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乾燥を選択圧とした適応進化実験による放射線耐性細菌の放射線耐性能の進化機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K12160
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分63020:放射線影響関連
研究機関京都大学

研究代表者

齊藤 毅  京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (10274143)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
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: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード放射線耐性細菌 / 放射線耐性機構 / 生体防御機構 / γ線 / 電離放射線 / 大腸菌 / 進化
研究開始時の研究の概要

放射線耐性細菌の放射線耐性という表現型の進化において主要な選択圧と考えられる乾燥ストレスを選択圧として、モデル生物である大腸菌を用いた適応進化実験により乾燥耐性大腸菌を作出する。そして、得られた乾燥耐性大腸菌の放射線耐性、および遺伝学的、生化学的性状を解析することにより、自然環境中に存在する選択圧による進化により細菌が放射線耐性という表現型を獲得することを実証し、高い放射線耐性を有する細菌の進化の機構を解明する。

研究実績の概要

本研究の目的は、適応進化実験により電離放射線に対し高い抵抗性を有する大腸菌を作出し、その性状を解析することにより、細菌および生物一般の放射線耐性機構およびその進化の機構を解明することである。これまでにγ線を選択圧とした適応進化実験により放射線耐性進化大腸菌を作出した。そして、γ線非照射野生型大腸菌、γ線照射野生型大腸菌、γ線非照射進化大腸菌、およびγ線照射進化大腸菌の全ての遺伝子の発現量をRNA-Seq解析により定量・比較し、発現変動遺伝子に対するGO解析、KEGGパスウェイ解析、階層クラスター分析を行うことにより以下の成果を得た。
1)野生型大腸菌と進化大腸菌では定常状態における遺伝子発現状態が異なっていた。さらに、野生型大腸菌と比較して進化大腸菌では、ストレス曝露後の生存、細胞回復、DNA修復、レスポンスに関与する遺伝子(抗ストレス遺伝子)の発現量が有意に増加していた。
2)野生型大腸菌と進化大腸菌ではガンマ線照射による遺伝子発現量の変動への影響が異なっていた。さらに、進化大腸菌におけるガンマ線照射による抗ストレス遺伝子の誘導効率は野生型大腸菌におけるそれと比較して高かった。
3)抗ストレス遺伝子の発現量は、野生型大腸菌と比較して進化大腸菌で増加し、ガンマ線照射による誘導によりさらに増加した。
4)これらの結果より、野生型大腸菌と比較した時の進化大腸菌における多数の抗ストレス遺伝子の定常状態での発現量の増加、およびガンマ線照射によるそれらの高効率の誘導が進化大腸菌の高い放射線耐性に関与していることが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究の目的は、適応進化実験により電離放射線に対し高い抵抗性を有する大腸菌を作出し、その性状を解析することにより、細菌および生物一般の放射線耐性機構およびその進化の機構を解明することである。
本年度までにγ線を選択圧とした適応進化実験により、γ線耐性進化大腸菌を作出した。さらに、γ線非照射野生型大腸菌、γ線照射野生型大腸菌、γ線非照射進化大腸菌、およびγ線照射進化大腸菌の遺伝子発現状態をRNA-Seq法により解析した。その結果、進化大腸菌における高い放射線耐性には、野生型大腸菌と比較した時の進化大腸菌における多数の抗ストレス遺伝子の定常状態における発現量の増加、およびそれら抗ストレス遺伝子のγ線照射による高効率の誘導が関与していることが明らかとなった。
しかし、RNA-Seq解析において得られた結果は、qRT-PCR法により確認する必要がある。現在、このqRT-PCR解析が未実行であるため「やや遅れている」と評価した。

今後の研究の推進方策

本年度までにRNA-Seq解析により、進化大腸菌における高い放射線耐性には、野生型大腸菌と比較した時の進化大腸菌における多数の抗ストレス遺伝子の定常状態における発現量の増加、およびそれら抗ストレス遺伝子のγ線照射による高効率の誘導が関与していることが明らかとなった。そこで今後、これらの結果をqRT-PCR解析により確認する。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Proximity Estimation and Quantification of Ionizing Radiation-induced DNA Lesions in Aqueous Media using Fluorescence Spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Akamatsu Ken、Satoh Katsuya、Shikazono Naoya、Saito Takeshi
    • 雑誌名

