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Shewanella属細菌の嫌気呼吸を制御するシグナル伝達機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16J08653
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用微生物学
研究機関東京薬科大学

研究代表者

笠井 拓哉  東京薬科大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2017年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2016年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードShewanella属細菌 / cyclic AMP / CRP / 微生物電気化学 / 乳酸代謝系 / cAMP/CRP制御系 / 乳酸代謝 / アミノ酸代謝
研究実績の概要

Shewanella oneidensis MR-1株は異化的金属還元細菌であり、様々な電子受容体を利用して呼吸を行う。また電極への電子伝達も可能であるため、微生物電気化学システム(BES)への応用が期待されている。
前年度までに我々はMR-1株において細胞外の電子受容体の還元に必要なMtrタンパク質群をコードする遺伝子とD-乳酸酸化酵素(Dld)をコードする遺伝子がcyclic AMP receptor protein(CRP)によって直接的に制御されることを明らかにした。MR-1株は炭素源・エネルギー源として乳酸を好むため、本株においてCRPは基質の酸化と電子受容体の還元を含むエネルギー代謝系を包括的に制御する役割を果たしていると考えられた。しかし、ShewanellaではCRPが嫌気呼吸系の制御に関与することが知られていたものの、その生理機能やシグナル伝達機構には未解明な点が多い。またCRPの機能を利用すれば、電流生成に関与する代謝系を包括的に活性化し、MR-1株の電流生成能力を大幅に向上させることができると期待された。そこで本年度はMR-1株におけるCRPの生理機能をさらに詳細に解析するとともに、CRP制御系の高活性化による高電流生成株の構築を行った。
CRPの生理機能の解析では、発酵的D-乳酸脱水素酵素(LdhA)の遺伝子発現もCRPによって制御されていることを明らかにした。この結果から、MR-1株ではCRPによってD-乳酸代謝系(DldとLdhA)が嫌気呼吸系と協調的に制御されていることが示され、本株におけるCRPの新たな生理機能が明らかになった。高電流生産株の構築では、CRPの補因子であるcAMPの合成酵素遺伝子(cyaC)を過剰発現させることで、従来の約2倍の電流生成能を示す株の構築に成功した。これにより、CRPの転写誘導活性の制御が高効率なBESの構築において重要であることが示された。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] CpdA is involved in amino acid metabolism in Shewanella oneidensis MR-12018

    • 著者名/発表者名
      Kasai T, Kouzuma A, Watanabe K
    • 雑誌名

      Biosci. Biotechnol. Biochem.

      巻: 82 号: 1 ページ: 166-172

    • DOI

      10.1080/09168451.2017.1413326

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemically active bacteria sense electrode potentials for regulating catabolic pathways2018

    • 著者名/発表者名
      Hirose A, Kasai T, Aoki M, Umemura T, Watanabe K, Kouzuma A
    • 雑誌名

      Nature Commun.

      巻: 9 号: 1 ページ: 1083-1083

    • DOI

      10.1038/s41467-018-03416-4

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] CRP regulates D-lactate oxidation in Shewanella oneidensis MR-12017

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kasai, Atsushi Kouzuma, Kazuya Watanabe
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 8 ページ: 869-869

    • DOI

      10.3389/fmicb.2017.00869

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structures, Compositions, and Activities of Live Shewanella Biofilms Formed on Graphite Electrodes in Electrochemical Flow Cells2017

    • 著者名/発表者名
      Kitayama Miho、Koga Ryota、Kasai Takuya、Kouzuma Atsushi、Watanabe Kazuya
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 83 号: 17

    • DOI

      10.1128/aem.00903-17

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Shewanella oneidensisにおけるD-乳酸代謝系の制御機構と生理機能の解析2018

    • 著者名/発表者名
      笠井 拓哉、高妻 篤史、渡邉 一哉
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Shewanella oneidensis MR-1株におけるCRP依存的D-乳酸代謝制御機構2017

    • 著者名/発表者名
      笠井 拓哉、高妻 篤史、渡邉 一哉
    • 学会等名
      日本農芸化学会2017年度大会
    • 発表場所
      京都女子大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Shewanella oneidensis MR-1株におけるD-乳酸代謝系の発現制御機構2017

    • 著者名/発表者名
      笠井 拓哉、高妻 篤史、渡邉 一哉
    • 学会等名
      環境微生物系学会合同大会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Shewanellaの異化代謝系の電位応答と遺伝子発現制御機構2017

    • 著者名/発表者名
      笠井 拓哉、高妻 篤史、渡邉 一哉
    • 学会等名
      環境微生物系学会合同大会2017 微生物電気化学研究部会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Shewanella属細菌におけるcAMP加水分解酵素CpdAの新規機能の解析2017

    • 著者名/発表者名
      笠井 拓哉、高妻 篤史、渡邉 一哉
    • 学会等名
      第69回日本生物工学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] CRP coordinately regulates D-lactate oxidation and extracellular electron transfer in Shewanella oneidensis MR-12017

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kasai, Atsushi Kouzuma, Kazuya Watanabe
    • 学会等名
      the 6th international meeting on microbial electrochemistry and technologies
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shewanella属細菌におけるD-乳酸代謝系の生理学的機能2017

    • 著者名/発表者名
      笠井 拓哉、高妻 篤史、渡邉 一哉
    • 学会等名
      第16回微生物研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Shewanella属細菌において新たに発見されたCRP/cAMP制御系の生理機能とその制御機構の解明2016

    • 著者名/発表者名
      笠井 拓哉、高妻 篤史、渡邉 一哉
    • 学会等名
      第68回 日本生物工学会大会
    • 発表場所
      富山国際会議場(富山県富山市)
    • 年月日
      2016-09-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Shewanella属細菌におけるCRP/cAMP制御系の生理機能の解析2016

    • 著者名/発表者名
      笠井 拓哉、高妻 篤史、渡邉 一哉
    • 学会等名
      2016年度生物工学若手研究者の集い(若手会)夏のセミナー
    • 発表場所
      ホテルコンチネンタル府中(東京都府中市)
    • 年月日
      2016-07-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Shewanella oneidensisにおけるCRP依存的乳酸代謝制御機構の解析2016

    • 著者名/発表者名
      笠井 拓哉、高妻 篤史、渡邉 一哉
    • 学会等名
      第15回 微生物研究会
    • 発表場所
      日本大学生物資源科学部湘南キャンパス(神奈川県藤沢市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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