ナノ磁気オルガネラの高時空間分解能ライブ解析による形成機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17H03791
• 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: 金沢大学
• 研究代表者: 福森 義宏 金沢大学, その他部局等, その他 (60135655)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 磁性細菌 / オルガネラ / 原核細胞 / 生細胞イメージング / オルガネラ形成 / 細胞骨格 / 原子間力顕微鏡 / イメージング / 磁気微粒子 / ライブ解析 / ナノ

研究成果の概要

本研究では、磁気センサーとして働く細菌の細胞内小器官「マグネトソーム」の形成過程を解析した。マグネトソーム小胞の形成初期に関わる４つの蛋白質に着目し、その細胞内局在と蛋白質相互作用を網羅的に調べた。その結果、これらのマグネトソーム形成に関わる蛋白質群は、マグネトソームに局在し互いに相互作用すること、また、マグネトソーム小胞内への鉄輸送や酸化還元反応に関与する蛋白質群とも複合体を形成することが示唆された。さらに、マグネトソーム合成を制御できる磁性細菌株を用いた生細胞蛍光イメージングにより、マグネトソームの動的な形成過程の観察に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、「マグネトソーム」形成に必須の蛋白質の実態に世界で初めて迫った。これまでのところ、マグネトソームをはじめとする細菌の細胞内小器官の形成メカニズムは、ほとんど明らかにされていない。細菌の細胞内小器官は、CO2固定、窒素循環、水素生産、エネルギー生産などの生命活動と地球環境にとって重要な化学反応の場であり、その形成に必須の蛋白質に関する知見は、これらの反応の効率化や、新しい機能を有した細胞内小器官の創成を目指した研究の基礎として重要である。

