細菌固定化蛋白質の水中接着能を利用する固体表面のワンポット自在修飾技術の創出

• 研究課題/領域番号: 17H01345
• 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: 生物機能・バイオプロセス
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 堀 克敏 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50302956)
• 研究分担者: 加藤 竜司 名古屋大学, 創薬科学研究科, 准教授 (50377884)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円); 2019年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2018年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円); 2017年度: 21,450千円 (直接経費: 16,500千円、間接経費: 4,950千円)
• キーワード: 接着蛋白質 / 細胞接着 / 微生物 / 表面 / 分子固定 / 生体材料 / 蛋白質 / バイオテクノロジー / 接着 / 生物・生体工学 / 生体分子 / タンパク質 / 原子間力顕微鏡 / 分子動力学シミュレーション / 相互作用 / 機能表面 / 接着状態 / 抗菌

研究成果の概要

機能性ペプチドまたはタンパク質、リポソームなどを融合したAtaAの溶液を材料表面に滴下することで、それらを固定し機能表面を創出することに成功した。また、その固定状態を制御する手法を確立した。さらに、AtaA修飾表面が細胞接着、増殖に与える影響を明らかにした。AtaAの材料表面に対する接着をAFMによる水中観察と水晶発振子マイクロバランス（QCM）による測定、さらには全原子分子動力学（MD）計算で解析することにより、接着様式に関する知見を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で確立した表面修飾技術は、AtaAに機能性ペプチドやタンパク質、リポソームなどを融合し、化学修飾をしていない任意の材料基盤に水中接触させるだけで固定化するという、迅速かつ簡便な産業界待望のものである。また、本研究で明らかになったAtaAの接着様式は、生体分子-非生物表面間相互作用の原理解明と制御に向けて非常に重要な知見である。

