絶対独立栄養性・好熱性水素細菌のゲノム情報を基盤とした生理生化学的研究

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21248010
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石井 正治 東京大学, 農学生命科学研究科, 教授 (30193262)
• 研究分担者: 新井 博之 東京大学, 農学生命科学研究科, 助教 (70291052)
• 研究期間 (年度): 2009-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 水素細菌 / 還元的ＴＣＡサイクル

研究概要

（１）新たな代謝系の探索とその分子基盤
本菌のセリン生合成系について、missing linkとなっていた部分をタンパク質化学的に明らかにし、さらに結晶構造解析的手法により詳細な解析を加えた。また、本菌は水素だけでなく、硫黄化合物もエネルギー源として生育できる。そこで本菌のエネルギー代謝解明の一環として、チオ硫酸酸化系について研究を進めたところ、これまで硫黄酸化に関わっていることが知られてはいなかった酵素タンパク質が本菌の硫黄代謝に関わっていることが、遺伝子破壊実験などから明らかとなった。さらに本菌は、好気的に生育するにも関わらず、その機能性のためには強い還元状態が必要な還元的ＴＣＡサイクルを機能させている。そのため、活性酸素除去システムが旺盛に機能していることが予想された。実際、フェリパーオキシンと名付けた酵素タンパク質が本菌の好気的生育能を根幹的に支えていることが、フェリパーオキシン遺伝子破壊株の調製とその性状解析などから明らかになった。
（２）TK-6株の特質の応用的展開
本菌の水素酸化で主要な役割を担っているヒドロゲナーゼについて、どの遺伝子が重要な働きをしているのかを明らかにするために、個々のヒドロゲナーゼの破壊株を得、その生理生化学的性状解析を行った。また、本菌の代謝を電気化学的手法により制御できる可能性が示唆された。

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

「新たな代謝系の探索とその分子基盤」では、アミノ酸生合成系（セリン生合成系）、イオウ代謝系、活性酸素除去系という異なる分野での代謝系探索において、全く新たな知見が続々と蓄積されつつある。
さらに、「TK-6株の特質の応用的展開」においては、本菌が有する全てのヒドロゲナーゼ破壊株が得られており、加えて、本菌の代謝を電気化学的手法により制御できる可能性が示唆されてもいる。特に、電気化学的手法による制御は、細菌の代謝を外から制御できる可能性を示唆したものであり、将来的な展開余地が極めて大きいものと判断できる。
こうした点から、少し遅れのある「フラックス解析」を凌駕するだけの知見が得られているものと自負している。

今後の研究の推進方策

「新たな代謝系の探索とその分子基盤」と、「TK-6株の特質の応用的展開」とを重点的に進展させるような研究展開としたいが、「フラックス解析」も重要な事柄であるので、そちらにも軸足を置きつつ、最終的に統合できるように進展を図っていく。

研究成果

• [雑誌論文] Transcriptome Analyses of Metabolic Enzymes in Thiosulfate- and Hydrogen-Grown Hydrogenobacter thermophilus Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Kanbe, H., Miyano, H., Sambongi, Y., Arai, H., Ishii, M., and Igarashi, Y
  • 雑誌名: Biosci Biotech Bioch 巻: 76 ページ: 1677-1681
  • DOI: 10.1271/bbb.120210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism for folate-independent aldolase reaction catalyzed by serine hydroxymethyltransferase (2012)
  • 著者名/発表者名: Chiba, Y., Terada, T., Kameya, M., Shimizu, K., Arai, H., Ishii, M., and Igarashi, Y
  • 雑誌名: Febs J 巻: 279 ページ: 504-514
  • DOI: 10.1111/j.1742-4658.2011.08443.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery and Analysis of Cofactor-dependent Phosphoglycerate Mutase Homologs as Novel Phosphoserine Phosphatases in Hydrogenobacter thermophilus (2012)
  • 著者名/発表者名: Chiba, Y., Oshima, K., Arai, H., Ishii, M., and Igarashi, Y
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 287 ページ: 11934-11941
  • DOI: 10.1074/jbc.M111.330621
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Novel Enzymatic System against Oxidative Stress in the Thermophilic Hydrogen-Oxidizing Bacterium Hydrogenobacter thermophilus (2012)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y.
  • 雑誌名: Plos One 巻: 7 ページ: e34825
  • 査読あり
• [学会発表] 好熱性水素細菌Hydrogenobacter thermophilus TK-6の持つHeterodisulfide reductaseの機能に関する研究
  • 著者名/発表者名: 石崎 優
  • 学会等名: 日本農芸化学会
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] 好熱性水素細菌Hydrogenobacter thermophilus TK-6 の酸素耐性型hydrogenase の機能解析
  • 著者名/発表者名: 山口 依里香
  • 学会等名: 日本農芸化学会
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] 好熱性水素細菌Hydrogenobacter thermophilus TK-6の酸化ストレス防御酵素bacterioferritin comigratory proteinに関する研究
  • 著者名/発表者名: 佐藤 由也
  • 学会等名: 日本農芸化学会
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] A novel phosphoserine phosphatase to produce C1 precursors discovered in Hydrogenobacter
  • 著者名/発表者名: Yoko Chiba
  • 学会等名: Gordon Research Conference (Molecular Basis of Microbial One-Carbon Metabolism)
  • 発表場所: Bates College (ME, USA)
  • 招待講演
• [学会発表] e-バイオ的視点から独立栄養的代謝を斬る
  • 著者名/発表者名: 石井 正治
  • 学会等名: 日本生物工学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場
• [備考] 細菌における新規酸化ストレス防御機構の発見と解析
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2012/20120403-1.html
• [備考] 新規セリン生合成酵素の発見と性状解析
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2012/20120221-5.html
• [備考] アミノ酸新規生合成酵素の発見
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/todai-research/research-news/novel-phosphoserine-phosphatases/