| 研究領域 | ＣＯ環境の生命惑星化学 |
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| 研究課題/領域番号 |
23H04644
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
渡邉 友浩 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (80731968)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 一酸化炭素 / 二酸化炭素 / 生命進化 / タンパク質 / 還元的アセチルCoA経路 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
初期の微生物は二酸化炭素（CO2）の還元力をどうやって生み出していたのだろうか？本研究では、還元的アセチルCoA経路において、電子の活性化によってCO2を一酸化炭素（CO）に還元する超複合体の存在を検証する。そして、超複合体が駆動する還元的アセチルCoA経路と生命進化の関係を考察する。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目標は、硫黄不均化菌のゲノムからその存在が示唆された「二酸化炭素を一酸化炭素に還元する超複合体」の存在を検証することである。2023年度の計画は、本計画最大のボトルネックである硫黄不均化菌の大量培養である。増殖能力に優れた新種の硫黄不均化菌を用いて、培養実験を実施した。計画当初、硫黄不均化反応が生じる硫化水素をファーメンター装置を使って気化あるいは、透析膜に封入した３価鉄によって除去することを提案した。しかし、計画の遂行過程で、新種の硫黄不均化菌が硝酸を使った呼吸によって強く増殖することを新たに発見した。さらに詳細な培養条件の検討により、元素状硫黄の酸化と硝酸の還元によって最も強く増殖することを見出した。また、培養に最適な温度、pH、塩分を決定することで、増殖速度を向上することができた。次いで、最適な培養条件において、硫黄酸化硝酸還元による培養スケールアップを試みた。10 mlから段階的に培地容量を大きくすることで、最終的に1リットルの培地において良好な増殖を確認することができた。そして、1リットルの培養液から1グラム近くの細胞を回収することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本計画のボトルネックであった大量培養の条件を見出した。その培養条件は、計画当初の硫黄不均化ではなく、当初は予想していなかった硫黄酸化硝酸還元である。硫黄酸化硝酸還元の場合、当初計画していたファーメンター装置や透析膜を使った培養を行う必要はなく、容量1リットルの培養瓶を大量に複製することで大量培養の実現が見込まれる。よって、2023年度は実験研究の実現に向けた研究基盤として当初の予定以上に理想的な大量培養方法を見出したといえるため、当初の計画以上に進展していると評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
硫黄不均化から硫黄酸化硝酸還元に培養条件を変更した。この変更に伴い、遺伝子発現パターンの変化を把握する必要が生じた。硫黄酸化硝酸還元条件において、標的の超複合体をコードする遺伝子の発現をトランスクリプトーム解析によって評価する。
超複合体の存在を検証する実験研究に向けて、大量培養を行う。大量培養を通じて10グラム以上の細胞を調整する。培養細胞から可溶性タンパク質を抽出し、各種クロマトグラフィーによってタンパク質を分画する。分画実験とSDS-PAGE、質量分析、一酸化炭素デヒドロゲナーゼ活性測定を並行して行うことで、超複合体の存在を評価する。
クロマトグラフィーは超複合体の様な巨大なタンパク質複合体を破壊するため、培養細胞から抽出した可溶性タンパク質に対して、ネイティブPAGEと質量分析を組み合わせた複合体解析を実施することで、最もネイティブに近い超複合体のタンパク質組成を解析する。
以上、トランスクリプトーム、可溶性タンパク質の分画実験、複合体解析の結果を総合することで、超複合体の存在を検証する。
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