極限環境下にある超好熱始原菌の運動観察

• Project Area: Harmonized supramolecular machinery for motility and its diversity
• Project/Area Number: 25117511
• 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, 白眉センター, 准教授 (10346075)
• Project Period (FY): 2013-06-28 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2014: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2013: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 運動マシナリー / 真正細菌 / 超好熱始原菌 / 分子モーター / 分子機械 / ナノバイオ / アーキア

Outline of Annual Research Achievements

超好熱菌は至適生育温度が80°C以上の微生物として定義されており、古細菌の多くに加えて、真正細菌の中ではAquifex属などが含まれている。Aquifex属は16S rRNA系統解析から真正細菌の中でも最も初期に分岐したことが示されている。研究代表者がこれまで開発してきた装置を用いれば、高温、高圧、嫌気条件といった極限環境を顕微鏡下につくりだし、菌体の様子をリアルタイムで観察できる。平成26年度は、真正細菌の中で遺伝的・構造的に広く保存された運動器官であるべん毛に着目し、Aquifex属の代表例であるA. aeolicusの運動マシナリーを調べる研究を行った。Huber博士から提供していただいたA. aeolicusの野生株を対数増殖期まで生長させ、培地内での遊泳運動を顕微観察した。その結果、多くのA. aeolicusは遊泳運動を示さなかったものの、一部の菌体は培地内をほぼまっすぐに泳ぐことが明らかになった。その遊泳速度は至適生育温度である85℃では約90µm/sであり、その速度は温度とともに低下した。菌体の電子顕微鏡撮影を行ったところ、少数の菌体からは細胞の片方の極から主として１本の鞭毛繊維が生えているのが観察された。多くの細胞本体からはべん毛繊維は見られなかったものの、この結果は光学顕微鏡下で遊泳運動を示す菌体が少なかったことと一致する。以上の結果から、A. aeolicusは細胞の局部にあるべん毛繊維を運動マシナリーとして利用して遊泳運動を行っていると考えられる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 高圧力顕微鏡法による細菌運動観察 (2015)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Journal Title: 高圧バイオサイエンスとバイオテクノロジー Volume: 印刷中
  • NAID: 120005670891
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] タンパク質間相互作用を力学刺激で操作する (2014)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 49 Pages: 782-784
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Viewing the rotation of molecular motors at high pressure. (2014)
  • Author(s): Okuno D., Nishiyama, M., Noji H.
  • Journal Title: Asia Pacific Physics Newsletter Volume: 3 Pages: 25-25
• [Journal Article] High hydrostatic pressure induces CCW to CW reversals of the Escherichia coli flagellar motor (2013)
  • Author(s): M.Nishiyama, Y.Sowa, Y.Kimura, M. Homma, A. Ishijima, M. Terazima
  • Journal Title: J.Bacterio. Volume: １９５ Issue: 8 Pages: 1809-1814
  • DOI: 10.1128/jb.02139-12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Glycine insertion makes yellow fluorescent protein sensitive to hydrostatic pressure. (2013)
  • Author(s): Watanabe TM, Imada K, Yoshizawa K, Nishiyama M, Kato C, Abe F, Morikawa TJ, Kinoshita M, Fujita H, Yanagida T.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8 Issue: 8 Pages: e73212-e73212
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0073212
  • NAID: 120005328377
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single molecule analysis of the rotation of F1-ATPase under high hydrostatic pressure (2013)
  • Author(s): Daichi Okuno, Masayoshi Nishiyama and Hiroyuki Noji
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: 105 Issue: 7 Pages: 1635-1642
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2013.08.036
  • NAID: 120005328380
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高圧力顕微鏡 (2013)
  • Author(s): 西山雅祥, 木村佳文
  • Journal Title: LTMセンター誌 Volume: 22 Pages: 18-27
  • NAID: 120005289856
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 細胞内の水で生命活動を操る！ －高圧力下で観るタンパク質水和変調イメージング- (2013)
  • Author(s): 西山雅祥, 曽和義幸
  • Journal Title: 化学 Volume: 68 Pages: 31-36
  • NAID: 120005328379
• [Journal Article] High Hydrostatic Pressure Induces Reversal Rotations of the Bacterial Flagellar Motor!? (2013)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 53 Issue: 5 Pages: 264-265
  • DOI: 10.2142/biophys.53.264
  • NAID: 10031191850
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 極限環境を泳ぐ微生物を観察する (2015)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 第20回べん毛交流会
