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エネルギー保存システムの分子進化で辿る原始生命の機能解明

公募研究

研究領域冥王代生命学の創成
研究課題/領域番号 17H05239
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

成廣 隆  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (20421844)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード微生物 / 分子進化 / ゲノム / メタン生成 / ヒドロゲナーゼ / 微生物ゲノム / 微生物代謝 / 進化 / メタゲノム
研究実績の概要

これまでに純粋分離されている約15,000種の原核生物(バクテリアおよびアーキア)は、地球上に存在する無機化合物、有機化合物、ガス状物質、光エネルギー等を原資として、棲息環境に適応した多様な代謝機能を運用することで生命活動を維持している。生命が有する代謝経路の実体は、脱水素酵素や酸化還元酵素などの様々な酵素が触媒する化学反応の連続であるが、その要所要所で熱力学的にエネルギーを必要とする反応の進行を支えているのが「エネルギー保存システム」である。本研究課題では、我々が培ってきたオミクス技術を駆使することで、現存するエネルギー保存システムがどのような進化を辿ってきたのか? 冥王代に誕生した原始生命が確立した最初のエネルギー保存システムはどのようなものだったのか? 始原的なエネルギー保存システムが関与する代謝機能とはいったい何だったのか? といった疑問を解明することを目的としている。昨年度は、エネルギー保存システムのうち、活性中心の金属分子にニッケルと鉄を有する[NiFe]ヒドロゲナーゼの一群の活性中心サブユニットやNADH結合サブユニット、それらに付随するプロトン輸送サブユニットを解析の対象とした。その結果、[NiFe]ヒドロゲナーゼの活性中心サブユニットの系統は、大きく分けて(1)プロトン還元-フェレドキシン依存型、(2) NADH/キノン依存型、(3)双方向/水素酸化型、(4)エネルギー保存型ヒドロゲナーゼ類縁複合体の4つのグループに別れることが示された。今年度は、ギ酸デヒドロゲナーゼ、硝酸レダクターゼ、ホルミルメタノフランデヒドロゲナーゼ等の酸化還元酵素の活性部位を標的とした系統解析を実施し、原始的代謝経路の一つであると考えられているメタン生成経路と、それらに必須のエネルギー保存システムの進化を考察した。

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。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] Wageningen University & Research(オランダ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Illinois(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Novel energy conservation strategies and behaviour of Pelotomaculum schinkii driving syntrophic propionate catabolism2018

    • 著者名/発表者名
      Hidalgo‐Ahumada Catalina A. P.、Nobu Masaru K.、Narihiro Takashi、Tamaki Hideyuki、Liu Wen‐Tso、Kamagata Yoichi、Stams Alfons J M、Imachi Hiroyuki、Sousa Diana Z
    • 雑誌名

      Environmental Microbiology

      巻: 20 号: 12 ページ: 4503-4511

    • DOI

      10.1111/1462-2920.14388

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Draft Genome Sequence of Moorella sp. Strain Hama-1, a Novel Acetogenic Bacterium Isolated from a Thermophilic Digestion Reactor2018

    • 著者名/発表者名
      Harada Jun、Yamada Takeshi、Giri Surya、Hamada Masako、Nobu Masaru K.、Narihiro Takashi、Tsuji Hideto、Daimon Hiroyuki
    • 雑誌名

      Genome Announcements

      巻: 6 号: 24

    • DOI

      10.1128/genomea.00517-18

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Deciphering the function of primitive life traced by molecular evolution of energy conservation systems2018

    • 著者名/発表者名
      Narihiro T., Nobu M.K., Tamaki H.
    • 学会等名
      Hadean Bioscience International Symposium 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エネルギー保存システムの分子進化で辿る原始生命の機能解明2017

    • 著者名/発表者名
      成廣 隆, NOBU MASARU KONISHI, 玉木 秀幸
    • 学会等名
      冥王代生命学の創成・平成29年度キックオフワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] エネルギー保存システムの分子進化で辿る原始生命の機能解明2017

    • 著者名/発表者名
      成廣 隆, NOBU MASARU KONISHI, 玉木 秀幸
    • 学会等名
      冥王代生命学の創成・平成29年度 白馬ワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] エネルギー保存システムの分子進化で辿る原始生命の機能解明2017

    • 著者名/発表者名
      成廣 隆, NOBU MASARU KONISHI, 玉木 秀幸
    • 学会等名
      冥王代生命学の創成・平成29年度 遺伝研ワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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