Exploration and development of cold-adapted microorganisms useful in low-temperature biotechnology for chemical production and environmental conservation

• Project/Area Number: 17H04598
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 海外学術
• Research Field: Biofunction/Bioprocess
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: KURIHARA Tatsuo 京都大学, 化学研究所, 教授 (70243087)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2019: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2018: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2017: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 好冷性微生物 / 低温菌 / 特殊環境 / バイオテクノロジー / 物質生産 / タンパク質生産 / タンパク質分泌生産 / 応用微生物

Outline of Final Research Achievements

We developed foreign protein production systems using the cold-adapted bacteria, Shewanella livingstonensis Ac10, Pseudoalteromonas nigrifaciens Sq02, and Shewanella vesiculosa HM13, isolated from low-temperature environments as the hosts. We succeeded in constructing a regulatable low-temperature protein expression system using S. livingstonensis Ac10 and a secretory protein expression system using P. nigrifaciens Sq02.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

低温菌が生産する好冷性酵素は低温で高い活性を有し、低温で使用される食品加工用酵素や洗剤添加用酵素等として有用と考えられている。しかし、好冷性酵素は一般に熱安定性が低く、常温性酵素などと比べて容易に失活する。本研究で開発した低温菌を宿主としたタンパク質生産系は、タンパク質の熱変性が生じにくい低温での外来タンパク質生産を可能にするものであり、熱安定性の低い好冷性酵素の生産などに有用と考えられる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Naples "Federico II"(イタリア)
• [Int'l Joint Research] University of California, San Diego(米国)
• [Int'l Joint Research] 西南大学(中国)
• [Int'l Joint Research] University of California, San Diego(米国)
• [Int'l Joint Research] 西南大学(中国)
• [Int'l Joint Research] University of Naples “Federico II”(イタリア)
• [Int'l Joint Research] University of California, San Diego(米国)
• [Int'l Joint Research] 西南大学(中国)
• [Int'l Joint Research] University of Naples “Federico II”(イタリア)
• [Journal Article] Capsular polysaccharide from a fish-gut bacterium induces/promotes apoptosis of colon cancer cells in vitro through Caspases' pathway activation (2022)
  • Author(s): Di Guida Rossella、Casillo Angela、Stellavato Antonietta、Kawai Soichiro、Ogawa Takuya、Di Meo Celeste、Kawamoto Jun、Kurihara Tatsuo、Schiraldi Chiara、Corsaro Maria Michela
  • Journal Title: Carbohydrate Polymers Volume: 278 Pages: 118908-118908
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2021.118908
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of a Putative Sensor Protein Involved in Regulation of Vesicle Production by a Hypervesiculating Bacterium, Shewanella vesiculosa HM13 (2021)
  • Author(s): Fumiaki Yokoyama、Tomoya Imai、Wataru Aoki、Mitsuyoshi Ueda、Jun Kawamoto、Tatsuo Kurihara
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 12 Pages: 629023-629023
  • DOI: 10.3389/fmicb.2021.629023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complete Lipooligosaccharide Structure from Pseudoalteromonas nigrifaciens Sq02-Rifr and Study of Its Immunomodulatory Activity (2021)
  • Author(s): Di Guida Rossella、Casillo Angela、Stellavato Antonietta、Di Meo Celeste、Kawai Soichiro、Kawamoto Jun、Ogawa Takuya、Kurihara Tatsuo、Schiraldi Chiara、Corsaro Maria Michela
  • Journal Title: Marine Drugs Volume: 19 Issue: 11 Pages: 646-646
  • DOI: 10.3390/md19110646
