2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the biosynthetic pathway of terrestrial tetrodotoxin via metagenomic analysis
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20K15405
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
工藤 雄大 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (60824662)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | テトロドトキシン / イモリ / 生合成 / メタゲノム / 構造解析 / 質量分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テトロドトキシン (TTX) はフグやイモリを含む広範な生物種に含まれる強力な神経毒である。陸上におけるTTXの生産者は不明瞭であり、自然界でどのようにしてTTXの複雑な化学構造が構築されるか、即ち生合成は謎に包まれている。本研究ではメタゲノム解析と有毒イモリの成分解析によって、陸上におけるTTXの生合成経路の解明を目指した。
TTX生合成遺伝子を探索するため、前年度に引き続きメタゲノム解析を実施した。TTX含有イモリの生息地から、TTXの生産者を含むと推測される環境サンプルを得た。環境サンプルからDNAを抽出し（環境メタゲノム）、環境メタゲノムをインサートとするFosmidを持つ大腸菌を得た（Fosmid library）。最終年度では条件を最適化することでサイズの拡張を行い、38万クローンからなるFosmid libraryが作成できた。TTXの生合成への関与が疑われる酵素を指標としたPCRスクリーニングを行い、library全てに対してスクリーニングを実施した。スクリーニングでヒットしたFosmidを次世代シーケンサーで解析することで、有毒イモリ生息地の環境メタゲノムの塩基配列情報を得た。指標とした酵素の遺伝子配列が存在することが確認できた。詳細な解析を行っており、TTX生合成遺伝子の探索へと展開させていく。
生合成経路の情報を得るため、前年度に引き続き質量分析器（MS）を用いてTTXに関連する新規化合物を有毒イモリから探索した。新規化合物を単離精製し、核磁気共鳴装置（NMR）を用いて化学構造を解析した。新たな三環性骨格を有するグアニジノ化合物2種を得た。我々の推定経路における共通前駆体に由来すると思われる構造を持ち、陸上におけるTTXの生合成経路およびシャント経路について知見を深めた。本成果を関連学会にて発表し、論文を公表した。
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[Presentation] Possible mode of action of polycavernosides, and Nav blocking activities of highly purified tetrodotoxin analogues2021
Author(s)
Mari Yotsu-Yamashita, Yuka Doi, Kotaro, Iwasaki, Satori Sasaki, Yuki Kawashima, Noriko Shimada, Osamu Chiba, Kyoka Sato, Yuta Kudo, Yuko Cho, Keiichi Konoki, Makoto Sasaki
Organizer
The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
Int'l Joint Research / Invited
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