Identification of tetrodotoxin in marine sediments and screening for its biosynthetic genes in marine soil bacteria
| Project/Area Number |
19K22266
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山下 まり 東北大学, 農学研究科, 教授 (50192430)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | テトロドトキシン / 生合成 / 麻痺性貝毒 / ホタテガイ |
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| Outline of Research at the Start |
テトロドトキシン(TTX)はフグ毒として知られるが、海洋では他にカニ、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、どこで膨大なTTXが生産されるのか、なぜ、広範な生物が毒化するのかわかっていない。本研究は、日本でTTXが発生している地域の二枚貝や海底土壌を分析し、TTXが検出されるのか明らかにする。さらに、TTX陽性の土壌中微生物のDNAを抽出し、TTX生合成遺伝子を得ることに挑戦する。
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| 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。
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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。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(70 results)
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[Journal Article] Synthesis of C12-keto saxitoxin derivatives with unusual inhibitory activity against voltage‐gated sodium channels.2020
Author(s)
Adachi, K., Yamada, T., Ishizuka, H., Oki, M., Tsunogae, S., Shimada, N., Chiba, O., Orihara, T., Hidaka, M., Hirokawa, T., Odagi, M., Konoki, K., Yotsu-Yamashita, M., Nagasawa, K.
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Journal Title
Chemistry A European Journal
Volume: 26
Pages: 2025-2033
DOI
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Peer Reviewed
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[Journal Article] Metabolomic study of saxitoxin analogues and biosynthetic intermediates in dinoflagellates using 15N-labelled sodium nitrate as a nitrogen source2019
Author(s)
1.Cho, Y., Tsuchiya, S., Omura, T., Koike, K., Oikawa, H., Konoki, K., Oshima, Y., Yotsu-Yamashita, M.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 9
Pages: 3460-3460
DOI
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[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
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[Presentation] Identification of biosynthetic intermediates of amnesic shellfish toxin domoic acid and anthelmintic compound kainic acid2019
Author(s)
〇Maeno, Y., Kotaki, Y., Terada, R., Cho, Y., Konoki, K. and Yotsu-Yamashita, M.
Organizer
Gordon Research Conference, Mycotoxins and Phycotoxins
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[Presentation] Metabolomic study of saxitoxin biosynthesis in dinoflagellates using 15N-labelled sodium nitrate as a nitrogen source2019
Author(s)
〇Cho, Y., Tsuchiya, S., Omura, T., Koike, K., Oikawa, H., Konoki, K., Oshima, Y. and Yotsu-Yamashita, M.
Organizer
Gordon Research Conference, Mycotoxins and Phycotoxins
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[Presentation] Screening of novel secondary metabolites from microorganisms associated with the marine sponge Halichondria okadai2019
Author(s)
〇Goto, M., Kikuchi, S., Okada, K., Cho, Y., Yotsu-Yamashita, M. and Konoki, K.
Organizer
Tohoku University’s Chemistry Summer School
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[Presentation] Isolation and structural elucidation of tetrodotoxin related compounds from pufferfish2019
Author(s)
〇Yaegashi, Y., Ueyama, N., Kudo, Y., Cho, Y., Konoki, K. and Yotsu-Yamashita, M.
Organizer
Tohoku University’s Chemistry Summer School
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[Presentation] Crisprスクリーニングによる maitotoxin の標的分子探索（２）2019
Author(s)
角替俊輔,Katherine Chan,Amy Hin Yan Tong, Kamaldeep Kaur Aulakh, Andrea Habsid,八代田陽子,Jason Moffat,Charles Boone,山下まり, 村田道雄,〇此木敬一
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公益社団法人日本農芸化学会東北支部・第154回大会
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[Presentation] Crisprスクリーニングによる maitotoxin の標的分子探索（１）2019
Author(s)
〇角替俊輔,Katherine Chan,Amy Hin Yan Tong,Kamaldeep Kaur Aulakh, Andrea Habsid,八代田陽子,Jason Moffat,Charles Boone,山下まり,村田道雄,此木敬一
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公益社団法人日本農芸化学会東北支部・第154回大会
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