バクテリアのコロニー形成の遺伝学的研究とその高効率検出・分離への応用

• 研究課題/領域番号: 17H03789
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 東京農業大学 (2020-2021); 東京大学 (2017-2019)
• 研究代表者: 正木 春彦 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (50134515)
• 研究分担者: 清水 則夫 東京医科歯科大学, 統合研究機構, 准教授 (30226245)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2019年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2018年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 大腸菌 / コロニー形成 / 温度感受性変異 / MPN法 / 液体培養 / 不飽和脂肪酸 / cAMP / VBNC / コリシン / tRNA / コロニー / 脂肪酸 / バクテリア / コリシンD / 硫黄代謝 / 脂肪酸合成 / CRP / 細菌 / 増殖 / cAMP受容タンパク質 / ASKA

研究成果の概要

自然に生きる多くの細菌はコロニーを作れない。その遺伝的背景を知るため，液体培養に比べてコロニーを作り難い大腸菌変異株を分離し，その性質検討等から，不飽和脂肪酸の供給が不足するとコロニー形成能が低下することを見出した。野生株でも低温飢餓に曝すと脂肪酸供給が不足しコロニーを作り難くなる。グラム陽性菌でも脂肪酸供給不足はコロニー形成不全を招く。土壌抽出液のコロニー形成も不飽和脂肪酸の添加で促進される。
低温飢餓でコロニー形成能が低下していく際に減衰する遺伝子機能を追求する過程で，大腸菌が低温飢餓に曝されると，生理活性が減衰していくだけでなく，cAMP-CRPが積極的に増殖を止めていることを発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

伝統的に細菌が生きている証拠とされてきたコロニー形成を相対化し，コロニーを作れない変異体を分離することで，コロニー形成が特殊な生物現象であることを示した。その変異を糸口にして，飢餓に接した細菌がコロニー形成能を落とす隠れた一因が，栄養要求性とは異なる不飽和脂肪酸の欠乏にあることを見出し，その供給が一般細菌の分離にも重要であることを示唆した。
飢餓に曝された大腸菌がコロニーを作らなくなるVBNC現象を，細胞増殖能の減衰という一面だけでなく， cAMPをシグナルとして増殖能を積極的に遮断して休眠状態に入っていく過程である可能性を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Substrate recognition mechanism of tRNA-targeting ribonuclease, colicin D, and an insight into tRNA cleavage-mediated translation impairment. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, T., Takahashi, K., Ishida, W., Aono, T., Hidaka, M., Terada, T., Masaki, H.
  • 雑誌名: RNA Biology 巻: 18 号: 8 ページ: 1193-1205
  • DOI: 10.1080/15476286.2020.1838782
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] バクテリアのコロニー形成の遺伝学事始め (2019)
  • 著者名/発表者名: 正木春彦，納庄一樹
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 77 ページ: 221-225
  • NAID: 40021932037
• [雑誌論文] コロニー形成の遺伝学，その後 (2019)
  • 著者名/発表者名: 正木春彦
  • 雑誌名: IFO Res. Commun. 巻: 33 ページ: 221-222
• [雑誌論文] Isolation of colonization-defective Escherichia coli mutants reveals critical requirement for fatty acids in bacterial colony formation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Nosho, Koji Yasuhara, Yuto Ikehata, Tomohiro Mii, Taichiro Ishige, Shunsuke Yajima, Makoto Hidaka, Tetsuhiro Ogawa, Haruhiko Masaki
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 164 号: 9 ページ: 1122-1132
  • DOI: 10.1099/mic.0.000673
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal structure of the central and the C-terminal RNase domains of colicin D implicated its translocation pathway through inner membrane of target cell (2018)
  • 著者名/発表者名: Chang Jung-Wei、Sato Yusuke、Ogawa Tetsuhiro、Arakawa Takatoshi、Fukai Shuya、Fushinobu Shinya、Masaki Haruhiko
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 164 号: 5 ページ: 329-339
  • DOI: 10.1093/jb/mvy056
  • NAID: 40021724807
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linear Regression Links Transcriptomic Data and Cellular Raman Spectra (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi-Kirschvink, K. J., Nakaoka, H., Oda, A., Kamei, K. F., Nosho, K., Fukushima, H., Kanesaki, Y., Yajima, S., Masaki, H., Ohta, K., Wakamoto, Y.
  • 雑誌名: Cell Systems 巻: 7 号: 1 ページ: 104-117
  • DOI: 10.1016/j.cels.2018.05.015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] バクテリアが飢餓環境中でコロニーを作らなくなるのはなぜか？ (2020)
  • 著者名/発表者名: 正木春彦
  • 学会等名: 第35回日本環境感染学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 脂肪酸の供給不足がバクテリアのコロニー形成能を失わせる: コロニーを作らない大腸菌変異株の性質からの一般化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 納庄一樹, 三井智玄, 池端佑仁, 安原幸司, 正木春彦
  • 学会等名: 第17回 微生物研究会
• [学会発表] Molecular structure of colicin D, an Escherichia coli toxin that cleaves tRNAs for arginine (2017)
  • 著者名/発表者名: Jung-Wei Chang, Yusuke Sato, Tetsuhiro Ogawa, Takatoshi Arakawa1 Shinya Fushinobu, Shuya Fukai, Haruhiko Masaki
  • 学会等名: 第17回 日本蛋白質科学会年会
• [備考] コロニーを作れない大腸菌が教える: 自然界のバクテリアは脂肪酸欠乏に陥ってコロニーが作れなくなる
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2018/20181001-1.html