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2020 Fiscal Year Research-status Report

Identification of tetrodotoxin in marine sediments and screening for its biosynthetic genes in marine soil bacteria

Research Project

Project/Area Number 19K22266
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

山下 まり  東北大学, 農学研究科, 教授 (50192430)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Keywordsテトロドトキシン / 生合成 / 麻痺性貝毒 / ホタテガイ
Outline of Annual Research Achievements

テトロドトキシン(TTX)は海洋ではフグ、カニ、タコなど、また陸上ではイモリ、カエルに存在する。起源生物は細菌としているが、どこでTTXが生産され、なぜ広範な生物が毒化するのかわかっていない。また、生合成遺伝子も未解明である。昨年度、東日本の湾で、浮遊物以外海底から直接アクセスするものがない、海水中に吊して養殖されたホタテガイを1年間継続的に分析し、TTXは8月下旬から10月下旬にかけてピークを示すことを明らかにした。一方、ホタテガイの麻痺性貝毒の毒量のピークは、麻痺性貝毒生産渦鞭毛藻Alexandrium catenella (Group I)(旧A. tamarense)の細胞密度とパラレルな関係が示され、ホタテガイのTTX濃度とは、関係が示されなかった。また、ホタテガイ中のTTXは麻痺性貝毒に比べて極微量であることも明らかにした。そこで、そのパターンが繰り返されるかどうか確認するために、本年度も同ホタテガイについて、同様に1年間定期的に採集して分析した。その結果、前年度とほぼ同じ時期に微量のTTXを含有するようになり、その時期が終わるとTTXの濃度は減少した。この時期は前年度同様に、ホタテガイの麻痺性貝毒の蓄積の主原因となるA. catenella (Group I) (旧A. tamarense)の時期とは明らかにずれていた。そのため、ホタテガイのTTXは、麻痺性貝毒とは別の要因により、蓄積される可能性があることが再度示された。この結果は、児玉らの結果(Toxicon 1996)と異なっていた。また、付近の海底土壌とプランクトンを複数回採集し、顕微鏡観察、および前処理後にTTXのLC/MS分析を行った。さらに別の地点の海底付近の生物の採集も複数回行い、顕微鏡観察、TTX の分析、および一部のサンプルのDNAを抽出と分析を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は、昨年度のホタテガイに引き続き、定点で海水中に吊して養殖されたホタテガイを採集し、TTXが検出されるかどうかを調べた。1月から12月まで定期的にサンプリングし、中腸腺から前処理後、麻痺性貝毒群(サキシトキシン群)とTTXをLC/MSで分析した。TTXは、前年度とほぼ同じ時期に微量に検出された。麻痺性貝毒の蓄積の主原因となるA. catenella (Group I) (旧A. tamarense)の時期とは、明らかにずれていたため、別の要因があることを再度確認できた。また、付近の海底土壌とプランクトンを複数回採集し、顕微鏡観察と、前処理後にTTXのLC/MS分析を行った。さらに別の地点の海底付近の生物の採集も複数回行い、一部サンプルからDNAを抽出して分析した。このようにサンプルとデータは蓄積してきているので、順調に研究が進捗していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

1. さらに、すでに調査した2年間と同じ地点で、さらに定期的にサンプリングされた養殖されたホタテガイについても麻痺性貝毒とTTXを分析し、3年分を比較して繰り返し同じパターンが示されるかどうかを調べる。この結果から、さらにTTXによる毒化時期を確認することができると思われる。
2. ホタテガイのTTX含量が増える時期の海水や、プランクトン類、細菌をフィルターで集め、検鏡して優先プランクトン類を識別する。また、その優先プランクトンを分離して培養する。分析に十分な藻体を得てから、TTX類をLC/MSで分析する。また、その優先種で、すでに確立した培養株があれば、入手してそれも培養後にTTXの分析を行う。
3. これまで採集した海底土壌や海底付近の生物の種の同定も含めてDNA分析を進める。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染症の流行のため、サンプリングのために移動して旅費を使用することや、サンプリングを委託することができなかったため次年度使用額が生じた。次年度は、サンプリングを委託することが可能と思われるので、そのための支出として使用する計画である。

  • Research Products

    (33 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ユタ州立大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ユタ州立大学
  • [Int'l Joint Research] フランクフルト大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      フランクフルト大学
  • [Journal Article] Identification of Tricyclic Guanidino Compounds from the Tetrodotoxin-Bearing Newt Taricha granulosa2021

    • Author(s)
      Yuta Kudo, Charles T. Hanifin, and Mari Yotsu-Yamashita*
    • Journal Title

      Org. Lett.

