微生物炭酸固定の多様性とその進化生化学的理解

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17108002
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 五十嵐 泰夫 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (90114363)
• 研究分担者: 石井 正治 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (30193262) ; 新井 博之 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教 (70291052)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2009
• キーワード: 炭酸固定・還元的TCA回路・フェレドキシン・RubisCO / 窒素同化 / 代謝進化

研究概要

好熱性水素細菌を材料として、還元的TCA回路で機能する炭酸固定酵素が、炭酸固定反応を行えるようになった要因をほぼ解明した。同菌の還元的TCAサイクルで機能する他の酵素や、炭酸固定と密接な繋がりがある酵素系の解明を通して、還元的TCAサイクルの進化生化学的理解を深めた。さらに、同菌の完全ゲノム配列を明らかにした。加えて、カルビン回路の鍵酵素を三種類有している水素細菌を材料として、二酸化炭素濃度と炭酸固定酵素発現との関連を生化学的に解明した。

研究成果

• [雑誌論文] Complete genome sequence of the thermophilic obligately chemolithoautotrophic hydrogen oxidizing bacterium Hydrogenobacter thermophilis TK-6 (2010)
  • 著者名/発表者名: Arai H, Kanbe H, Ishii M, Igarashi Y.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 192(10) ページ: 2651-2652
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thiosulfate Oxidation by a Thermo-Neutrophilie Hydrogen-Oxidizing Bacterium (2010)
  • 著者名/発表者名: Hydrogenobacter thermophilus. Sano R, Kameya M, Wakai S, Arai H, Igarashi Y, Ishii M, Sambongi Y.
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 74(4) ページ: 892-894
  • 査読あり
• [雑誌論文] Purification of three aminotransferases from Hydrogenobacter thermophilus TK-6 -novel types of alanine or glycine aminotransferase Enzymes and catalysis- (2010)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Kameya, Hiroyuki Arai, Masaharu Ishii, Yasuo Igarashi
  • 雑誌名: FEBS J. 277(8) ページ: 1876-1885
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enzymatic and electron paramagnetic resonance studies of anabolic pyruvate synthesis by pyruvate : ferredoxin oxidoreductase from Hydrogenobacter thermophilus (2010)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Ikeda, Masahiro Yamamoto, Hiroyuki Arai, Daijiro Ohmori, Masaharu Ishii, Yasuo Igarashi
  • 雑誌名: FEBS J. 277(2) ページ: 501-510
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carboxylation reaction catalyzed by 2-oxoglutarate : ferredoxin oxidoreductases from Hydrogenobacter thermophilus (2010)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Yamamoto Takeshi Ikeda, Hiroyuki Arai, Masaharu Ishii, Yasuo Igarashi
  • 雑誌名: Extremophiles 14(1) ページ: 79-85
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferredoxin-NADP reductase from the thermophilic hydrogen-oxidizing bacterium, Hydrogenobacter thermophilus TK-6 (2009)
  • 著者名/発表者名: Ikeda T, Nakamura M, Arai H, Ishii M, Igarashi Y.
  • 雑誌名: FEMS Microbiol Lett. 297(1) ページ: 124-130
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2008)
  • 著者名/発表者名: Miho Aoshima, Yasuo Igarashi
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 190(6) ページ: 2050-2055
  • 査読あり
• [雑誌論文] A soluble NADH-dependent fumarate reductase in the reductive tricarboxylic acid cycle of Hydrogenobacter thermophilus TK-6 (2008)
  • 著者名/発表者名: Miura A, Kameya M, Arai H, Ishii M, Igarashi Y.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 190(21) ページ: 7170-7177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation and characterization of a new facultatively autotrophic hydrogen-oxidizing Betaproteobacterium, Hydrogenophaga sp AH-24 (2008)
  • 著者名/発表者名: Yoon KS, Tsukada N, Sakai Y, Ishii M, Igarashi Y, Nishihara H
  • 雑誌名: FEMS Microbiol.Lett. 278(1) ページ: 94-100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequencing and Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) Analysis of Four Hydrogenase Gene Clusters from an Obligately Autotrophic Hydrogen-Oxidizing Bacterium, Hydrogenobacter thermophilus TK-6 (2007)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Ueda, Masahiro Yamamoto, Takashi Urasaki, Hiroyuki Arai, Masaharu Ishii, Yasuo Igarashi
  • 雑誌名: J.Biosci.Bioeng. 104(6) ページ: 470-475
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel ferredoxin-dependent glutamate synthase from the hydrogen-oxidizing chemoautotrophic bacterium Hydrogenobacter thermophilus TK-6 (2007)
  • 著者名/発表者名: Kameya M, Ikeda T, Nakamura M, Arai H, Ishii M, Igarashi Y
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 189(7) ページ: 2805-2812
  • 査読あり
• [雑誌論文] Purification and properties of glutamine synthetase from Hydrogenobacter thermophilus TK-6 (2006)
  • 著者名/発表者名: Kameya, M, Arai, H, Ishii, M, Igarashi, Y
  • 雑誌名: J.Biosci.Bioeng. 102(4) ページ: 311-315
