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メタゲノム法による難培養海洋環境微生物からの新規生合成マシナリーの探索と物質生産

公募研究

研究領域生合成マシナリー:生物活性物質構造多様性創出システムの解明と制御
研究課題/領域番号 23108517
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
研究機関北海道大学

研究代表者

藤田 雅紀  北海道大学, 創成研究機構, 特任助教 (30505251)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2012年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2011年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード海洋天然物 / 天然物化学 / 生物有機化学 / メタゲノム / シデロフォア / 生合成
研究実績の概要

海洋メタゲノムからの新規生合成マシナリーの探索を目的に研究を行った。その結果、研究期間において多様な海洋サンプルから70万以上のメタゲノムクローンを構築した。また複数のスクリーニング系において合計200を超える活性クローンを見出し、そのうち13クローンについてはDNA配列の決定も行った。その中には既知遺伝子に相同性を示すものも存在した一方、配列相同性からは全く活性機構が不明なものも存在し、未知のマシナリーを取得できた可能性が期待された。
シデロフォア生産クローンのうち二つについてはその生産物を同定し、また生合成遺伝子クラスターに変異を加えることで、最終産物の構造変換を行うなどの応用研究も展開し、生物生産の多様化の例を示した。さらにメタゲノムから取得したbisucaberin 生合成酵素は未解明な点が多い、酵素による大環状化反応機構の解明に有用であると考え構造生物学的な検討を行っている。また、別のシデロフォア生産クローンの一つを解析したところ、生合成遺伝子クラスター全長が25 kbp程度と非常に大きく、これまでにメタゲノムから機能ベーススクリーニング法で取得した生合成遺伝子クラスターとしては最大級のものであった。未だ生産物の同定には至っていないが、配列上の特徴から新規化合物を生産していると考えられた。この結果はメタゲノム法で非常に大きな生合成遺伝子クラスターを取得可能であること、またそれを異宿主で発現し活性物質を生産できることを示すものであり、本方法論の実用性を示す例であると考える。
一方、抗菌活性クローンの一つが保有するDNA配列を決定したが、配列情報からは全く活性機構を予測することはできなかった。現在生産物の同定を進めているが、このように配列情報からは見出すことが困難な遺伝子を取得できたことは機能ベースメタゲノム法の有用な点であると考える。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Bisucaberin B, a Linear Hydroxamate Class Siderophore from the Marine Bacterium Tenacibaculum mesophilum2013

    • 著者名/発表者名
      Masaki J. Fujita
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 18 号: 4 ページ: 3917-3926

    • DOI

      10.3390/molecules18043917

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phylogenetically Novel LuxI/LuxR-type Quorum Sensing Systems Isolated Using a Metagenomic Approach2012

    • 著者名/発表者名
      Eri Nasuno
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 22 号: 22 ページ: 8067-8074

    • DOI

      10.1128/aem.01442-12

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heterologous production of bisucaberin using a biosynthetic gene cluster cloned from a deep sea metagenome2012

    • 著者名/発表者名
      Masaki J.Fujita, et al
    • 雑誌名

      Molecular BioSystems

      巻: 8 号: 2 ページ: 482-485

    • DOI

      10.1039/c1mb05431g

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cloning and Heterologous Expression of the Vibrioferrin Biosynthetic Gene Cluster from a Marine Metagenomic Library2011

    • 著者名/発表者名
      Masaki J.Fujita, et al
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 75 号: 12 ページ: 2283-2287

    • DOI

      10.1271/bbb.110379

    • NAID

      10030397351

    • ISSN
      0916-8451, 1347-6947
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 海洋細菌からの非環状ヒドロキサム酸型シデロフォアの単離と推定生合成遺伝子のクローニング2013

    • 著者名/発表者名
      藤田 雅紀
    • 学会等名
      平成25年度日本水産学会春季大会
    • 発表場所
      東京海洋大学 (東京都)
    • 年月日
      2013-03-26
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Functional metagenomic study on marine natural products chemistry2012

    • 著者名/発表者名
      Masaki Fujita
    • 学会等名
      2012 International Conference of Natural Products Biosynthesis
    • 発表場所
      淡路夢舞台 (兵庫県)
    • 年月日
      2012-06-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Heterologous Production of Siderophores by Metagenomic Approach2012

    • 著者名/発表者名
      Masaki J.Fujita, et al
    • 学会等名
      Gordon Research Conference Marine Natural Products
    • 発表場所
      Ventura Beach Marriott (USA)
    • 年月日
      2012-02-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] メタゲノム法を用いた海洋天然物の異宿主生産2012

    • 著者名/発表者名
      藤田雅紀
    • 学会等名
      日本農芸化学会東北支部会第13回若手の会
    • 発表場所
      星と森のロマントピア (青森県)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] メタゲノム法による難培養海洋環境微生物からの新規生合成マシナリーの探索と物質生産2012

    • 著者名/発表者名
      藤田 雅紀
    • 学会等名
      生合成マシナリー 第4回公開シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学(東京都)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Heterologous Production of Siderophores by the Genes Cloned from a Marine Metagenome2011

    • 著者名/発表者名
      Masaki J.Fujita, et al
    • 学会等名
      US-Japan Seminar Marine Natural Products
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター(沖縄県)(招待講演)
    • 年月日
      2011-12-15
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考] 海洋生物有機化学研究室ホームページ

    • URL

      http://www.cris.hokudai.ac.jp/fujita/index.html/lab.html

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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