      Volume: 23 Pages: 3513-3517

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.1c00916

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Two new skeletal analogues of saxitoxin found in the scallop, Patinopecten yessoensis, as possible metabolites of paralytic shellfish toxins2021

    • Author(s)
      Satoshi Numano, Yuta Kudo, Yuko Cho, Keiichi Konoki, Yoshimasa Kaga, Kazuo Nagasawa, Mari Yotsu-Yamashita*
    • Journal Title

      Chemosphere

      Volume: 278 Pages: 130224

    • DOI

      10.1016/j.chemosphere.2021.130224

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Revisited - Failure of tetrodotoxin to protect red-spotted newts, Notophthalmus viridescens, from endoparasites2021

    • Author(s)
      Dietrich Mebs*, Mari Yotsu-Yamashita, Katharina Hartmann, Christine Elbert, Richard Zehner, Stefan W. Toennes
    • Journal Title

      Toxicon

      Volume: 178 Pages: 77-81

    • DOI

      10.1016/j.toxicon.2020.02.026

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] SxtA localizes to chloroplasts and changes to its 3’UTR may reduce toxin biosynthesis in non-toxic Alexandrium catenella (Group I)2021

    • Author(s)
      Yuko Cho*, Shizu Hidema, Takuo Omura, Kazuhiko Koike, Kanae Koike, Hiroshi Oikawa, Keiichi Konoki, Yasukatsu Oshima, Mari Yotsu-Yamashita
    • Journal Title

      Harmful Algae

      Volume: 101 Pages: 101972

    • DOI

      10.1016/j.hal.2020.101972

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tetrodotoxin Framework Construction from Linear Substrates Utilizing a Hg(OTf)2-Catalyzed Cycloisomerization Reaction: Synthesis of the Unnatural Analogue 11-nor-6,7,8-Trideoxytetrodotoxin2021

    • Author(s)
      Keisuke Nishikawa*, Takayuki Noguchi, Seiho Kikuchi, Takahiro Maruyama, Yusuke Araki, Mari Yotsu-Yamashita, Yoshiki Morimoto*
    • Journal Title

      Organic Letters

      Volume: 23 Pages: 1703-1708

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.1c00125

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of C12‐keto saxitoxin derivatives with unusual inhibitory activity against voltage‐gated sodium channels2020

    • Author(s)
      Kanna Adachi, Tomoshi Yamada, Hayate Ishizuka, Mana Oki,Shunsuke Tsunogae, Noriko Shimada, Osamu Chiba, Tatsuya Orihara, Masafumi Hidaka, Takatsugu Hirokawa, Minami Odagi, Keiichi Konoki,* Mari Yotsu-Yamashita,* Kazuo Nagasawa*
    • Journal Title

      Chem. Eur. J.

      Volume: 26 Pages: 2025-2033

    • DOI

      10.1002/chem.201904184

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structures of N-Hydroxy-Type Tetrodotoxin Analogues and Bicyclic Guanidinium Compounds Found in Toxic Newts2020

    • Author(s)
      Yuta Kudo, Charles T. Hanifin, Yuichi Kotaki, Mari Yotsu-Yamashita*
    • Journal Title

      Journal of Natural Products

      Volume: 83 Pages: 2706-2717

    • DOI

      10.1021/acs.jnatprod.0c00623

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Polypedates Leucomystax (White-lipped Tree Frog) Toxicity.2020

    • Author(s)
      Mari Yotsu-Yamashita, Gunther K_hler, Dietrich Mebs*
    • Journal Title

      Herpetological Review

      Volume: 51 Pages: 822-823

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生合成環化酵素を用いた新規ドウモイ酸類縁体の生産2021

    • Author(s)
      前野優香理, 小瀧裕一, 寺田竜太, 長由扶子, 此木敬一, 山下まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] アメリカ産テトロドトキシン含有イモリより得られた新規環状グアニジノ化合物2021

    • Author(s)
      工藤 雄大, チャールズ ハニフィン, 山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] フグ由来の新規テトロドトキシン関連化合物2021

    • Author(s)
      八重樫 優士, 上山 望, 工藤 雄大, 長 由扶子, 此木 敬一, 山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] テトロドトキシン-タンパク質複合体作製のモデル反応と主生成物の構造決定2021

    • Author(s)
      善 瑞穂, 工藤 雄大, 長 由扶子, 此木 敬一, 山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] サキシトキシン類の非天然型エナンチオマーの合成及びナトリウムチャネル阻害活性評価2021

    • Author(s)
      高柳優夏, 安達栞菜, 石塚 颯, 此木敬一, 山下まり, 小田木 陽, 長澤和夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] 合成サキシトキシン誘導体に対する電位依存性ナトリウムチャネルの感受性評価2021

    • Author(s)
      千葉修, 山田智士, 角替俊輔, 島田紀子, 長 由扶子, 高柳優夏, 星 美波, 安達栞菜, 石塚 颯, 長澤和夫, 山下まり, 此木敬一
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] 電位依存性ナトリウムチャネルを阻害するクロイソカイメン抽出物の探索2021

