2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of next generation wood preservatives targeting supply chain of PQQ from bacteria to wood rotting fungi
| Project/Area Number |
15H04526
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
|---|
Principal Investigator |
吉田 誠 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (30447510)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
五十嵐 圭日子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (80345181)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 木材保存剤 / 微生物間相互作用 / PQQ / 木材腐朽 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、真菌類と細菌類間の微生物間相互作用を対象として、それを阻害することで腐朽を制御することを可能にする全く新しい木材保存剤を開発することを目指すものである。もし、これが達成されれば、それによって開発される木材保存剤は腐朽現象に特化したものとなり、結果的に人体に対して低毒性で環境への負荷が低い木材防腐剤になり得る。
本研究課題では、真菌類が植物を分解する際に重要な役割を果たすことが予想されるピラノース脱水素酵素(PDH)が、ピロロキノリンキノン(PQQ)を補酵素とすることを着眼点として研究を実施している。PQQは担子菌類を含む真核生物は合成できないと考えられており、すなわち限られた種の細菌類のみが合成可能な化合物である。このことから、自然界において真菌類が植物を分解する過程で、細菌類から真菌類へのPQQの供給が重要な役割を果たしているのではないかという仮説の基、研究を実施している。本課題では、この細菌類から真菌類へのPQQ供給系を遮断することで防腐性能を発揮するという全く新しいコンセプトに基づく木材防腐剤の開発を目指し、PDHにおけるPQQ結合阻害剤を探索し、それをベースとした防腐性能を有する木材保存剤を創出することを試みている。
本年度は、PDHの三次元構造情報に基づくPQQ阻害剤の探索を中心に研究を実施した。また、PDHの生理的役割を明らかにするための研究についても、同様に実施してきた。これらの解析の結果、「現在までの進捗状況」欄に示す結果を得て、その成果について公表してきた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
三次元構造情報に基づき明らかになった基質結合部に関する情報に基づき、各種キノン類を用いた阻害剤の選抜を試みた。具体的には各種キノン類を対象とした選抜および金属イオンを対象とした選抜を実施した。前者については、ナフトキノンやフェナントレンキノンなどを用いて選抜を実施したが、それらはPQQとは異なりPDHの補酵素として機能せず、また阻害効果についても観察できなかった。一方、後者については、本来の金属イオンであるカルシウムイオン以外に、マグネシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオンなど二価金属イオンを広く利用できることが明らかとなったが、これらのイオンが阻害効果を生むことはなかった。その一方で、予想された通りEDTAの添加は活性を大きく低下させることが明らかとなった。このことは、金属と結合性を示すキレート剤がPDHの活性を低下させることを示唆しているが、PDHに対する特異的な阻害剤とは言えない。以上のことから、継続的に阻害剤の選抜についての研究を続けていく必要がある。
PDHの生理的な役割を明らかにするため、バイオログと呼ばれる様々な有機物を含む96穴マイクロプレートを利用して、PQQ含有および非含有培地をそれぞれ用いて培養を実施し、PQQと有機物代謝との関連性を調査した。その結果、PQQを添加した培地において、2-ケト-D-グルコン酸、リビトール、D-プシコースを含む培地で成長促進効果がわずかに観察されたが、その影響は顕著ではなかったため、より詳細に精査される必要がある。一方で、PDHと多糖モノオキシゲナーゼ（LPMO）の共存下において、PDHがLPMOの電子供与体として機能する可能性が示唆された。このことは、今回見出そうとしている阻害剤の効果は、植物細胞壁分解の阻害がターゲットである可能性を示唆している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
上述した通り、阻害剤の探索は継続的に進める必要がある。特に、三次元構造情報に基づく選抜に加えて、網羅的スクリーニングも取り入れることを予定している。また、PDHの生理的な役割として、本年度、PDHがLPMOの電子供与体として機能する可能性が示唆されたため、これについて、詳細な解析を実施する。具体的には、PDHの様々な変異体を作出し、これを電子供与体として用いてLPMOの活性測定を実施することで、PDHとLPMOの電子伝達機能について調査する。
また次年度は最終年度であることから、積極的に成果を論文や学会発表として公表することを心がける。
|
