人為起源物質分解能をモデルとした環境中での細菌の機能進化を司る分子基盤の解明

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22380047
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 永田 裕二 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 准教授 (30237531)
• 研究分担者: 津田 雅孝 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (90172022) ; 大坪 嘉行 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教 (40342761)
• 研究協力者: DAMBORSKY Jiri マサリク大学(チェコ共和国), 理学部, 教授 ; 千田 俊哉 産業技術総合研究所, バイオメディシナル情報研究センター, 主任研究員 ; 田之倉 優 東京大学, 大学院農学生命科学研究科, 教授
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 環境細菌 / 自然生態系 / 人為起源物質 / 細菌進化 / 微生物機能開発

研究概要

細菌の環境中での機能進化に関する知見を得ることを目的として、完全な人工合成化合物である有機塩素系殺虫剤γ-HCHを完全分解資化する細菌と、有機塩素系化合物分解の鍵酵素である脱ハロゲン酵素に関する詳細な解析を実施した。その結果、(1)いくつかの脱ハロゲン酵素の構造-機能相関を明らかにし、酵素の機能進化過程に関する知見を得た。また、(2)ゲノム構造の観点から、環境細菌が新規能力を獲得する過程に関する知見を得ると共に、その過程における特定の可動性遺伝因子の重要性を提示した。さらに、(3)得られた知見を利用して、細菌の環境中での機能進化を実験的に検証する系を構築した。