    • Author(s)
      島田 紀子, 千葉修, 角替俊輔, 長 由扶子, 山下まり, 此木 敬一
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] 麻痺性貝毒サキシトキシンの推定生合成中間体の合成と有毒渦鞭毛藻中における同定2021

    • Author(s)
      東海林 千容, 長 由扶子, 安達 栞菜, 石塚 颯, 此木 敬一, 及川 寛, 小池 一彦, 長澤 和夫, 山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] 渦鞭毛藻サキシトキシン生合成酵素SxtAの細胞内局在の解明とsxtA遺伝子解析による無毒化機構の提唱2021

    • Author(s)
      長 由扶子, 日出間 志寿, 大村 卓朗, 小池 一彦, 小池 香苗, 及川 寛, 此木 敬一, 大島 泰克, 山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] 「天狗の麦飯」から分離されたクテドノバクテリア(Dictyobacter alpinus Uno16)からの抗菌化合物の探索2021

    • Author(s)
      齋藤 彩菜, 矢部 修平, 横田 明, 白石 太郎, 葛山 智久, 新谷 尚弘, 工藤 雄大, 山下まり, 阿部 敬悦
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] 致死性海藻中毒原因物質ポリカバノシド類の作用機序と構造活性相関2021

    • Author(s)
      土肥 裕花, 岩崎 浩太郎, 佐々木 理, 川島 悠岐, 島田 紀子, 長 由扶子, 此木 敬一, 佐々木 誠, 山下 まり
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
  • [Presentation] 渦鞭毛藻サキシトキシン生合成へのニゲリシンの影響2021

    • Author(s)
      長 由扶子*, 土屋 成輝, 日出間 志寿, 大村 卓朗, 此木 敬一, 大島 泰克, 山下 まり
    • Organizer
      令和3年度日本水産学会春季大会
  • [Presentation] テトロドトキシン類縁体のマウス毒性の再確認およびテトロドトキシンのアルカリ初期分解物の単離と構造2021

    • Author(s)
      山下まり*, 八重樫優士, 佐藤恭佳, 杉本亜津子, 長 由扶子, 此木敬一, 工藤雄大
    • Organizer
      令和3年度日本水産学会春季大会
  • [Presentation] Prediction of biosynthetic pathways of tetrodotoxin and saxitoxin on the basis of the structures of their intermediates2020

    • Author(s)
      Mari Yotsu-Yamashita*
    • Organizer
      American Society of Pharmacognosy, the Natural Product Science Webinars
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 有毒イモリより得られた新規テトロドトキシン類縁体および環状グアニジノ化合物2020

    • Author(s)
      工藤雄大*, Charles T. Hanifin, 山下まり
    • Organizer
      第62回天然有機化合物討論会
  • [Presentation] 生合成環化酵素を用いたドウモイ酸新規類縁体生産系の構築2020

    • Author(s)
      前野優香理*, 小瀧裕一, 寺田竜太, 長由扶子, 此木敬一, 山下まり
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部・第155回大会
  • [Presentation] ホタテガイ中腸腺由来オカダ酸アシル基転移酵素の可溶化条件の検討2020

    • Author(s)
      駒崎有紀, 寺内将斗, 工藤雄大, 長 由扶子, 山下まり, 此木敬一
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部・第155回大会
  • [Presentation] ドウモイ酸とカイニン酸の生合成を利用した多様な新規カイノイドの生産2020

    • Author(s)
      山下まり*
    • Organizer
      新学術領域「生合成リデザイン」第9回公開シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] LC-MS/MSを用いた麻痺性貝毒研究2020

    • Author(s)
      沼野 聡, 加賀 克昌, 工藤 雄大, 山下 まり
    • Organizer
      貝毒分科会
  • [Presentation] 機器分析法を用いた麻痺性貝毒研究2020

    • Author(s)
      沼野 聡, 加賀 克昌, 工藤 雄大, 山下 まり
    • Organizer
      令和2年度全国食品衛生監視員研修会
  • [Presentation] 神経興奮物質カイノイド類の生合成中間体の同定及び生理活性評価2020

    • Author(s)
      前野優香理、小瀧裕一、寺田竜太、長由扶子、此木敬一、山下まり
    • Organizer
      第30回記念万有福岡シンポジウム(オンライン)
  • [Presentation] 有毒イモリより得られた新規テトロドトキシン類縁体と推定生合成関連化合物の構造2020

    • Author(s)
      工藤雄大、Charles T. Hanifin、山下まり
    • Organizer
      第31 回仙台万有シンポジウム(オンライン)
  • [Remarks] 東北大学大学院農学研究科天然物生命化学分野HP

    • URL

      https://www.agri.tohoku.ac.jp/bukka/index-j.html

URL: 

Published: 2021-12-27  

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