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Membrane Vesicles Produced by Shewanella vesiculosa HM13 as a Prospective Platform for Secretory Production of Heterologous Proteins at Low Temperatures (2021)
  • Author(s): Kawamoto Jun、Kurihara Tatsuo
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 2414 Pages: 191-205
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1900-1_12
  • ISBN: 9781071618998, 9781071619001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isolation of a novel bacterial strain capable of producing abundant extracellular membrane vesicles carrying a single major cargo protein and analysis of its transport mechanism (2020)
  • Author(s): Chen Chen、Jun Kawamoto、Soichiro Kawai、Akihiro Tame、Chiaki Kato、Tomoya Imai、Tatsuo Kurihara
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 10 Pages: 3001-3001
  • DOI: 10.3389/fmicb.2019.03001
  • NAID: 120006796472
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic characterization and functional implications of the gene cluster for selective protein transport to extracellular membrane vesicles of Shewanella vesiculosa HM13 (2020)
  • Author(s): Kouhei Kamasaka、Jun Kawamoto、Chen Chen、Fumiaki Yokoyama、Tomoya Imai、Takuya Ogawa、Tatsuo Kurihara
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: - Issue: 2 Pages: 525-531
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.03.125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a regulatable low-temperature protein expression system using the psychrotrophic bacterium, Shewanella livingstonensis Ac10, as the host (2019)
  • Author(s): Soichiro Kawai、Jun Kawamoto、Takuya Ogawa、Tatsuo Kurihara
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 83 Issue: 11 Pages: 2153-2162
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1638754
  • NAID: 120006764462
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Purification and characterization of 1-acyl-sn-glycerol-3-phosphate acyltransferase with a substrate preference for polyunsaturated fatty acyl donors from the eicosapentaenoic acid-producing bacterium Shewanella livingstonensis Ac10 (2018)
  • Author(s): Ogawa Takuya、Tanaka Asako、Kawamoto Jun、Kurihara Tatsuo
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 33-39
  • DOI: 10.1093/jb/mvy025
  • NAID: 40021625294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel 1-acyl-sn-glycerol-3-phosphate O-acyltransferase homolog for the synthesis of membrane phospholipids with a branched-chain fatty acyl group in Shewanella livingstonensis Ac10 (2018)
  • Author(s): Toyotake Yosuke、Cho Hyun-Nam、Kawamoto Jun、Kurihara Tatsuo
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 印刷中 Issue: 3 Pages: 704-709
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.04.140
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 細菌の細胞外膜小胞へのタンパク質輸送に関与する遺伝子クラスター (2022)
  • Author(s): 栗原達夫
  • Organizer: ビタミンB研究委員会 第466回研究協議会
• [Presentation] 細胞外膜小胞高生産菌の積荷タンパク質輸送における表層糖鎖合成酵素の機能 (2021)
  • Author(s): 都築大空、釜阪紘平、Liu Yuying、今井友也、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第67回日本生化学会近畿支部例会
• [Presentation] 細菌細胞外膜小胞へのタンパク質輸送に関与するII型分泌装置用輸送装置の特性解析 (2021)
  • Author(s): 玉田梨恵、榑林俊樹、Liu Yuying、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] Mechanism of protein loading onto membrane vesicles of Shewanella vesiculosa HM13 (2021)
  • Author(s): Tatsuo Kurihara
  • Organizer: EMBO Workshop on Bacterial membrane vesicles: Biogenesis, functions and medical applications