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acidianus manzaensis sp nov., a novel thermoacidophilic Archaeon growing autotrophically by the oxidation of H-2 with the reduction of Fe^<3+1> (2006)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, N, Nakasato, M, Ohmura, N, Ando, A, Saiki, H, Ishii, M, Igarashi, Y
  • 雑誌名: Curr.Microbiol 53(5) ページ: 406-411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of two 2-oxoglutarate : ferredoxin oxidoreductases in Hydrogenobacter thermophilus under aerobic and anaerobic conditions (2006)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Masahiro, Arai Hiroyuki, Ishii Masaharu, Igarashi Yasuo
  • 雑誌名: FEMS Microbiol.Lett. 263(2) ページ: 189-193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene structure and expression profile of cytochrome bc nitric oxide reductase from Hydrogenobacter thermophilus TK-6 (2006)
  • 著者名/発表者名: Miho Suzuki, Hiroyuki Arai, Masaharu Ishii, Yasuo Igarashi
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol. Biochem. 70(7) ページ: 1666-1671
  • 査読あり
• [雑誌論文] Purification, characterization, and gene cloning of thermophilic cytochrome cd_1 nitrite reductase from Hydrogenobacter thermophilus TK-6 (2006)
  • 著者名/発表者名: Miho Suzuki, Tadao Hirai, Hiroyuki Arai, Masaharu Ishii, Yasuo Igarashi
  • 雑誌名: J.Biosci.Bioeng. 101(5) ページ: 391-397
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anabolic five subunit-type pyruvete : ferredoxin oxidoreductase from Hydrogenobacter thermophilus TK-6 (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Ikeda, Toshihiro Ochiai, Susumu Morita, Ayako Nishiyama, Eio Yamada, Hiroyuki Arai, Masaharu Ishii, Yasuo Igarashi
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 340(1) ページ: 76-82
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of two CbbRs in the transcriptional regulation of three ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase genes in Hydrogenovibrio marinus strain MH-110 (2005)
  • 著者名/発表者名: Koichi Toyoda, Yoichi Yoshizawa, Hiroyuki Arai, Masaharu Ishii, Yasuo Igarashi
  • 雑誌名: Microbiology 151(11) ページ: 3615-3625
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two Tandemly Arranged Ferredoxin Genes in the Hydrogenobacter thermophilus Genome : Comparative Characterization of the Recombinant [4Fe-4S] Ferredoxins (2005)
  • 著者名/発表者名: Takeshi IKEDA, Masahiro YAMAMOTO, Hiroyuki ARAI, Daijiro OHMORI, Masaharu ISHIT, Yasuo IGARASHI
  • 雑誌名: Biosci.Biotech.Biochem. 69(6) ページ: 1172-1177
  • 査読あり
• [学会発表] Hydrogenobacter thermophilus TK-6における酸素および二酸化炭素への転写応答 (2010)
  • 著者名/発表者名: 神邉悠奈, 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 九州大学医学部キャンパス百年講堂
  • 年月日: 20100307-20100309
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6の異化型・同化型硝酸還元酵素 (2010)
  • 著者名/発表者名: 亀谷将史, 神邉悠奈, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6株の酸素耐性について (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤由也, 神邊悠奈, 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6における脱窒関連遺伝子の発現制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 神邉悠奈, 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] ゲノム解析から見えてきた好熱性絶対独立栄養性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus の特徴 (独立栄養的代謝の産業応用的基軸, シンポジウム) (2009)
  • 著者名/発表者名: 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本生物工学会大会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
  • 年月日: 20090923-20090925
• [学会発表] Ferredoxin-dependent nitrate reductase from a chemoautotrophic bacterium, Hydrogenohacter thermophilus (2009)
  • 著者名/発表者名: Kameya, M., Arai, H., Ishii, M., Igarashi, Y.
  • 学会等名: FEBS Congress
  • 発表場所: Prague、チエコ
  • 年月日: 20090704-20090709
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6株由来 fumarate reductase の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 三浦茜子, 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: マリンメッセ福岡
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] 好熱性絶対独立栄養性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6の全ゲノム解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 新井博之, 神邉悠奈, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: マリンメッセ福岡
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6株の硝酸同化酵素群の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: マリンメッセ福岡
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6株の ferredoxin とその関連代謝に関する研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤由也, 遠藤三千雄, 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: マリンメッセ福岡
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] 水素利用バイオプロセスによる環境調和型物質生産の検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西原宏史, 五十嵐泰夫, 石井正治
