抗菌ペプチドの生物活性を増強するペプチドエピメラーゼの探索と光学異性化機構の解明

• Project/Area Number: 07J00716
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 荒川 健佑 Tohoku University, 大学院・農学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2009: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2008: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2007: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 光学異性化 / ペプチドエピメラーゼ / D-アラニン / 乳酸菌 / 抗菌ペプチド / バクテリオシン / ガセリシンA / ロイテリシン6

Research Abstract

Lactobacillus gasseri LA39およびLb.reuteri LA6は、アミノ酸配列が相同のバクテリオシン「ガセリシンA(GA)」および「ロイテリシン6(R6)」を生産する。GAとR6はそれぞれ2および1残基のD-Alaを構成アミノ酸として含み、その違いが両者の抗菌特性の差異を生むと考えられている。GAとR6では、翻訳後にL-Ala残基からD-Ala残基へ光学異性化が起きていると示唆され、その変換を触媒する光学異性化酵素(ペプチドエピメラーゼ)が存在すると推定されている。本研究では、両株に存在するペプチドエピメラーゼ遺伝子を同定し、GAとR6における光学異性化機構を明らかにすることを目的とした。
昨年度までの研究により、LA39株におけるペプチドエピメラーゼ遺伝子は、プラスミドpLgLA39上のGA生合成関連7遺伝子gaaBCADITEのいずれかと推定された。しかし、LA6株のプラスミドpLrLA6においてもgaaBCADITEと同一の配列が確認され、GAとR6の差異を生む因子(ペプチドエピメラーゼ遺伝子)がプラスミド上に存在しないことが強く示唆された。そこで本年度は、GAとR6におけるD-Alaの存在および両者の同一性/相違性を再確認するために、両者をHPLCにより従来以上に高度精製することを試みた。その結果、GAとR6は従来の見解とは異なりD-Alaを含まない同一の分子であると見出され、両者において翻訳後の光学異性化は起きていないことが明らかとなった。
以上の成果は2010年のLetters in Applied Microbiology誌に報告した。本研究では、ペプチドエピメラーゼ遺伝子の同定やペプチド光学異性化機構の解明を行うことはできなかった。しかし、今まで難しいとされてきた疎水性バクテリオシンのHPLC精製を実現し、バクテリオシン(試料)の高度精製の重要性を再認識させる有意義な知見であったと考えている。

