 2012-06-17
  • Invited
• [Presentation] Streptomyces rochei 7434AN4株の線状染色体の塩基配列解析 (2012)
  • Author(s): 曹志生
  • Organizer: 日本農芸化学会2012年度大会
  • Place of Presentation: 京都女子大(京都市)
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] Streptomyces rocheiのPQQ生合成遺伝子破壊株の代謝産物解析 (2012)
  • Author(s): 荒川賢治
  • Organizer: 日本農芸化学会2012年度大会
  • Place of Presentation: 京都女子大(京都市)
  • Year and Date: 2012-03-23
• [Presentation] Biosynthesis of the butenolide signaling molecules that induce lankacidin and lankamycin production in Streptomyces rochei (2012)
  • Author(s): 荒川 賢治
  • Organizer: 8th Meeting on Natural Product Biosynthesis
  • Place of Presentation: 静岡県立大学
  • Invited
• [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiのPQQ遺伝子破壊株における代謝産物解析 (2011)
  • Author(s): 荒川賢治
  • Organizer: 第7回生合成勉強会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京都目黒区)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-26
• [Presentation] Isolation, structural elucidation, and biological activity of the novel γ-butenolide signaling molecules SRBs that elicit antibiotic production in Streptomyces rochei 7434AN4 (2011)
  • Author(s): 荒川賢治
  • Organizer: The 16^<th> International Symposium on the Biology of Actinomycetes
  • Place of Presentation: メキシコ合衆国プエルトバジャルタ
  • Year and Date: 2011-12-12
• [Presentation] 14員環マクロライド抗生物質ランカマイシンの生合成経路 (2011)
  • Author(s): 荒川賢治
  • Organizer: 第48回天然有機化合物討論会
  • Place of Presentation: 大阪国際交流センター(大阪市)
  • Year and Date: 2011-09-27
• [Presentation] Isolation and structural elucidation of the novel γ-butenolide signaling molecules SRBs that switch on antibiotic production in Streptomyces rochei 7434AN4 (2011)
  • Author(s): 荒川賢治
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 Congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] Analysis of the terminal sequence, deletion, and circularization of the linear chromosome of Streptomyces rochei (2011)
  • Author(s): 曹志生
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 Congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] The role of two repressor genes, srrB and srrC, for the production of secondary metabolites in Streptomyces rochei (2011)
  • Author(s): 津田直人
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 Congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] 抗生物質生産を誘導するシグナル分子の単離・構造決定およびその生合成 (2011)
  • Author(s): 荒川賢治
  • Organizer: 第6回生合成勉強会
  • Place of Presentation: 理化学研究所(埼玉県和光市)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-02
• [Remarks] 研究室のホームページ
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/mbiotech/5lab/index.html
• [Remarks] 研究室のホームページ
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/mbiotech/5lab/index.html