2015 Fiscal Year Research-status Report
深海底微生物のメタゲノム分析と新奇レアメタル依存遺伝子発現誘導機構の解明
| Project/Area Number |
15K14419
|
|---|
| Research Institution | Kochi University |
|---|
Principal Investigator |
芦内 誠 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 教授 (20271091)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
若松 泰介 高知大学, 教育研究部総合科学系生命環境医学部門, 講師 (60597938)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 深海底 / 難培養性微生物 / メタゲノム / レアメタルバイオロジー / 核酸スイッチ / 金属イオン吸着 / 機能性バイオ高分子 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
当初計画の通り、基質依存的遺伝子発現誘導を指標とした先端メタゲノム法（ＳＩＧＥＸ）を応用し、レアメタル特異的な新奇誘導遺伝子群の単離同定に着手した。また、南海トラフに加え、南太平洋還流の深海底コア試料も本研究対象とした。これは陸域環境とのアクセスがほぼ完全遮断された後者の領域を研究することで、さらなる生物学的多様性（必須配列の違いや金属応答性の違い等）の発見に繋がると期待されたためである。事実、南海トラフ試料より新たに同定した計７種のＳＩＧＥＸクローンがガリウム及びニッケルを主体とする応答性を示すのに対し、南太平洋還流試料より得た計６種のクローンでは大きくモリブデン／コバルト応答群とジスプロシウム／ランタン応答群に分けることができ、南海トラフ起源のものとは明らかに異なるとの結論を得た。ジスプロシウム／ランタンはいわゆる「レアアース」と呼ばれる産業上重要な非鉄金属種であるが、生物との関連性については不分明な部分が多い。本発見はそれ故、生物の環境適応機構の多様性を知る上で特に重要といえる。
次いで、このような特定レアメタル種に選択的な応答性が発揮される構造的要因を調査するため、各塩基配列の解読を進めた。結果、鉄輸送タンパク質遺伝子ホモログの一例を除き、応答クローンのいずれにも構造遺伝子の導入が認められないことから、遺伝子発現制御タンパク質等の関与を必要としない「核酸スイッチ型（低分子応答性）」制御遺伝子領域が単離されたものと予想された。そこで、ビオチン標識オリゴヌクレオチドプライマーによるＰＣＲ法で、各ＤＮＡ分子を増幅、回収した後、金属吸着試験に供した。今回、核酸高分子の機能構造類縁体とされる古細菌型ポリγグルタミン酸との比較分析より、各種応答性金属イオンに対する吸着特性が示唆された。現在、該吸着特異性分析、並びにこれに係る構造機能相関実験が進行している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
南海トラフに加え、南太平洋還流の深海底コア試料を利用したことで、レアメタル応答性の多様性と環境に適応した特殊性の両面が存在するとの発見に繋がったのは大きい。さて、我が国のＥＥＺの南鳥島周辺海域、さらにその南方には南太平洋還流域が拡がるが、該深海底には産業利用価値の高いレアアース泥が豊富に存在することが分かってきた。このような状況下、後者の深海底コア試料よりジスプロシウム／ランタンに代表されるレアアース応答性クローンが得られたことは、生物応答機構の多様性への理解深化だけに止まらず、新たな資源産業応用への道筋を描く足掛かりになる。今回、新たな遺伝子発現機構に加え、これまで化学的手法による差別化が難しいとされてきたレアアース（ランタノイド類）の厳密識別機構の存在まで期待させる成果を得ることができた。以上より「当初の計画以上に進展している」との評価に値する成果を得ることができたとの結論に達した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
初年度の成果に基づいた実験計画を遂行する。まず、現在進行中の特定レアメタルイオン吸着特異性分析、並びにこれに係る構造機能相関実験については平成２８年度の研究期間内に完結させる。当初推定していた核酸スイッチ機構の関与が飛躍的に高まったことから、機能性核酸種の同定研究に着手する。具体的には、ＤＮＡスイッチ型か、あるいはＲＮＡスイッチ型の新奇制御システムのいずれであるかについての理解を深めるため、核酸フットプリント法や、平衡透析法・ビアコア法等による精密分析を計画している。初年度内に明らかになった塩基配列については、二次構造予測アルゴリズムや自由エネルギー計算に基づくインシリコ分析に供する。次年度以降は計算化学の解析技術も積極的に取り入れることで、レアメタル種特異的結合機構分析とかかる構造要素の抽出工程の迅速化を図る。最終年度は、発展的課題にも取り組む予定である。例えば、ゲノムウォーキング等を駆使して、先に確定した応答塩基配列の下流に存在すると期待される構造遺伝子やオペロン領域等を探索と同定を進める。また、確定した塩基配列をベースとするレアメタル特異的な認識機能を有する核酸素材や機能性バイオベース高分子の設計、並びにこれらを基盤的バイオツールとして応用する新技術の確立を目指す。可能ならば、新規「特定レアメタルイオン分離システム」の開発にも挑戦したい。
|
| Causes of Carryover |
研究計画の進行に合わせて順調に助成金を使用させていただいたが、その中で174円ほどの残額が生じた。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
かかる残額の174円については、次年度使用計画の物品費に加えることで、有効活用したいと考えている。
|