研究成果

• [国際共同研究] マックスプランク研究所/フランクフルト大学(ドイツ)
• [国際共同研究] オスロ大学(ノルウェー)
• [国際共同研究] Nottingham Trent University(英国)
• [国際共同研究] マックスプランク研究所/フランクフルト大学(ドイツ)
• [国際共同研究] オスロ大学(ノルウェー)
• [国際共同研究] Max Planck Institute/Goethe University(ドイツ)
• [国際共同研究] The University of Oslo(ノルウェー)
• [雑誌論文] Native display of a huge homotrimeric protein fiber on the cell surface after precise domain deletion (2020)
  • 著者名/発表者名: Aoki Sota、Yoshimoto Shogo、Ishikawa Masahito、Linke Dirk、Lupas Andrei、Hori Katsutoshi
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 129 号: 4 ページ: 412-417
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2019.09.022
  • NAID: 40022216066
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bottom-up Creation of an Artificial Cell Covered with the Adhesive Bacterionanofiber Protein AtaA (2019)
  • 著者名/発表者名: Noba Kosaku、Ishikawa Masahito、Uyeda Atsuko、Watanabe Takayoshi、Hohsaka Takahiro、Yoshimoto Shogo、Matsuura Tomoaki、Hori Katsutoshi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 141 号: 48 ページ: 19058-19066
  • DOI: 10.1021/jacs.9b09340
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of AtaA-mediated bacterial immobilization by casein hydrolysates (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohara, S. Yoshimoto, K. Hori
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 128 号: 5 ページ: 544-550
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2019.04.019
  • NAID: 40022069844
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Acinetobacter trimeric autotransporter adhesin Ata controls key virulence traits of Acinetobacter baumannii (2019)
  • 著者名/発表者名: Marko Weidensdorfer, Masahito Ishikawa, Katsutoshi Hori, Dirk Linke, Bardya Djahanschiri, Ruben Iruegas, Ingo Ebersberger, Sara Riedel-Christ, Giulia Enders, Laura Leukert, Peter Kraiczy, Florian Rothweiler, Jindrich Cinatl, Jürgen Berger, Katharina Hipp, Volkhard AJ Kempf, Stephan Göttig
  • 雑誌名: Virulence 巻: 10 号: 1 ページ: 68-81
  • DOI: 10.1080/21505594.2018.1558693
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cell behavior of the highly sticky bacterium Acinetobacter sp. Tol 5 during adhesion in laminar flows (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Furuichi, K. Iwasaki, and K. Hori
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 8285-8285
  • DOI: 10.1038/s41598-018-26699-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Immobilization of Enterobacter aerogenes by a trimetric autotransporter adhesin, AtaA, and its application to biohydrogen production (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Nakatani, N. Ding, Y. Ohara, and K. Hori
  • 雑誌名: Catalysts 巻: 8 号: 4 ページ: 159-159
  • DOI: 10.3390/catal8040159
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Integrated Production and Separation (2017)
  • 著者名/発表者名: Hori K.、Unno H.
  • 雑誌名: Reference Module in Life Science 巻: - ページ: 579-590
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-809633-8.09091-9
  • ISBN: 9780128096338
• [学会発表] 正確なドメイン欠損による巨大ファイバータンパク質の再構成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 青木壮太, 吉本将悟, 石川聖人, 堀 克敏
  • 学会等名: 化学工学会第85年会
• [学会発表] 発現ホストの違いによる高凝集性タンパク質AtaAの付着凝集特性の相違 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩崎啓太, 吉本将悟, 堀 克敏
  • 学会等名: 化学工学会第85年会
• [学会発表] Inhibition and detachment of AtaA-mediated bacterial adhesion by casein hydrolysates (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohara, S.Yoshimoto, K. Hori
  • 学会等名: The 25th Young Asian Biological Engineers’ Community
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Adheasion force mapping of cell surface of high adhesive bacteria using atomic force microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ishii, S. Yoshimoto, K. Hori
  • 学会等名: The 25th Young Asian Biological Engineers’ Community
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Comparison of the adhesiveness of Acinetobacter sp. Tol 5 among various material surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Kawashiri, S. Yoshimoto, T. Matsushita, K. Iio, M. Takai, K. Hori
  • 学会等名: The 18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress
  • 国際学会
• [学会発表] A new aspect of the translocator complex of trimeric autotransporter adhesins of Gram-negative bacterial (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Hori
  • 学会等名: Talking with membranes: biogenesis, communications and diseases
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] バクテリオナノファイバー蛋白質AtaAで修飾した接着性人工細胞の創出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野場考策, 石川聖人, 植田淳子, 渡邉貴嘉, 芳坂貴弘, 吉本将悟, 松浦友亮, 堀 克敏
  • 学会等名: 第9回CSJ化学フェスタ
• [学会発表] 分子動力学計算による高接着性タンパク質AtaA_Nheadの接着過程解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 笹原純, 鈴木淳巨, 藤本和士, 岡崎 進, 堀 克敏
  • 学会等名: 第9回CSJ化学フェスタ
• [学会発表] AFMを用いた高付着性細菌及びその細胞表層タンパク質の接着力測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井慧，吉本将悟，堀 克敏
  • 学会等名: 第71回日本生物工学会大会
• [学会発表] バクテリオナノファイバー蛋白質AtaAで修飾した接着性人工細胞の創出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野場考策，石川聖人，植田淳子，渡邉貴嘉，芳坂貴弘，吉本将悟，松浦友亮，堀 克敏
  • 学会等名: 第13回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] 高付着性蛋白質AtaAで被覆された人工細胞のボトムアップ創成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野場考策，石川聖人，植田淳子，渡邊貴嘉，芳坂貴弘，吉本将悟，松浦友亮，堀 克敏
  • 学会等名: 2019年度 生物工学会中部支部例会
• [学会発表] Searching inhibitors against adhesion of the nanofiber protein AtaA and the control of microbial immobilization (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohara, S. Yoshimoto, K. Hori
  • 学会等名: iBio-N 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Distant variable peptide display system on bacterial cell utilizing long bacterionanofiber of a trimeric autotransporter adhesin (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Nakatani, K. Hori
  • 学会等名: iBio-N 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Development of an efficient counterselection method for Methylococcus capsulatus (Bath) (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, K. Hori
  • 学会等名: Asian Synthetic Biology Association 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 微生物バクテリオナノファイバーによる微生物プロセスの革新 (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀 克敏
  • 学会等名: 環境バイオテクノロジー学会2018年度大会
  • 招待講演
• [学会発表] 水中強接着性細菌タンパク質AtaAの非特異的相互作用の謎に迫る (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀 克敏
  • 学会等名: 第70回日本生物工学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Protein engineering of bacterionanofiber protein for the innovative bioprocesses (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Hori
  • 学会等名: Asian Synthetic Biology Association 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantification of cell adhesion of Acinetobacter sp. Tol 5 via a trimeric autotransporter adhesin using atomic force microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ishii, S. Yoshimoto, K. Hori
  • 学会等名: FEMS 7th Congress of European Microbiologists
  • 国際学会
• [学会発表] AtaA, a new trimeric autotransporter adhesin mediating strong and nonspecific adhesion of bacterial cells (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Hori
  • 学会等名: 第90回日本細菌学会
  • 招待講演
• [学会発表] 付着性・凝集性細菌の付着・バイオフィルム形成過程と固定化技術の発展，化学工学会 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀 克敏
  • 学会等名: 第49回化学工学会度秋季大会
  • 招待講演
• [図書] 細胞表層工学の進展 (2020)
  • 著者名/発表者名: 堀 克敏
  • 総ページ数: 246
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781314969
• [図書] 細胞・生体分子の固定化と機能発現 (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀 克敏
  • 総ページ数: 294
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781313269
• [産業財産権] 分離ペプチド (2019)
  • 発明者名: 堀 克敏
  • 権利者名: 名古屋大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-132490
  • 出願年月日: 2019
  • 外国
• [産業財産権] 接着タンパク質 (2019)
  • 発明者名: 堀 克敏
  • 権利者名: 名古屋大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-132488
  • 出願年月日: 2019
  • 外国