2022 Fiscal Year Annual Research Report
難培養性微生物の覚醒シグナルに応答する遺伝子の解明
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19K05804
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| Research Institution | Yasuda Women's University |
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Principal Investigator |
村上 千穂 安田女子大学, 薬学部, 助教 (50649077)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青井 議輝 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 准教授 (40386636)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 難培養性微生物 / 亜硝酸酸化細菌 / Nitrospira / 休眠と覚醒 / RNA-seq |
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| Outline of Annual Research Achievements |
難培養性微生物が休眠状態から覚醒する遺伝子発現の変化を RNA-seq によって網羅的に解析して覚醒シグナルに応答する遺伝子を明らかにすることを目的とした。RNA-seq解析により、難培養性微生物である亜硝酸酸化細菌の休眠状態, 増殖状態, 覚醒(増殖開始前)状態の3状態の全遺伝子4105個の発現状態が明らかとなった。この結果から、休眠状態と増殖状態の間に覚醒した増殖開始前の状態があることを、遺伝子発現量の差解析により確認することができた。
これらの発現量の変化する遺伝子の内、未知の覚醒シグナルに応答する遺伝子として、微生物が持つ普遍的な環境応答機構に着目した。具体的には、二成分制御系の構成成分の一つであり、シグナルを感知すると予想されるヒスチジンキナーゼに着目して解析した結果、3個の候補が得られた。これらのヒスチジンキナーゼのアミノ酸配列から、1個が1回膜貫通型1個、2個が3回膜貫通型であり、センサー部分の配列を調べたところ、機能は未知であった。これらの遺伝子をPCRで増幅し、ベクターに組み込んで大腸菌でタンパク質として発現させる系の構築を試みた。しかし、現在までの結果として、タンパク質として発現させることはできなかった。
そこで、これまで解析を行ってきた難培養性微生物NitrospiraのND-1株だけではなく、NJ-1株でも、同様の休眠覚醒現象が起こることを実験的に示した。NJ-1株は、ND-1株と同様な現象を示したが、ND-1株よりも覚醒現象が強く、休眠状態になりにくい特徴が見られた。また、これらの株は、自身の代謝物でもお互いの代謝物でも休眠状態からの覚醒を誘導することがわかった。これにより、難培養性微生物の休眠覚醒現象は、Nitrospiraに共通した特徴であり、お互いの増殖開始を促進していることがわかった。
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