  • Place of Presentation: 合歓の郷ホテル&リゾート
  • Year and Date: 2015-03-01 – 2015-03-03
• [Presentation] 細胞性粘菌の高圧処理からの回復過程で顕著な糸状仮足突出はアクチンTyr143変異で増大する (2015)
  • Author(s): 五味渕由貴, 西山雅祥, 加藤薫, 大貫貴広, 上田太郎, 若林健之
  • Organizer: 2015年生体運動合同班会議
  • Place of Presentation: 学習院大学
  • Year and Date: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [Presentation] Na+駆動型細菌べん毛モーターの運動解析 (2015)
  • Author(s): 西山雅祥, 下田義樹, 木村佳文, 寺嶋正秀, 本間道夫, 小嶋誠司
  • Organizer: 2015年生体運動合同班会議
  • Place of Presentation: 学習院大学
  • Year and Date: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [Presentation] 力学刺激で細胞運動を操作する (2014)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 第103回生命機能研究科コロキウム
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2014-12-10
  • Invited
• [Presentation] 高圧力を用いたタンパク質分子機械の運動変調イメージング (2014)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 第55回高圧討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-24
  • Invited
• [Presentation] Manipulating the molecular machinery by water molecules of the hydration (2014)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
  • Invited
• [Presentation] Motility of Thermococcus kodakaraensis cells at extreme environmental conditions (2014)
  • Author(s): Nishiyama M., Tsukamoto R., Yagi T., Kikkawa M., Imanaka T., Kanai T.
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Dictyostelium cells carrying the plasmids to express mutant actin (Tyr143Phe) are more susceptible to high-pressure treatment (2014)
  • Author(s): Gomibuchi Y., Ohnuki T., Uyeda T.Q.P., Nishiyama M. & Wakabayashi T.
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Development of a New High-pressure Microscope (2014)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: Manipulation of Integrated Molecular Reaction Processes in living cells
  • Place of Presentation: The Consortium of Universities in Kyoto
  • Year and Date: 2014-09-02
  • Invited
• [Presentation] 細胞内で働く分子マシンを細胞外からあやつる (2014)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 法政大学ナノテクセミナー
  • Place of Presentation: 法政大学
  • Year and Date: 2014-08-07
  • Invited
• [Presentation] Single molecule analysis of ATP-driven molecular motors at high pressure (2014)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: 7th Internatioal Meeting on Biomolecules under Pressure
  • Place of Presentation: Montpelier, France
  • Year and Date: 2014-07-15 – 2014-07-18
  • Invited
• [Presentation] 高圧力顕微鏡の開発 (2014)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 新学術領域「運動超分子が織りなす調和と多様性」第二回全体会議
  • Place of Presentation: 旭川クリスタルホール
  • Year and Date: 2014-06-16 – 2014-06-18
• [Presentation] 極限環境下にある超好熱始原菌の運動観察 (2014)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 新学術領域「運動超分子が織りなす調和と多様性」第二回全体会議
  • Place of Presentation: 旭川クリスタルホール
  • Year and Date: 2014-06-16 – 2014-06-18
• [Presentation] タンパク質分子機械の力学変調イメージング (2014)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 第259回光ナノサイエンス特別講義
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学
  • Year and Date: 2014-04-30
  • Invited
• [Presentation] 極限環境で駆動する生体ナノマシンの直接観察
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 法政大学ナノテクセミナー
  • Place of Presentation: 法政大学
  • Invited
• [Presentation] 高圧力を用いたタンパク質分子機械の構造変化イメージング
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 日本機械学会2013年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Invited
• [Presentation] Motility of Thermococus kodakaraensis cells
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: The 19th Flagellar Meeting
  • Place of Presentation: Hiroshima Culture Center