| 研究課題/領域番号 |
20K05786
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分38020:応用微生物学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
川本 純 京都大学, 化学研究所, 准教授 (90511238)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 細胞細胞外膜小胞 / Shewanella / 外膜小胞 / タンパク質輸送 / 表層多糖 / 莢膜多糖 / 異種タンパク質生産 / 表層糖鎖 / 小胞表層工学 / 低温菌 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本申請課題では、細菌の外膜小胞生産機構の解明と、外膜小胞を基盤とした機能性ナノ材料の創製を目指す。申請者らが単離したグラム陰性細菌 Shewanella vesiculosa HM13 が生産する直径約 50 nm の外膜小胞の表層に任意の酵素もしくは金属ナノ粒子を呈示することで、近接効果を利用した高い触媒活性を付与した新奇のナノ構造体を合成する。
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| 研究実績の概要 |
回遊性魚類の腸管より採取された低温適応性のグラム陰性細菌 Shewanella vesiculosa HM13 は、近縁の Shewanella 属や大腸菌に比べて細胞外膜小胞 (Extracellular membrane vesicles, EMVs) を高生産する。本菌の EMV は、主要な積荷タンパク質として機能未知タンパク質 P49 を輸送していることから、本菌の P49 選択的な EMV への積荷輸送機構は、細菌の EMVs の表層工学や、異種タンパク質の分泌生産への応用が期待されている。本研究では、P49 が EMVs の分散性を制御する表層タンパク質であることを見いだした。P49 をコードする遺伝子を破壊した P49 欠損株が生産する EMVs をナノ粒子軌跡法で解析したとき、野生株由来の EMVs に比べて凝集した EMVs の形成が顕著に促進されていることがわかった。 P49 欠損株の EMVs に P49 の精製タンパク質を添加した結果、EMVs の凝集体形成は抑制され、約 70 nm の分散した粒子が主要な粒子として検出された。 P49 欠損株由来の EMVs を詳細に解析した結果、本菌の EMVs には、P49 依存的に膜小胞の表層に約 5 nm の微粒子が生じることがわかった。さらに、P49 の欠損は、EMVs のゼータ電位の絶対値を小さくした。以上の結果は、P49 は EMVs の表層と相互作用し、膜小胞表面の電荷を制御することで、EMVs の分散性を維持していることが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
細胞外膜小胞を高生産する Shewanella vesiculosa HM13 は、低温での異種タンパク質の分泌生産や EMVs の表層改変による新規のナノ材料開発に資する有用細菌である。本菌が EMV 分泌を介して細胞外に輸送する積荷タンパク質 P49 は、データベース上に類縁タンパク質のない機能未知タンパク質であった。本タンパク質選択的な EMV への輸送機構は、本菌の EMV の応用の分子基盤であることから、P49 の構造や生理機能の理解は必要不可欠である。今期、本研究において P49 が EMVs の表層電荷を制御することで、EMVs の分散性を高める機能を担っていることがあきらかとなった。この結果は、本菌が EMVs を介して他の細菌や宿主との情報伝達や遺伝子の水平伝播を行う際に、積荷となる生体分子を輸送することに関与していると予想される。一方で、本タンパク質には類縁タンパク質が報告されていないことから、その構造を予測することは困難であり、EMVs 表層との相互作用の詳細は不分明な点が多い。以上の点にはおいて、本研究は「概ね順調に進展している。」といえる。今後、本タンパク質の機能発現機構について、より詳細に解析することで、本機構を応用したナノ材料開発を目指す。
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| 今後の研究の推進方策 |
細胞外膜小胞を高生産する Shewanella vesiculosa HM13 の細胞細胞外膜小胞 (EMVs) は、積荷タンパク質 P49 との相互作用から、EMVs の粒子分散性を向上させていることが示唆された。表層タンパク質による EMVs の分散性制御は、これまでに報告例のない新規の生体分子輸送機構であることから、粒子分散性の維持が、EMVs の機能に及ぼす影響については不分明な点が多い。今後は、本タンパク質が EMVs を介した物質輸送における P49 の生理的役割について解析する。本菌は、回遊生魚類の腸管より採取されたことから、同様に魚類腸管に生育する他の細菌との相互作用に、本タンパク質が関与している可能性が高い。そこで、HM13 株同様、回遊性魚類の腸管より採取された菌株ライブラリーへの EMVs の接着性や、これらの細菌群の生育やバイオフィルム形成における HM13 の EMVｓおよび P49 の生理機能について解析する。細菌の EMVs は細胞外マトリクスとして細胞間接着を促進することが知られており、細胞間相互作用における EMVs の分散性の生理的意義について明らかにすることを目指す。
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