バイオマグネタイト形成の分子機構解明とその応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13002005
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 松永 是 東京農工大学, 工学部, 教授 (10134834)
• 研究分担者: 神谷 晋司 (株)TDK, 秋田研究所, 研究主任(研究職) ; 田中 剛 東京農工大学, 工学部, 助手 (20345333) ; 竹山 春子 東京農工大学, 工学部, 助教授 (60262234) ; 須藤 広明 (株)日立製作所, ライフサイエンス推進事業部開発本部, 技師(研究職)
• キーワード: 磁性細胞 / バイオマグネタイト / 全ゲノム解析 / トランスクリプトーム / プロテオミクス / メタボローム / 膜タンパク質ディスプレイ / ゲノム創薬

研究概要

本研究では、バイオマグネタイトの生成機構を解明すること、機能タンパク質をディスプレイしたバイオマグネタイト生産に応用することを目的としている。研究実施計画およびその成果を以下に示す。
1.磁性細菌Magnetospirillum magneticum AMB-1の全ゲノム配列決定とバイオインフォマティクス磁性細菌の全ゲノム配列4,967,148bpを決定した。塩基配列解析の結果から、4574個の遺伝子を推定し、機能予測を行った。
2.DNAチップを用いた遺伝子発現解析によるバイオマグネタイト合成関連遺伝子群の同定
トランスポゾン変異株を作製し、DNAチップを用いて野生株と変異株の発現プロファイルを比較した。これらの同定された遺伝子がバイオマグネタイト合成に強く関与している可能性が示唆された。
3.タンパク質発現解析によるバイオマグネタイト合成関連遺伝子群の同定とその機能解析
バイオマグネタイト包膜に発現している膜タンパク質の網羅的解析を行い、可視化されたタンパク質を同定し、その遺伝子も同定した。可視化されない微量タンパク質についてはLC-MS/MSを用いて検出した。さらに比較プロテオーム解析を行い、マグネット結晶に強固に結合した4つのタンパク質を同定した。このうちMms6について機能解析を行い、鉄イオン結合と結晶形態の制御に関与していることを確認した。
4.バイオマグネタイト合成に利用される鉄の取り込みとメタボリックマップの作成
大量の鉄を体内に蓄積する磁性細菌は、高鉄濃度でシデロフォア生産を誘導することが明らかとなった。
5.Mms16のアンカー分子としての機能性の評価とレセプターディスプレイ
粒子膜特異的タンパク質をアンカー分子として用い、Gタンパク質共役受容体をディスプレイし、リガンドとの結合解析を行うことで、機能を保持した膜タンパク質のディスプレイ系を確立できたことを確認した。またこの組み換え粒子を用いてリガンド定量が可能であることが示された。この成果はゲノム創薬に応用可能な技術である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Okamura, H.Takeyama, T.Sekine, T.Sakaguchi, T.Matsunaga et al.: "Design and Application of a New Cryptic-Plasmid-Based Shuttle Vector for Magnetospirillum magneticum"Appl.Environ.Microbiol.. 69. 4274-4277 (2003)
• [文献書誌] H.Ota, A.Arakaki, T.Tanaka, H.Takeyama, T.Matsunaga: "Single Nucleotide Mismatch Analysis Using Oligonucleotide Probes Synthesized on Bacterial Magnetic Particle."Biomol.Eng.. 20. 305-309 (2003)
• [文献書誌] H.Nakayama, A.Arakaki, K.Maruyama, T.Matsunaga et al.: "Single-Nucleotide Polymorphism Analysis Using Fluorescence Resonance Energy Transfer Between DNA-Labeling Fluorophore, Fluorescein Isothiocyanate, and DNA Intercalator, POPO-3,on Bacterial Magnetic Particles."Biotechnol.Bioeng.. 84. 96-102 (2003)
• [文献書誌] T.Tanaka, K.Maruyama, K.Yoda, E.Nemoto, T.Matsunaga et al.: "Development and Evaluation of an Automated Workstation for Single Nucleotide Polymorphism Discrimination Using Bacterial Magnetic Particles."Biosens.Bioelectron.. 19. 325-330 (2003)
• [文献書誌] T.Tanaka, H.Takeda, F.Ueki, K.Obata, T.Matsunaga et al.: "Rapid and Sensitive Detection of 17b-estradiol in Environmental Water Using Automated Immunoassay System with Bacterial Magnetic Particles."J.Biotechnol.. 108. 153-159 (2004)
• [文献書誌] K.Maruyama, H.Takeyama, E.Nemoto, T.Matsunaga et al.: "Single Nucleotide Polymorphism Detection in Aldehyde Dehydrogenase 2 (ALDH2) Gene using Bacterial Magnetic Particles Based on Dissociation Curve Analysis."Biotechnol.Bioeng.. (in press). (2004)
• [文献書誌] T.Yoshino, M.Takahashi, H.Takeyama, Y.Okamura, F.Kato, T.Matsunaga: "Assembly of G Protein-Coupled Receptors onto Nano-Sized Bacterial Magnetic Particles Using Mms16 as an Anchor Molecule."Appl.Environ.Microbiol.. (in press). (2004)
• [文献書誌] T.Matsunaga, Y.Okamura: "Genes and Proteins Involved in Bacterial Magnetic Particle Formation."Trends Microbiol.. 11(11). 536-541 (2003)
• [文献書誌] T.Masunaga, Y.Okamura, A.Arakaki, H.Takeyama: "Magnetotactic Bacteria and Their Applications."Biomolecular Engineering. 20(2). 49 (2003)
• [文献書誌] A.Arakaki, H.Nakayama, H.Takeyama, T.Matsunaga: "Single Nucleotide Polymorphism Analysis by FRET Using Bacterial Magnetic Particles."Biomolecular Engineering. 20(2). 73 (2003)
• [文献書誌] T.Matsunaga: "Chemical and Bio-Risk Sensing and Management"Clean Techn.Environ.Policy. 5. 67 (2003)
• [文献書誌] 松永 是, 田中剛: "磁性細菌の探索から網羅的解析へ"バイオサイエンスとインダストリー. 61(9). 603-606 (2003)
• [文献書誌] 松永 是, 田中 剛: "磁気ビーズを用いたセパレーション"バイオマテリアル. 21(2). 113-119 (2003)
• [文献書誌] 松永 是: "進むマリンバイオ研究 深海微生物研究から創薬まで"Science&Technology Journal. 13(2). 22-23 (2004)
• [文献書誌] 松永 是: "生物が作るナノメーターサイズの複合材料"学術月報. 57(2). 159-163 (2004)