研究成果

• [雑誌論文] Coinetgrate-resolution of toluene-catabolic transposon Tn4651 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yano, H., H. Genka, Y. Ohtsubo, Y. Nagata, E.M. Top, M. Tsuda
  • 雑誌名: Plasmid 巻: 69 ページ: 24-35
  • DOI: Doi:10.1016/j.plasmid.2012.07.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete genome sequence of Acidovorax sp. KKS102, a polychlorinated biphenyl-degrading strain (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo, Y., F. Maruyama, H. Mitsui, Y. Nagata, M. Tsuda
  • 雑誌名: J Bacteriol 巻: 194 ページ: 6970-6971
  • DOI: Doi:10.1128/JB.01848-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] ParI, an orphan ParA family protein from Pseudomonas putida KT2440-specific genomic island, interferes with the partition system of IncP-7 plasmids (2012)
  • 著者名/発表者名: Miyakoshi, M., M. Shintani, K. Inoue, T. Terabayashi, F. Sai, M. Ohkuma, H. Nojiri, Y. Nagata, M. Tsuda
  • 雑誌名: Environ Microbiol 巻: 14 ページ: 2946-2959
  • DOI: Doi:10.1111/j.1462-2920.2012.02861.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray analysis of the haloalkane dehalogenase DatA from Agrobacterium tumefaciens C58 (2012)
  • 著者名/発表者名: Mase, T., H. Yabuki, M. Okai, J. Ohtsuka, F. L. Imai, Y. Nagata, and M. Tanokura
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F 巻: F68 ページ: 652-654
  • DOI: Doi:10.1107/S1744309112013942
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conjugal transfer of polychlorinated biphenyl/biphenyl degradation genes in Acidovorax sp. strain KKS102, which are located on an integrative and conjugative element (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Y., Y. Ishibashi, H. Naganawa, S. Hirokawa, S. Atobe, Y. Nagata, M. Tsuda
  • 雑誌名: J Bacteriol 巻: 194 ページ: 4237-4248
  • DOI: Doi:10.1128/JB.00352-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cloning ofγ-hexachlorocyclohexane dehydrochlorinase gene with its flanking regions from soil byactivity-based screening techniques (2012)
  • 著者名/発表者名: Ito, M., A. Ono, Y. Ohtsubo, M. Tsuda, and Y. Nagata
  • 雑誌名: European J. Soil Biology 巻: 52 ページ: 16-19
  • DOI: Doi:10.1016/j.ejsobi.2012.05.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Povotal role of anthranilate dioxygenase genes in the adaptation of Burkholderia multivorans ATCC17616 in soil (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, E., Y. Ohtsubo, Y. Yamamoto, Y. Nagata, and M. Tsuda
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Letters 巻: 330 ページ: 46-55
  • DOI: Doi:10.1111/j.1574-6968.2012.02532.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of pleiotrophic phenotypes of Burkholderia multivorans fur mutant by oxyR mutation (2012)
  • 著者名/発表者名: Kimura, A., S. Yuhara, Y. Ohtsubo, Y. Nagata, and M. Tsuda
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 158 ページ: 1284-1293
  • DOI: Doi:10.1099/mic.0.057372-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] ハロアル カン脱ハロゲン酵素 DbjAの鏡像異性体選択性機構の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤優花里、夏目亮、Zbynek Prokop, Jan Brezovsky, Radka Chaloupkova, Jiri Damborsky、 永田裕二、千田俊哉
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 53 ページ: 124-129
  • DOI: Doi:10.5940/jcrsj.53 .124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genomic organization and genomic structural rearrangements of Sphingobium japonicum UT26, an archetypal gamma-hexachlorocyclohexane-degrading bacterium (2011)
  • 著者名/発表者名: Nagata, Y., S. Natsui, R. Endo, Y. Ohtsubo, N. Ichikawa, A. Ankai, A. Oguchi, S. Fukui, N. Fujita, and M. Tsuda
  • 雑誌名: Enzyme and Microbial Technology 巻: 49 ページ: 499-508
  • DOI: Doi:10.1016/j.enzmictec.2011.10.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stereoselectivity and conformational stability of haloalkane dehalogenase DbjA from Bardyrhizobium japonicum USDA110: the effect of pH and temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: Chaloupkova, R., Z. Prokop, Y. Sato, Y. Nagata, and J. Damborsky
  • 雑誌名: FEBS J 巻: 278 ページ: 2728-2738
  • DOI: Doi:10.1111/j.1742 -4658.2011.08203.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a crystallization protocol for the DbeA1 variant of novel haloalkane dehalogenase from Bradyrhizobium elkanii USDA94 (2011)
  • 著者名/発表者名: Prudnikova, T., R. Chalouplova, Y. Sato, Y. Nagata, O. Degtjarik, M. Kuty, P. Rezacova, J. Damborsky, and I. Kuta Smatanova
  • 雑誌名: Crysta Growth & Design 巻: 11 ページ: 516-519
  • DOI: Doi:10.1021/cg1013363
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical characteristics of the novel haloalkane dehalogenase DatA isolated from the plant pathogen Agrobacterium tumefaciens C58 (2011)
  • 著者名/発表者名: Hasan, K., A. Fortova, T. Koudelakova, R. Chalooupkova, M. Ishitsuka, Y. Nagata, J. Damborsky, and Z. Prokop
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbial 巻: 77 (5) ページ: 1881-1884
  • DOI: Doi:10.1128/AEM.02109-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] The lin genes for γ-hexachlorocyclohexane degradation in Sphingomonas sp. MM-1 proved to be dispersed across multiple plasmids (2011)
  • 著者名/発表者名: Tabata, M., R. Endo, M. Ito, Y. Ohtsubo, A. Kumar, M. Tsuda, and Y. Nagata
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem 巻: 75 (3) ページ: 466-472
  • DOI: Doi:10.1271/bbb.100652
  • 査読あり
• [雑誌論文] 芳香族化合物による土壌撹乱における微生物遺伝子プールの変動 (2010)