      Radiation Research

      巻: 201 号: 2 ページ: 150-159

    • DOI

      10.1667/rade-23-00145.1

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 中性子散乱用真空槽内におけるLANケーブル2022

    • 著者名/発表者名
      富永大輝、上田実咲、北川至信、茶竹俊行、齊藤毅、佐藤信浩
    • 雑誌名

      波紋

      巻: 32 ページ: 91-95

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radiation-induced valence conversion and photoluminescence of copper ions in aluminoborosilicate glasses2022

    • 著者名/発表者名
      Nishi Yusaku、Okada Arifumi、Kinomura Atsushi、Saito Takeshi、Yamamoto Keigo、Ichinose Nobuyuki、Wakasugi Takashi、Kadono Kohei
    • 雑誌名

      Journal of Materials Research

      巻: 37 号: 9 ページ: 1626-1637

    • DOI

      10.1557/s43578-022-00564-8

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sorption of Cs+ and Eu3+ ions onto sedimentary rock in the presence of gamma-irradiated humic acid2022

    • 著者名/発表者名
      Zhao Qi, Saito Takeshi, Miyakawa Kazuya, Sasamoto Hiroshi, Kobayashi Taishi, Sasaki Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Hazardous Materials

      巻: 428 ページ: 128211-128211

    • DOI

      10.1016/j.jhazmat.2021.128211

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron and hole capture processes in Cu-doped glass exhibiting radiophotoluminescence.2021

    • 著者名/発表者名
      R. Hashikawa, Y. Takada, Y. Nishi, A. Kinomura, T. Saito, A. Okada, T. Wakasugi, and K. Kadono
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 34 号: 2 ページ: 025701-025701

    • DOI

      10.1088/1361-648x/ac2fd5

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gamma-irradiation-induced molecular-weight distribution and complexation affinity of humic acid with Cs+, Sr2+, and Eu3+2021

    • 著者名/発表者名
      Q. Zhao, T. Kobayashi, T. Saito, and T. Sasaki
    • 雑誌名

      Journal of Hazardous Materials

      巻: 411 ページ: 15071-15071

    • DOI

      10.1016/j.jhazmat.2021.125071

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radiophotoluminescence of Cu-doped silica glass derived from phase-separated sodium borosilicate glass2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Takada, K. Yamamoto, A. Kinomura, T. Saito, N. Ichinose, A. Okada, T. Wakasugi, and K. Kadono
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 11 号: 3 ページ: 035208-035208

    • DOI

      10.1063/5.0044309

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fluorescence anisotropy study of radiation-induced DNA damage clustering based on FRET2021

    • 著者名/発表者名
      Akamatsu Ken、Shikazono Naoya、Saito Takeshi
    • 雑誌名

      Analytical and Bioanalytical Chemistry

      巻: 413 号: 4 ページ: 1185-1192

    • DOI

      10.1007/s00216-020-03082-w

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of gamma-irradiation on complexation of humic substances with divalent calcium ion2020

    • 著者名/発表者名
      Q. Zhao, R. Goto, T. Saito, T. Kobayashi, and T. Sasaki
    • 雑誌名

      Chemosphere

      巻: 256 ページ: 127021-127021

    • DOI

      10.1016/j.chemosphere.2020.127021

    • NAID

      40022332720

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 細胞模擬条件下で生じた放射線誘発DNA損傷の収率及び局在性のLET依存性について―水中との比較2023

    • 著者名/発表者名
      赤松 憲、鹿園 直哉、佐藤 勝也、齊藤 毅
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第66回大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 野生型大腸菌に対する進化放射線耐性大腸菌の遺伝子発現レベルの変化2022

    • 著者名/発表者名
      齊藤 毅
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第65回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 細胞模擬条件下で生じた放射線DNA損傷の局在性評価のための蛍光異方性解析2022

    • 著者名/発表者名
      赤松 憲、鹿園 直哉、佐藤 勝也、齊藤 毅
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第65回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 原子炉中性子線によって生じるDNA損傷の特性について2022

    • 著者名/発表者名
      寺東 宏明、齊藤 毅、松田 外志朗
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第65回大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] γ線を選択圧とした適応進化によって獲得される放射線耐性機構2021

    • 著者名/発表者名
      齊藤 毅
    • 学会等名
      日本放射線影響学会第64回大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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