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 細胞外膜小胞へのタンパク質輸送における Wzx フリッパーゼホモログの機能 (2020)
  • Author(s): 釜阪紘平、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] Shewanella vesiculosa HM13 の表層糖鎖合成酵素による細胞外膜小胞構造と積荷タンパク質輸送の制御 (2020)
  • Author(s): 都築大空、釜阪紘平、Liu Yuying、今井友也、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第21回極限環境生物学会年会
• [Presentation] 細菌の細胞外膜小胞へのタンパク質輸送機構 (2020)
  • Author(s): 栗原達夫
  • Organizer: 令和2年度日本農芸化学会東北支部シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Mechanistic analysis of protein transport to extracellular membrane vesicles of a hypervesiculating bacterial strain, Shewanella vesiculosa HM13 (2020)
  • Author(s): Tatsuo Kurihara
  • Organizer: ASEMV2020 (Annual meeting of the American Society for Exosomes and Microvesicles)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Regulation of vesiculation and biofilm dispersion of Shewanella vesiculosa HM13 in response to extracellular environment (2020)
  • Author(s): Fumiaki Yokoyama、Tomoya Imai、Jun Kawamoto、Takuya Ogawa、Tatsuo Kurihara
  • Organizer: 3rd Bacterial Cell Biology Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 菌体外膜小胞へのタンパク質輸送における細胞表層構造制御タンパク質の機能 (2020)
  • Author(s): 釜阪紘平、陳晨、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] 細菌のセンサータンパク質によるベシクル生産とバイオフィルム分散の誘導 (2020)
  • Author(s): 横山文秋、今井友也、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] 膜小胞高生産性細菌におけるタンパク質の膜小胞への輸送機構 (2020)
  • Author(s): 栗原達夫
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
  • Invited
• [Presentation] バイオフィルム分散に関与するセンサータンパク質のホモログを介した細菌ベシクル生産制御 (2019)
  • Author(s): 横山文秋、川本純、今井友也、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第66回日本生化学会近畿支部例会
• [Presentation] Shewanella sp. HM13 における菌体外膜小胞を介したタンパク質分泌機構における細胞表層構造の働き (2019)
  • Author(s): 釜阪紘平、Chen Chen、Liu Yuying、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第66回日本生化学会近畿支部例会
• [Presentation] バイオフィルム分散関連タンパク質BdlAホモログの細菌ベシクル中からの同定 (2019)
  • Author(s): 横山文秋、川本純、小川拓哉、今井友也、栗原達夫
  • Organizer: 第33回バイオフィルム学会学術集会
• [Presentation] 低温菌 Pseudoalteromonas nigrifaciens Sq02 を用いた外来タンパク質低温分泌生産システムの構築と分泌機構の解明 (2019)
  • Author(s): 河合総一郎、Aken Puti Wanguyun、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第71回日本生物工学会大会
• [Presentation] 細菌の菌体外膜小胞を介した選択的タンパク質分泌における細胞表層構造の役割 (2019)
  • Author(s): 釜阪紘平、Chen Chen、小川拓哉、川本純、栗原達夫
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] タンパク質分泌生産に秀でた低温菌 Pseudoalteromonas nigrifaciens Sq02 を用いた低温タンパク質生産システムの開発 (2019)
  • Author(s): 河合総一郎、Aken Puti Wanguyun、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第20回極限環境生物学会年会
• [Presentation] 細菌の細胞外膜小胞へのタンパク質積み込みにおける膜表層構造の機能 (2019)
  • Author(s): 釜阪紘平、陳晨、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第20回極限環境生物学会年会
• [Presentation] 低温菌 Shewanella vesiculosa HM13 のセンサータンパク質によるベシクル生産およびバイオフィルム分散の制御 (2019)
  • Author(s): 横山文秋、今井友也、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第20回極限環境生物学会年会
• [Presentation] 低温菌Pseudoalteromonas sp. Sq02株を宿主としたタンパク質低温分泌生産システムの構築と応用 (2019)
  • Author(s): 河合総一郎、Aken Puti Wanguyun、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] 低温菌Pseudoalteromonas sp. Sq02株を用いたタンパク質低温生産システムの開発 (2018)
  • Author(s): 河合総一郎、Aken Puti Wanguyun、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第65回日本生化学会近畿支部例会
• [Presentation] 低温菌Pseudoalteromonas sp. Sq02株を宿主としたタンパク質低温分泌生産システムの構築 (2018)
  • Author(s): 河合総一郎、Aken Puti Wanguyun、川本純、小川拓哉、栗原達夫
  • Organizer: 第70回日本生物工学会大会