深海熱水環境からの超好熱古細菌ゲノム資源の大規模収集とその産業技術への応用

• 研究課題/領域番号: 16208020
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 水産化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 左子 芳彦 京都大学, 農学研究科, 教授 (60153970)
• 研究分担者: 石野 良純 九州大学, 農学研究院, 教授 (30346837) ; 高井 研 海洋研究開発機構, 極限環境生物圏研究センター, グループリーダー (80359166) ; 野村 紀通 京都大学, 農学研究科, 助手 (10314246)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 47,840千円 (直接経費: 36,800千円、間接経費: 11,040千円); 2007年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2006年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円); 2005年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円); 2004年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
• キーワード: 深海熱水環境 / 超好熱菌 / 古細菌 / ゲノム / 遺伝子資源 / 耐熱性酵素 / ヒドロゲナーゼ / エンドヌクレアーゼ / など / ヌクレアーゼ / 深海熱水孔 / ホーミングエンドヌクレアーゼ / ホーミングエンドヌクレアー / 海底熱水口 / 有用ゲノム資源 / メタゲノム解析 / 環境バイオテクノロジー / 知的財産権

研究概要

(1)沖縄トラフに位置する伊平屋北深海熱水孔(深度1000m, 310℃)における微生物の分布・生態調査をDNAクローン解析法と分離法を用いて行なった。とりわけこれまで存在が推測されていたが分離培養が不可能であった微生物について、水素と二酸化炭素を気相に用いた独立栄養性の培地を用いて多くの新規微生物群を分離した。その結果、本深海熱水孔においては一次生産者が光エネルギーに依存しない独立栄養性で微好気性の水素細菌ε-Proteobactreriaであることを発見し、多くの多様な新属種を分離してその性状を明らかにした。
(2)超好熱古細菌Thermoproteales目に属する新種株のrRNA遺伝子上に、複数の新型のホーミングエンドヌクレアーゼ遺伝子をコードするイントロンを見出し、発現後新規酵素の機能・耐熱性・基質認識性を詳細に検討した。本酵素群は、およそ20塩基対長の偽回文様配列を認識切断し、遺伝子組み換えやレアカッターとしての応用が期待された。
(3)深海熱水孔から分離された超好熱古細菌Aeropyrum caminiを好気的に大量培養して得られた菌体から、各種カラムクロマトグラフィーを用いて耐熱性かつ耐酸素性のヒドロゲナーゼを精製した。本酵素の活性特性を明らかにし、水素ガスの発生を確認した。長崎県橘湾にて分離されたA.pernix TB株はA. caminiの5倍以上ものH2ase総活性を有していることを発見し、それは成熟化機構あるいはそのアミノ酸配列に拠るものであることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Structure of a hyperthermophilic archaeal homing endonuclease, I-Tsp061I: contribution of cross-domain polar networks to thermostability. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakayama S., et. al.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 365 ページ: 362-378
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep-sea vent ε-proteobacteria genomes provide insights into emergence of pathogens. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa H., et. al.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104 ページ: 12146-12150
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of a hyperthermophilic archaeal homing endonuclease, I-Tsp 0611 : Contribution of cross-domain polar networks to thermostability (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, H., T., Shimamura, T., Imagawa, N., Shirai, T., Itoh, Y., Sako, M., Miyano, H., Sakuraba, T., Oshima, N., Nomura, H., Tanga
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 365 ページ: 362-378
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Deep-sea vent ε -proteobacterial genomes provide insights into emer-gence of pathogens (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa, S., Y., Takai, Shimamura, S., Reysenbach, A.L., K., Takai, K., Horikoshi
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104 ページ: 12146-12150
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structure of a hyperthermophilic archaeal homing endonuclease, I-Tsp061I: contribution of cross-domain polar netoworks to thermostability. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakayama H., et. al.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 365 ページ: 362-378
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep-sea vent ε-proteobacteria genomes provide insights into emergence of pathogens. (2007)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa S., et. al.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104 ページ: 12146-12150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microbial community in black rust exposed to hot ridge flank crustal fluids. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa S. et al.
  • 雑誌名: Appl. Enviorn. Microbiol. 72 ページ: 6789-6799
• [雑誌論文] Thermaerobacter litoralis sp.nov., a strictly aerobic and thermophilic bacterium isolated from a coastal hydrothermal field. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tanaka R., et al.
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 56 ページ: 1531-1534
• [雑誌論文] Distribution, phylogenetic diversity and physiological characteristics of epsilon-Proteobacteria in a deep-sea hydrothermal field. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa H., et. al.
  • 雑誌名: Environ. Microbiol. 7 ページ: 1619-1632
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distribution, phylogenetic diversity and physiological characteristics of epsilon-Proteobacteria in a deep-sea hydrothermal field (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa, S., K., Takai, F., Inagaki, H., Hirayama, T., Nunoura, K., Horikoshi, Y., Sako
  • 雑誌名: Environ. Microbiol 7 ページ: 1619-1632
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] I-Apel : a novel intron-encoded LAGLIDADG homing endonuclease from the archaea, Aeropyrum @ernix K1. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nomura N. et al.
  • 雑誌名: Nucleic Acid Res. 33