Research Products

• [Journal Article] HPLC purification and re-evaluation of chemical identity of two circular bacteriocins, gassericin A and reutericin 6. (2010)
  • Author(s): Kensuke Arakawa, Yasushi Kawai, Yoshiyuki Ito, Kiyoshi Nakamura, Takahiro Chujo, Junko Nishimura, Haruki Kitazawa, Tadao Saito.
  • Journal Title: Letters in Applied Microbiology 50 Pages: 406-411
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] オランダでの第9回乳酸菌シンポジウム(LAB9)に参加して. (2009)
  • Author(s): 木下英樹, 荒川健佑, 川井泰, 齋藤忠夫.
  • Journal Title: ミルクサイエンス 58 Pages: 21-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conjugative plasmid from Lactobacillus gasseri LA39 that carries genes for production of and immunity to the circular bacteriocin gassericin A. (2009)
  • Author(s): Yoshiyuki Ito, Yasushi Kawai, Kensuke Arakawa, Yoshiko Honme, Takashi Sasaki, Tadao Saito.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology 75 Pages: 6340-6351
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 第9回国際乳酸菌シンポジウム(LAB9)報告 Section F : Preservation, novel enzymes and stress (2009)
  • Author(s): 荒川健佑, 川井泰
  • Journal Title: 日本乳酸菌学会誌 20 Pages: 14-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA sequencing and homologous expression of a small peptide conferring immunity to gassericin A, a circular bacteriocin produced by Lactobacillus gasseri LA39 (2009)
  • Author(s): Yasushi Kawai, Joni Kusnadi, Rober Kemperman, Jan Kok, Yoshiyuki Ito, Mikiko Endo, Kensuke Arakawa, Hideaki Uchida, Junko Nishimura, Haruki Kitazawa, Tadao Saito
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology 75 Pages: 1324-1330
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of gassericins A and T, bacteriocins produced by Lactobacillus gasseri, with glycine on custard cream preservation (2009)
  • Author(s): Kensuke Arakawa, Yasushi Kawai, Hiroyuki Iioka, Masashi Tanioka, Junko Nishimura, Haruki Kitazawa, Koichi Tsurumi, Tadao Saito
  • Journal Title: Journal of Dairy Science (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Negative effect of divalent cations on production of gassericin T, a bacteriocin produced by Lactobacillus gasseri, in milk-based media (2009)
  • Author(s): Kensuke Arakawa, Yasushi Kawai, Junko Nishimura, Haruki Kitazawa, Tadao Saito
  • Journal Title: International Dairy Journal (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 第4回アジア乳酸菌会議および第3回乳酸菌と健康に関する国際シンポジウムに参加して. (2008)
  • Author(s): 荒川健佑, 川井泰, 齋藤忠夫.
  • Journal Title: ミルクサイエンス 56 Pages: 93-97
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microbial community analysis of food-spoilage bacteria in commercial custard creams using culture-dependent and-independent methods. (2008)
  • Author(s): Kensuke Arakawa, Yasushi Kawai, Hiroyuki Iioka, Masashi Tanioka, Junko Nishimura, Haruki Kitazawa, Koichi Tsurumi, Tadao Saito.
  • Journal Title: Journal of Dairy Science (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bacteriocin production of probiotic Lactobacillus gasseri LA39 isolated from human feces in milk-based media. (2008)
  • Author(s): Kensuke Arakawa, Yasushi Kawai, Kenji Fujitani, Junko Nishimura, Haruki Kitazawa, Ken-ichi Komine, Kenzo Kai, Tadao Saito.
  • Journal Title: Animal Science Journal (In press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヒト腸管由来L. gasseriの二成分性バクテリオシン「ガセリシンT」の特性解析. (2010)
  • Author(s): 中條貴弘, 荒川健佑, 川井泰, 伊藤喜之, 中村圭志, 西村順子, 北澤春樹, 齋藤忠夫.
  • Organizer: 日本農芸化学会2010年度大会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区
  • Year and Date: 2010-03-29
• [Presentation] 改良チーズホエイ培地を用いたバクテリオシン(ガセリシンA)の調製とカスタードクリームの腐敗抑制効果. (2010)
  • Author(s): 中村圭志, 川井泰, 荒川健佑, 西村順子, 北澤春樹, 飯岡宏之, 谷岡政司, 鶴見幸市, 齋藤忠夫.
  • Organizer: 日本農芸化学会2010年度大会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区
  • Year and Date: 2010-03-28
• [Presentation] ヒト腸管由来乳酸菌Lactobacillus gasseriの抗菌物質耐性に添加脂質が及ぼす影響. (2009)
  • Author(s): 伊藤円香, 川井泰, 荒川健佑, 鈴木将憲, 西村順子, 北澤春樹, 齋藤忠夫.
  • Organizer: 第144回日本農芸化学会東北支部大会
  • Place of Presentation: 岩手県盛岡市
  • Year and Date: 2009-10-31
• [Presentation] N/C-両末端が結合した環状抗菌ペプチドの環化に関する研究. (2009)
  • Author(s): 荒川健佑, 川井泰, 伊藤喜之, 中村圭志, 中條貴弘, 西村順子, 北澤春樹, 齋藤忠夫.
  • Organizer: 日本畜産学会第111回大会
  • Place of Presentation: 沖縄県中頭郡
  • Year and Date: 2009-09-28
• [Presentation] 環状バクテリオシン・ガセリシンAの生合成遺伝子領域の決定. (2009)
  • Author(s): 中村圭志, 荒川健佑, 川井泰, 伊藤喜之, 中條貴弘, 西村順子, 北澤春樹, 齋藤忠夫.