研究成果

• [雑誌論文] 運動能の系統樹 : 生命の系統樹における運動システム進化についての提案 (2020)
  • 著者名/発表者名: M Miyata, R C Robinson, T QP Uyeda, Y Fukumori, S Fukushima, S Haruta, M Homma, K Inaba, M Ito, C Kaito, K Kato, TKenri, Y Kinosita, S Kojima, T Minamino, H Mori, S Nakamura, D Nakane, K Nakayama, M Nishiyama, S Shibata, K Shimabukuro, M Tamakoshi, A Taoka, Y Tashiro, ITulum, HiWada, K Wakabayashi
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 25 号: 1 ページ: 6-21
  • DOI: 10.1111/gtc.12737
  • NAID: 130007881664
  • URL: https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019864
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diversity of physical properties of bacterial extracellular membrane vesicles revealed through atomic force microscopy phase imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Yousuke、Obana Nozomu、Toyofuku Masanori、Kodera Noriyuki、Soma Takamitsu、Ando Toshio、Fukumori Yoshihiro、Nomura Nobuhiko、Taoka Azuma
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 12 号: 14 ページ: 7950-7959
  • DOI: 10.1039/c9nr10850e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Membranolytic Effects of KT2 on Gram-Negative Escherichia coli Evaluated by Atomic Force Microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Theansungnoen, T., Jangpromma, N., Anwised, P., Daduang, S., Fukumori, Y., Taoka, A., and Klaynongsruang
  • 雑誌名: Applied Biochemistry and Microbiology 巻: 55(5) 号: 5 ページ: 495-505
  • DOI: 10.1134/s0003683819050144
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measuring magnetosomal pH of the magnetotactic bacterium Magnetospirillum magneticum AMB-1 using pH-sensitive fluorescent proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Eguchi, Y. Fukumori, A. Taoka
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: in press 号: 7 ページ: 1243-1251
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1451739
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 細菌の磁気感応運動のためのオルガネラ「マグネトソーム」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田岡東, 福森義宏
  • 雑誌名: 生物工学 巻: 96(5) ページ: 248-252
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 細菌のアクチン様細胞骨格による磁気オルガネラの配置とその役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田岡 東、福森義宏
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 58 号: 2 ページ: 091-093
  • DOI: 10.2142/biophys.58.091
  • NAID: 130006594317
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tethered Magnets Are the Key to Magnetotaxis: Direct Observations of Magnetospirillum magneticum AMB-1 Show that MamK Distributes Magnetosome Organelles Equally to Daughter Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Taoka Azuma、Kiyokawa Ayako、Uesugi Chika、Kikuchi Yousuke、Oestreicher Zachery、Morii Kaori、Eguchi Yukako、Fukumori Yoshihiro
  • 雑誌名: mBio 巻: 8 号: 4
  • DOI: 10.1128/mbio.00679-17
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Analysis of pH regulation in magnetotactic bacteria using pH-sensitive fluorescent protein (2020)
  • 著者名/発表者名: 江口 友佳子, 田岡 東, 福森 義宏
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会
• [学会発表] maging of Dynamic Polymerization of Actin-Like Protein MamK for Bacterial Organelle Magnetosome Positioning. (2019)
  • 著者名/発表者名: Taoka, A., Kikuchi, Y., and Fukumori Y.
  • 学会等名: ASM microbe 2019 (米国微生物学会大会).
  • 国際学会
• [学会発表] irect imaging of membrane vesicle-mediated cell-to-cell communication using high-speed AFM (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊池 洋輔, 市中 佑樹, 豊福 雅典, 尾花 望, 古寺 哲幸, 安藤 敏夫, 福森 義宏, 野村 暢彦, 田岡 東
  • 学会等名: 第92回 日本細菌学会総会
• [学会発表] pH感受性蛍光蛋白質を用いた原核細胞およびオルガネラ内のpH蛍光イメージング解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 江口 友佳子 、田岡 東 、福森 義宏
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] Measuring magnetosomal pH in living magnetotactic bacterial cell (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Taoka, Y. Eguchi, Y. Kikuchi, Y. Fukumori
  • 学会等名: he 6th International Meeting on Magnetotactic Bacteria (MTB 2018 meeting)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure and function of molecular machinery for magnetotaxis (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Fukumori, A. Taoka
  • 学会等名: The 6th International Meeting on Magnetotactic Bacteria (MTB 2018 meeting)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高速AFM解析により明らかになったグラム陰性菌及びグラム陽性菌の産生するメンブランベシクルの物性多様性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊池 洋輔, 尾花 望, 豊福 雅典, 野村 暢彦, 古寺 哲幸, 安藤 敏夫, 福森 義宏, 田岡 東
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] High-speed atomic force microscopic observations explore molecule mechanism of bacterial cell-cell communication using membrane vesicles (2018)
  • 著者名/発表者名: Yousuke Kikuchi, Nozomu Obana, Masanori Toyofuku, Nobuhiko Nomura, Noriyuki Kodera, Toshio Ando, Yoshihiro Fukumori, Azuma Taoka
  • 学会等名: Towards Microbial Control ver 3.0
• [学会発表] 磁石を操る (2017)
  • 著者名/発表者名: 田岡 東、福森義宏
  • 学会等名: 第7回日本微生物学連盟フォーラム「微生物変わり者たちの素顔」
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging of membrane vesicles for bacterial communication (2017)
  • 著者名/発表者名: Taoka Azuma, Yousuke Kikuchi, Nozomu Obana, Masanori Toyohuku, Nobuhiko Nomura, Noriyuki Kodera, Toshio Ando, Yoshihiro Fukumori
  • 学会等名: CHOZEN Project International Symposium on Atomic Force Microscopy at Solid-Liquid Interfaces,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Actin-like MamK cytoskeleton tethers bacterial magnetosome organelle in a chain (2017)
  • 著者名/発表者名: Azuma Taoka, Ayako Kiyokawa, Yousuke Kikuchi, Yoshihiro Fukumori
  • 学会等名: International Symposium on "Harmonized supramolecular motility machinery and its diversity
  • 国際学会
• [学会発表] 全反射蛍光顕微鏡を用いたアクチン様蛋白質MamKの重合特性解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲川 麻織奈、菊池 洋輔、田岡 東、福森 義宏
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [学会発表] 磁性細菌の生細胞内pHの蛍光イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 江口 友佳子、田岡 東、福森 義宏
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [図書] Biological Magnetic Materials and Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Taoka, A. and Fukumori, Y.
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811080685
• [備考] 金沢大学生体分子生理学研究室ホームページ
  • URL: http://pronet.w3.kanazawa-u.ac.jp
• [学会・シンポジウム開催] The 6th International Meeting on Magnetotactic Bacteria (MTB 2018 meeting) (2018)