コロニー形成に重要な遺伝子機能の解明

• 研究課題/領域番号: 17J07408
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 納庄 一樹 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 大腸菌 / 脂肪酸 / fabB / cAMP / VBNC / コロニー / 遺伝学 / RNA-Seq

研究実績の概要

自然環境中の大多数の細菌は、実験室での培養が困難であり、寒天培地上でコロニーとして分離することができない。つまり、遺伝的に圧倒的な多様性を持つ生物資源である細菌の大多数が、現状では利用できない状況にある。当研究では、自然界の細菌のコロニー形成が極めて低い要因を以下のアプローチで解明することを目指した。
昨年度、大腸菌では液体培養時に比べてコロニー形成に多量の脂肪酸が必要であることが明らかになった。本年度は、脂肪酸合成を阻害する薬剤を利用することで、大腸菌以外の細菌でも、脂肪酸の重要性を検討した。大腸菌に加え枯草菌やコリネバクテリウムでも、上記薬剤により脂肪酸合成を阻害すると、液体培地でなら生育できるが固体培地ではコロニーを形成しなくなることがわかった。さらに、土壌から採取した細菌でも、脂肪酸の添加によりコロニー形成数が8倍程度まで増大することがわかった。以上より、脂肪酸は細菌のコロニー形成にとって普遍的な重要性を持ち、自然界の細菌のコロニー形成能が極めて低い要因の一つは脂肪酸の不足にあることが示唆された。なお、本研究の成果は、Microbiology誌に掲載され、Editor’s choiceに選出された。
もう一方のアプローチとして、低温飢餓に曝された大腸菌が、生理活性を保ちつつもコロニー形成能を失う状態、すなわちViable but non-culturable（VBNC）状態に陥る遺伝的要因の解明を昨年度に続き進めた。昨年度はcAMPが大腸菌のVBNC化に必須であることを示し、野生株とcAMP欠失株に対するRNA-Seqを実施した。取得したRNA-Seqデータをもとに、cAMPが制御する候補遺伝子の欠失・高発現株を作成し、VBNC化を直接制御する分子メカニズムの解明に努めている。なお、同RNA-Seqデータを使用した論文がCell Systems誌に掲載された。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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: 印刷中
  • NAID: 40021932037
• [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] 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
• [雑誌論文] cAMP-CRP acts as a key regulator for the viable but non-culturable state in Escherichia coli (2018)
  • 著者名/発表者名: Nosho Kazuki、Fukushima Hiroko、Asai Takehiro、Nishio Masahiro、Takamaru Reiko、Kobayashi-Kirschvink Koseki Joseph、Ogawa Tetsuhiro、Hidaka Makoto、Masaki Haruhiko
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 164 号: 3 ページ: 410-419
  • DOI: 10.1099/mic.0.000618
  • 査読あり
• [学会発表] Isolation and characterization of colonization-defective Escherichia coli reveal critical requirement for fatty acid in bacterial colony formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Nosho, K., Yasuhara, K., Ikehata, Y., Mii, T., Ishige, T., Yajima, S., Hidaka, M., Ogawa, T., Masaki, H
  • 学会等名: Physical approaches to understanding microbial life
  • 国際学会
• [学会発表] Linking transcriptomes and single-cell Raman spectra: Towards in-vivo omics analysis. (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.
  • 学会等名: Q-bio
  • 国際学会
• [学会発表] Non-destructive prediction of transcriptomes from single-cell Raman spectra (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi-Kirschvink, K. J., Nakaoka, H., Kamei, K. F., Oda, A., Nosho, K., Fukushima, H., Kanesaki, Y., Yajima, S., Masaki, H., Ohta, K., Wakamoto, Y.
  • 学会等名: 62nd Biophysics Annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Mutational analysis of bacterial colony formation: Isolation of colonization-defective Escherichia coli mutants. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nosho, K., Ogawa, T., Hidaka, M., Masaki, H.
  • 学会等名: New Approaches and Concepts in Microbiology
  • 国際学会
• [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