2014 Fiscal Year Annual Research Report
スフィンゴモナス細菌群の新規物質代謝能力獲得を司る機構の解明とその応用
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25292043
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
永田 裕二 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (30237531)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大坪 嘉行 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (40342761)
津田 雅孝 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90172022)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | スフィンゴモナス / 環境汚染物質 / 可動性遺伝因子 / ゲノム / 進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表的な環境細菌であるスフィンゴモナス細菌群には特定の難分解性物質代謝能力に特化した「スペシャリスト」が数多く存在する。本研究では、申請者らが確立した有機塩素系殺虫剤γ-HCH完全分解資化細菌Sphingobium japonicum UT26株およびその類縁スフィンゴモナス細菌株の実験系を利用して、高度に難分解性の有機塩素系化合物分解能に注目し、１．スフィンゴモナス細菌群特有の基本的機能の解明、２．細胞外「環境遺伝子プール」からの新規遺伝子獲得に関わるスフィンゴモナス特有の可動性遺伝因子に関する研究、３．獲得遺伝子の最適化に関わる細胞内での酵素遺伝子進化およびゲノム構造変化に関する研究、を平行して実施し、スフィンゴモナス細菌株が特殊能力を獲得・発揮するための分子基盤を解明する。さらに得られる知見を利用して、４．スフィンゴモナス細菌細胞を利用した未利用微生物機能開発系の構築を目指す。
本年度は、各項目について以下の成果を得た。１．UT26株のγ-HCH分解資化に必須の推定ABCトランスポーターLinKLMNの機能解明のためにLinMを大腸菌で高発現する系を確立すると共に、他株のLinKLMNホモログがUT26株のlinKLMN遺伝子破壊株の機能を相補できることを明らかにした。また、UT26株以外のγ-HCH分解細菌には下流代謝系遺伝子としてUT26株のものとは相同性の低い遺伝子を利用するものが存在することを明らかにした。２．γ-HCH分解細菌株細胞中で実際に転移するトランスポゾンを検出した。３．ハロアルカンデハロゲナーゼLinBが１アミノ酸残基の変異の蓄積で段階的に機能進化することを明示した。４．UT26株由来のγ-HCH分解代謝遺伝子をクラスター化して類縁菌株に導入することで、新規のγ-HCH分解細菌株の人口合成に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、各研究項目について以下の成果を得た。１．スフィンゴモナス特有の機能を司ると推定されるABCトランスポーターLinKLMNの機能解析の鍵となるLinMを大量発現する系の構築に成功すると共に、他株のLinKLMNホモログがUT26株のものと同様の機能を有することを明らかにした。また、UT26株以外のγ-HCH分解細菌には下流代謝系遺伝子としてUT26株のものとは相同性の低い遺伝子を利用するものが存在することを明らかにした。２．γ-HCH分解細菌株細胞中で実際に転移するトランスポゾンを検出した。３．ハロアルカンデハロゲナーゼLinBが１アミノ酸残基の変異の蓄積で段階的に機能進化することを明示した。４．UT26株由来のγ-HCH分解代謝遺伝子をクラスター化して類縁菌株に導入することで、新規のγ-HCH分解細菌株の人口合成に成功した。このように研究を進めていく上で重要な成果を各項目ごとにあげることができたため、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．前年度までに立ち上げた分子間相互作用解析系とLinMの大量精製系を利用してLinKLMNが輸送する基質を解明し、その具体的機能を明らかにする。さらに、他菌株が有するLinKLMNホモログについても同様の解析を行う。UT26株より高濃度のγ-HCH分解が可能な他株由来のホモログはUT26株のものより高機能である可能性があり、それらの構造-機能相関を明らかにすることでLinKLMNの高機能化を試みる。
２．前年度に引き続き、特定の挿入配列の動態とゲノム進化との関連性を解明する。また、UT26株由来のプラスミド除去株の作製、保持レプリコン数の少ない他のスフィンゴモナス細菌株の利用により、多様なプラスミドを受容しやすい宿主細胞を構築する。
３．前年度までに得た酵素進化に関する知見を活かして、スフィンゴモナス細菌群を宿主に用いたin vivo実験系で、酵素遺伝子進化過程の追跡を実施する。また、前年度までにγ-HCH分解細菌株では、レプリコン間の融合・解離などのダイナミックな構造変化が起こりやすいと示唆された。こうしたダイナミックな構造変化がどのように、どのような機構で起こるかを次世代シーケンサーによる全ゲノム配列解析で解明する。
４．前年度までに得られた知見、および人工合成したγ-HCH分解細菌株を利用して、新規能力の獲得・発揮能に長けたスフィンゴモナス宿主を作製し、POPs分解菌を創出することで、スフィンゴモナス細菌細胞を利用した未利用微生物機能開発系の構築を目指す。
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[Journal Article] Structural and Functional Analysis of Novel Haloalkane Dehalogenase with Two Halide-Binding Sites2014
Author(s)
Chaloupkova R, Prudnikova T, Rezacova P, Prokop Z, Koudelakova T, Daniel L, Brezovsky J, Ikeda-Ohtsubo W, Sato Y, Kuty M, Nagata Y, Smatanova IK, Damborsky J
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Journal Title
Acta Crystallographica Section D
Volume: D70
Pages: 1884-1897
DOI
Peer Reviewed
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