| 研究実績の概要 |
細菌の細胞膜には、H+やNa+の電気化学ポテンシャル勾配を利用して、毒物を細胞外へ排出する多剤排出蛋白質が存在する。通常、この蛋白質は外向きに毒物を輸送するが、逆向きの勾配が存在する場合には輸送方向が逆転し、細胞内への毒物の濃縮が起こる。一方、多くの微生物の細胞膜には、光を利用してイオンを能動輸送する微生物ロドプシンが存在する。これら２種の膜蛋白質を共役させることで、光を利用して環境を浄化する微生物を作り出せる可能性がある。このために必要な内向きイオンポンプロドプシンの作製や活性強化、効率的なエネルギー共役を目指した研究を行い、以下の結果を得た。3)は今年度の知見である。
1)藍藻アナベナ由来のロドプシン(ASR)のH+移動反応の詳細な解析に基づいて、内向きH+ポンプ活性強化を目指した変異導入を行ったが効果は僅かであった。H+移動チャネルに位置する疎水性残基だけでなく、荷電性残基もH+を取り込み易いように変異させる必要があると考えられた。
2)エネルギー共役が可能であることを確認するため、外向きH+ポンプ、及び、外向きNa+ポンプと、H+共役型のEbrAB, AcrAB、及び、Na+共役型のNorMの大腸菌における共発現系を構築した。その結果、Na+ポンプとNorMの共発現において、約20%の薬物の排出が光照射下において観測された。
3)強力な内向きH+ポンプロドプシンの同定を目指して、ASRが属するXeRファミリーの進化系統樹解析を行い、11種類のXeRを選抜して輸送活性を測定した。その結果、南極大陸で単離された真正細菌の持つXeR(DmXeR)が、ASRの約7倍の活性を持つことが解った。機能解析によって、DmXeRはASRとは全く異なる残基を経由したH+移動反応を起こすことが解った。DmXeRや近縁のXeRを用いることで、多剤排出蛋白質を効率的に駆動できることが示唆された。
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