  • Organizer: 平成21年度日本酪農科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 長野県諏訪市
  • Year and Date: 2009-08-28
• [Presentation] N/C-両末端が結合した環状抗菌ペプチド・ガセリシンAの活性発現遺伝子領域の決定. (2009)
  • Author(s): 荒川健佑, 川井泰, 伊藤喜之, 中村圭志, 中條貴弘, 西村順子, 北澤春樹, 齋藤忠夫.
  • Organizer: 第6回東北大学バイオサイエンスシンポジウム
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] Lactobacillus gasseri が生産する抗菌ペプチドを用いたカスタードクリームの新規保存法の開発 (2009)
  • Author(s): 荒川健佑, 川井泰, 飯岡宏之, 谷岡政司, 北澤春樹, 鶴見幸市, 齋藤忠夫
  • Organizer: 日本畜産学会第110回大会
  • Place of Presentation: 神奈川県藤沢市
  • Year and Date: 2009-03-27
• [Presentation] 2成分性のバクテリオシン(ガセリシンT)の生合成遺伝子とタンパク質化学的特性 (2009)
  • Author(s): 中條貴弘, 荒川健佑, 川井泰, 伊藤喜之, 中村圭志, 西村順子, 北澤春樹, 齋藤忠夫
  • Organizer: 日本畜産学会第110回大会
  • Place of Presentation: 神奈川県藤沢市
  • Year and Date: 2009-03-27
• [Presentation] バクテリオシン(ガセリシンA)に対する乳酸菌の自己耐性因子とその発現解析 (2009)
  • Author(s): 川井泰, 荒川健佑, 伊藤喜之, 西村順子, 北澤春樹, 齋藤忠夫
  • Organizer: 日本畜産学会第110回大会
  • Place of Presentation: 神奈川県藤沢市
  • Year and Date: 2009-03-27
• [Presentation] 環状バクテリオシン・ガラリシンAの活性発現遺伝子領域の決定. (2009)
  • Author(s): 荒川健佑, 川井泰, 伊藤喜之, 中村圭志, 中條貴弘, 西村順子, 北澤春樹, 齋藤忠夫.
  • Organizer: 日本乳酸菌学会2009年度大会
  • Place of Presentation: 山梨県甲府市
• [Presentation] ヒト由来乳酸桿菌のバクテリオシン生産性と耐性に脂肪酸(オクタデセン酸, C18:1)が及ぼす影響 (2008)
  • Author(s): 伊藤円香, 川井泰, 遠藤泰志, 荒川健佑, 鈴木将憲, 北澤春樹, 齋藤忠夫
  • Organizer: 日本乳酸菌学会2008年度大会
  • Place of Presentation: 京都府京都市
  • Year and Date: 2008-07-14
• [Presentation] プロバイオティック乳酸菌 Lactobacillus gasseri の生育性およびバクテリオシン生産性を向上させる新規乳培地の開発 (2008)
  • Author(s): 荒川健佑, 川井泰, 北澤春樹, 齋藤忠夫
  • Organizer: 第5回東北大学バイオサイエンスシンポジウム
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市
  • Year and Date: 2008-05-19
• [Presentation] ガセリシンTの生産性に及ぼす二価金属イオンの影響. (2008)
  • Author(s): 荒川健佑, 川井泰, 北澤春樹, 齋藤忠夫.
  • Organizer: 日本農芸化学会2008年度大会
  • Place of Presentation: 愛知・名古屋
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] 乳酸菌のバクテリオシン生産性と耐性はオクタデセン酸により変化する. (2008)
  • Author(s): 伊藤円香, 川井泰, 遠藤泰志, 荒川健佑, 北澤春樹, 齋藤忠夫
  • Organizer: 日本農芸化学会2008年度大会
  • Place of Presentation: 愛知・名古屋
  • Year and Date: 2008-03-27
• [Presentation] Effect of fatty acids (C18:1, octadecenoic acids) to bacteriocin production and resistance of Lactobacillus gasseri strains isolated from human intestine and feces (2008)
  • Author(s): Yasushi Kawai, Madoka Itoh, Yasushi Endo, Kensuke Arakawa, Junko Nishimura, Haruki Kitazawa, Tadao Saito
  • Organizer: The 9^<th> Symposium on Lactic Acid Bacteria
  • Place of Presentation: Egmond aan Zee・The Netherlands
• [Presentation] Improved growth and increased bacteriocin production of probiotic Lactobacillus gasseri strains in milk-based media (2008)
  • Author(s): Kensuke Arakawa, Yasushi Kawai, Haruki Kitazawa, Tadao Saito
  • Organizer: The 9^<th> Symposium on Lactic Acid Bacteria
  • Place of Presentation: Egmond aan Zee・The Netherlands
• [Presentation] Characteristics of bacteriocins and their producing Lactobacillus gasseri strains isolated from human infant feces. (2007)
  • Author(s): Yasushi Kawai, Kensuke Arakawa, Madoka Itoh, Yasushi Endo, Haruki Kitazawa, Tadao Saito.
  • Organizer: The 4th Asian Conference on Lactic Acid Bacteria (第4回アジア乳酸菌会議)
  • Place of Presentation: 中国・上海
  • Year and Date: 2007-10-15
• [Presentation] Application of bacteriocin produced by probiotic Lactobacillus gasseri LA39 to biopreservation of custard cream. (2007)
  • Author(s): Kensuke Arakawa, Yasushi Kawai, Haruki Kitazawa, Hiroyuki Iioka, Masashi Tanioka, Kenji Ichioka, Koichi Tsurumi, Tadao Saito.
  • Organizer: The 4th Asian Conference on Lactic Acid Bacteria (第4回アジア乳酸菌会議)
  • Place of Presentation: 中国・上海
  • Year and Date: 2007-10-15
• [Presentation] ヒト由来乳酸桿菌のバクテリオシン生産性と耐性に脂肪酸(オクタデセン酸、C18:1)が及ぼす影響. (2007)
  • Author(s): 伊藤円香, 川井泰, 遠藤泰志, 荒川健佑, 北澤春樹, 齋藤忠夫
  • Organizer: 日本乳酸菌学会2007年度大会
  • Place of Presentation: 神奈川・相模原
  • Year and Date: 2007-07-05
• [Presentation] ヒト腸管系乳酸菌の抗菌ペプチド生産性と耐性に脂肪酸(オクタデセン酸、C18:1)が及ぼす影響. (2007)
  • Author(s): 伊藤円香, 川井泰, 荒川健佑, 遠藤泰志, 北澤春樹, 齋藤忠夫
  • Organizer: 第4回東北大学バイオサイエンスシンポジウム
  • Place of Presentation: 宮城・仙台
  • Year and Date: 2007-06-04
• [Remarks]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/douka/index-j.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/douka/index-j.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.agri.tohoku.ac.jp/douka/index-j.html