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: マリンメッセ福岡
  • 年月日: 2009-03-28
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus の窒素同化代謝 (2008)
  • 著者名/発表者名: 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 極限環境微生物学会年会
  • 発表場所: 立教大学池袋キャンパス
  • 年月日: 20081104-20081105
• [学会発表] Purification and characterization of Fumarate reductase from Hydrogenobacter thermophilus (2008)
  • 著者名/発表者名: Masaharu Ishii, Akane Miura, Masafumi Kameya, Hiroyuki Arai, Yasuo Igarashi
  • 学会等名: Gordon Research Conference Molecular Basis of Microbial One-Carbon Metabolism
  • 発表場所: Bates College, Lewiston、アメリカ
  • 年月日: 20080720-20080725
• [学会発表] 好熱性水素細菌 hydrogenobacter thermophilus TK-6株由来 fumarate reductase の解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 三浦茜子, 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 生命科学研究ネットワークシンポジウム
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter themophilus TK-6株の ferredoxin 関連タンパク質の解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中村みゆき, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 名城大学天白キャンパス
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus の窒素同化代謝 (2007)
  • 著者名/発表者名: 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 極限環境微生物学会年会
  • 発表場所: 九州大学西新プラザ
  • 年月日: 20071129-20071130
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6株由来 fumarate reductase の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 三浦茜子, 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2007-03-26
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6株由来 ferredoxin : NADP+ oxidoreductase の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 池田丈, 中村みゆき, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2007-03-26
• [学会発表] 好熱性水素細菌 Hydrogenobacter thermophilus TK-6株由来 ferredoxin-dependent glutamate synthase の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 亀谷将史, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 東京農業大学世田谷キャンパス
  • 年月日: 2007-03-02
• [学会発表] Hydrogenobacter thermophilus TK-6株由来 ferredoxin 群の異種発現、精製、及び特徴解析 (2006)
  • 著者名/発表者名: 中村みゆき, 池田丈, 大森大二 郎, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本生物工学会大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 20060911-20060913
• [学会発表] 海洋性細菌由来の carboxysome operon の発現制御機構 (2006)
  • 著者名/発表者名: 豊田晃一, 吉沢洋一, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2006-03-26
• [学会発表] Hydrogenophilus thermoluteolus TH-1由来のNAD還元型ヒドロゲナーゼの生化学的解析 (2005)
  • 著者名/発表者名: 尹基石, 酒井由紀子, 船木強, 藤澤清史, 石井正治, 五十嵐泰夫, 西原宏史
  • 学会等名: 日本生物工学会大会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 20051115-20051117
• [学会発表] 絶対独立栄養性細菌静 Hydrogenovibrio marinus MH-110株の carbonic anhydrase の機能解析 (2005)
  • 著者名/発表者名: 豊田晃一, 吉沢洋一, 新井博之, 石井正治, 五十嵐泰夫
  • 学会等名: 日本生物工学会大会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 20051115-20051117
• [学会発表] バイオプロセスへのヒドロゲナーゼの応用 (新産業創出に挑むキィーエンザイムの顔ぶれ, シンポジウム)
  • 著者名/発表者名: 石井正治, ユン基石, 五十嵐泰夫, 西原宏史
  • 学会等名: 日本生物工学会大会
  • 発表場所: 東北学院大学土樋キャンパス
  • 年月日: 00000827-00000829
• [学会発表] Ferredoxin : NADP+oxidoreductase from the thermophilic hydrogen-oxidizing bacterium, Hydrogenobacter thermophilus TK-6
  • 著者名/発表者名: Takeshi Ikeda, Hiroyuki Arai, Masaharu Ishii, Yasuo Igarashi
  • 学会等名: (Gordon Research Conference) Molecular Basis of Microbial One-Carbon Metabolism
  • 発表場所: Magdalen College, Oxford、連合王国
  • 年月日: 00000720-00000725
• [学会発表] Nitrogen anabolism in Hydrogenobacter thermophilus
  • 著者名/発表者名: Kameya, M., Arai, H., Ishii, M., Igarashi, Y.
  • 学会等名: (Gordon Research Conference) Molecular Basis of Microbial One-Carbon Metabolism
  • 発表場所: Magdalen College, Oxford、連合王国
  • 年月日: 00000720-00000725
• [学会発表] Metabolism around the rTCA cycle
  • 著者名/発表者名: Masaharu Ishii
  • 学会等名: (Gordon Research Conference) Molecular Basis of Microbial One-Carbon Metabolism
  • 発表場所: Magdalen College, Oxford、連合王国
  • 年月日: 00000720-00000725
• [図書] 第II編第5章 ヒドロゲナーゼ反応のエネルギー供給系への応用 (微生物機能を活用した革新的生産技術の最前線) (2007)
  • 著者名/発表者名: 西原宏史, 五十嵐泰夫, 石井正治
  • 総ページ数: 166-174
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] シンポジウムでの発表 e-バイオが目指すもの : 石井正治 e-バイオ (Electron-oriented Biotechnology) の幕開け -Downhill バイオから Uphill バイオへ- e-バイオ研究会主催シンポジウム2009/10/27 ((財) バイオインダストリー協会 (JBA) 第1会議室)
• [備考] シンポジウムでの発表 好熱性水素細菌研究からE-バイオ (Electron-oriented Biotechnology) まで : 石井正治 2009年度東京大学生物生産工学研究センターシンポジウム (環境細菌の動態研究から見える新しい微生物機能) 2009/12/11 (東京大学弥生講堂)
• [備考] 新聞掲載平成21年11月11日 : 環境新聞平成22年1月18日 : 日本経済新聞平成22年1月20日 : 日経産業新聞
• [備考] 研究室のホームページ
  • URL: http://amb.bt.a.u-tokyo.ac.jp/