• [雑誌論文] Distribution, phylogenetic diversity and physiological characteritics of epsilon-Proteobacteria in a deep-sea hydrothermal field. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa S. et al.
  • 雑誌名: Environ.Microbiol. 7 ページ: 1619-1632
• [雑誌論文] Variability in microbial community and venting chemistry in a sediment-hosted backarc hydrothermal system : Impacts of subseafloor phase senaration (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa S. et al.
  • 雑誌名: FEMS Microbiol.Ecol. 54 ページ: 141-155
• [雑誌論文] Nitratiraputor tergarcus gen.nov., sp.nov.and Nitratifractor salsuginis gen.nov., sp.nov., nitrate-reducing chemolithoautotroph of the ε-Proteobacteria isolated from a deep-sea hydrothermal system in the Mid-Okinawa Trough. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa S. et al.
  • 雑誌名: Int.J.Syst.Evol.Microbiol. 55 ページ: 925-933
• [雑誌論文] Thioreductor micantilosi ge.nov., sp.nov., a novel mesophilic, sulfur-reducing chemolithoautotroph within theε-Proteobacteria isolated from hydrothermal sediments in the Mid-Okinawa Trough. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa S. et al.
  • 雑誌名: Int.J.Syst.Evol.Microbiol. 55 ページ: 599-605
• [雑誌論文] Cytochrome aa3 in facltatively aerobic and hyperthermophilic Pyrobaculum oguniense. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nunoura T. et al.
  • 雑誌名: Can.J.Microbiol. 51 ページ: 621-627
• [雑誌論文] Thioreductor micantisoli gen. nov., sp. nov., a novel mesophilic, sulfur-reducing chemolithoautotroph within the epsilon-Proteobacteria isolated from hydrothermal sediments in the Mid-Okinawa Trough. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa, S. et al.
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55 ページ: 599-605
• [雑誌論文] Nitratiruptor tergarcus gen. nov., sp. nov. and Nitratifractor salsuginis gen. nov., sp. nov., two nitrate-reducing chemolithoautotrophs within the epsilon-Proteobacteria isolated from a deep-sea hydrothermal system in the Mid-Okinawa. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa, S. et al.
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55 ページ: 925-933
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of homing endonuclease I-Tsp061I (2004)
  • 著者名/発表者名: Imagawa, T. et al.
  • 雑誌名: Acta. Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 60・11 ページ: 2006-2008
• [雑誌論文] Aeropyrum camini sp. nov., a strictly aerobic, hyperthermophilic archaeon from a deep-sea hydrothermal vent chimney (2004)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa, S. et al.
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 54・2 ページ: 329-335
• [雑誌論文] Methanotorris formicicus sp. nov., a novel extremely thermophilic, methane-producing archaeon isolated a black smoker chimney in the Central Indian Ridge (2004)
  • 著者名/発表者名: Takai, K. et al.
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 54 ページ: 1095-1100
• [雑誌論文] Hydrogenimonas thermophila gen. nov., sp. nov., a novel thermophilic, hydrogen-oxidizing chemolithoautotroph within the epsilon-Proteobacteria, isolated from a black smoker in a Central Indian Ridge (2004)
  • 著者名/発表者名: Takai, K. et al.
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 54 ページ: 25-32
• [学会発表] 好気性超好熱菌Aeropyrum pernixTB5株由来ヒドロゲナーゼの精製と性状解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 西村宏・岩田恵里・野村良子・左子芳彦
  • 学会等名: 日本水産学会
  • 発表場所: 東京海洋大学
  • 年月日: 2007-03-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Purification and characterization of hydrogenase from aerobic hyperther- mophilic archaeon Aaropyrum pernix TB5 (2007)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, H., E., Iwata, Y., Nomura, Y., Sako
  • 学会等名: The Japanese Society of Fisheries Scince
  • 発表場所: Tokyo Univ. of Marine Science and Technology, Tokyo
  • 年月日: 2007-03-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] 好気性超好熱菌Aeropyrum pernix TB5株由来ヒドロゲナーゼの精製と性状解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 西村宏・岩田恵里・野村良子・左子芳彦
  • 学会等名: 日本水産学会
  • 発表場所: 東京海洋大学
  • 年月日: 2007-03-28
• [図書] 「微生物の利用と制御」-食の安全から環境保全まで-極限環境微生物による地球温暖化への挑戦(水産学シリーズ155) (2007)
  • 著者名/発表者名: 西村宏・左子芳彦
  • 総ページ数: 143
  • 出版者: 恒星社厚生閣
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Utilization and regulation of microbes From food safety to environ-mental preservation-"Challenge to global warming by microorganism living in extreme environments"(Fisheries series 155) (2007)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, H., Y., Sako
  • 総ページ数: 143
  • 出版者: Kouseishakouseikaku (Tokyo)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] 「微生物の利用と制御」-食の安全から環境保全まで- 極限環境微生物による地球温暖化への挑戦 (水産学シリーズ 155) (2007)
  • 著者名/発表者名: 西村宏・左子芳彦
  • 総ページ数: 143
  • 出版者: 厚生社厚生閣
• [図書] フロンティア(17)新エネルギー開発前線 (分担分のタイトル : バイオ水素一バイオプロセスによる水素生産) (2006)
  • 著者名/発表者名: 吉川進, 西村宏, 左子芳彦
  • 総ページ数: 219
  • 出版者: (株)化学同人
• [図書] 深海熱水孔と好熱バイオテクノロジー,京大人気講義シリーズパイオサイエンスの新戦略(京都大学農学部編) (2004)
  • 著者名/発表者名: 左子芳彦
  • 総ページ数: 184
  • 出版者: 丸善