  • 著者名/発表者名: 加藤広海、大坪嘉行、永田裕二、津田雅孝
  • 雑誌名: 環境バイオテクノロジー学会誌 巻: 10(2) ページ: 63-70
  • 査読あり
• [雑誌論文] 特集「生態機能と環境保全」に寄せて (2010)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二
  • 雑誌名: 環境バイオテクノロジー学会誌 巻: 10(2) ページ: 52
  • 査読あり
• [雑誌論文] 環境バイオテクノロジー学会シンポジウム (2010)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二
  • 雑誌名: 「生態機能と環境保全」微生物生態学会誌 巻: 25(2) ページ: 77-78
  • 査読あり
• [雑誌論文] ゲノム解析ソフトウェアGenomeMatcher (2010)
  • 著者名/発表者名: 大坪嘉行、大坪和香子、永田裕二、津田雅孝
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 48(5) ページ: 313-319
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete genome sequence of the representativeγ-hexachlorocyclohexane-degrading bacteriumSphingobium japonicum UT26 (2010)
  • 著者名/発表者名: Nagata, Y., Y. Ohtsubo, R. Endo, N. Ichikawa, A. Ankai, A. Oguchi, S. Fukui, N. Fujita, and M. Tsuda
  • 雑誌名: J. Bacteriology 巻: 192 ページ: 5852-5853
  • DOI: Doi:10.1128/JB.00961-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of γ-hexachlorocyclohexane dehydrochlorinase LinA from Sphingobium japonicum UT26 (2010)
  • 著者名/発表者名: Okai, M., K. Kubota, M. Fukuda, Y. Nagata, K. Nagata, and M. Tanokura
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 巻: 403 ページ: 260-269
  • DOI: Doi:10.1016/j.jmb.2010.08.043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete nucleotide sequence of TOL plasmid pDK1 provides evidence for evolutionary history of IncP-7 catabolic plasmids (2010)
  • 著者名/発表者名: Yano, H., M. Miyakoshi, K. Ohshima, M. Tabata, Y. Nagata, M. Hattori, and M. Tsuda
  • 雑誌名: J.Bacteriol 巻: 192 ページ: 4337-4347
  • DOI: Doi:10.1128/JB.00359-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enantioselectivity of Haloalkane Dehalogenases and its Modulation by Surface Loop Engineering (2010)
  • 著者名/発表者名: Prokop, Z., Y. Sato, J. Brezovsky, T. Mozga, R. Chalooupkova, T. Koudelakova, P. Jerabek, V. Stepankova, R. Natsume, J. G.E. van Leeuwen, D. B. Janssen, J. Florian, Y. Nagata, T. Senda, and J. Damborsky
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 49 ページ: 6111-6115
  • DOI: Doi:10.1002/ange.201001753
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of Burkholderia multivorans ATCC 17616 genes induced in soil environment by in vivo expression technology (2010)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, E., Y. Ohtsubo, Y. Nagata, and M. Tsuda
  • 雑誌名: Environmental Microbiology 巻: 12(9) ページ: 2539-2558
  • DOI: DOI:10.1111/j.1462-2920.2010.02227.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of extracellular alginate lyase and its gene from a marine bacterial strain, Pseudoalteromonas atlantica AR06 (2010)
  • 著者名/発表者名: Matsushima, R., H. Danno, M. Uchida, K. Ishihara, T. Suzuki, M. Kaneniwa, Y. Ohtsubo, Y. Nagata, and M. Tsuda
  • 雑誌名: Appl Microbiol Biotechnol 巻: 86 ページ: 567-576
  • DOI: Doi:10.10007/s00253-009-2278-z
  • 査読あり
• [学会発表] 人為起源物質分解細菌の出現と進化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二
  • 学会等名: 日本農芸化学会第20回記念フロンティアシンポジウム
  • 発表場所: 日仙台(招待講演)
  • 年月日: 20130327-28
• [学会発表] 人為起源環境汚染物質分解能を有するスフィンゴモナス細菌群のゲノムと可動性遺伝因子に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二、田端理朗、大畑智史、大坪嘉行、津田雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2013年大会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)(口頭発表)
  • 年月日: 20130324-27
• [学会発表] 人為起源物質分解能を有するsphingomonad細菌群のゲノムと可動性遺伝因子 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二、大畑智史、田端理朗、大坪嘉行、津田雅孝
  • 学会等名: 第7回日本ゲノム微生物学会
  • 発表場所: 長浜バイオ大学(長浜)(口頭発表)
  • 年月日: 20130308-10
• [学会発表] 有機塩素系殺虫剤gamma-HCH分解細菌のゲノムと可動性遺伝因子に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二,田端理朗,大畑智史,大坪嘉行,津田雅孝
  • 学会等名: 第64回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 神戸(口頭発表)
  • 年月日: 20121023-26
• [学会発表] Genomes and mobile genetic elements of gamma-hexachlorocyclohexane-degrading bacterial strains (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagata, M. Tabata, S. Ohhata, Y. Ohtsubo, and M. Tsuda
  • 学会等名: 15th International Biotechnology Symposium and Exhibition (IBS2012) Daegu
  • 発表場所: Korea(口頭発表)
  • 年月日: 20120916-21
• [学会発表] 細菌の有機塩素系殺虫剤分解資化能力を 支える ABC トランスポーター (2012)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二 、遠藤諒、 大坪嘉行 、 津田雅孝
  • 学会等名: 第7回トランスポーター研究会年会
  • 発表場所: 京都(招待講演)
  • 年月日: 20120609-10
• [学会発表] Aerobic degradation of lindane(γ-hexachlorocyclohexane) in Sphingobium japonicum UT26 and its biochemical and molecular basis"Indo-Swiss-Collaboration in Biotechnology" International Conference "Recent Trends in Developing Bioremediation Strategies for Hexachlorocyclohexane (HCH) & Other Chlorinated Contaminants" (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagata, Y. Ohtsubo, and M.Tsuda
  • 学会等名: University of Delhi
  • 発表場所: Delhi, India(基調講演)
  • 年月日: 20110209-11
• [学会発表] Genomic organization and its structural dynamism of Sphingobium japonicum UT26, an archetypal γ-hexachlorocyclohexane-degrading bacterium. "Indo-Swiss-Collaboration inBiotechnology" International Conference "Recent Trends in Developing Bioremediation Strategies for Hexachlorocyclohexane (HCH) & Other Chlorinated Contaminants" (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagata ,S. Natsui, Y. Ohtsubo, N. Ichikawa, A. Ankai, A. Oguch, N. Fujita, and M. Tsuda
  • 学会等名: University of Delhi
  • 発表場所: Delhi, India(招待講演)
  • 年月日: 20110209-11
• [学会発表] 微生物遺伝子資源の活用技術 (2011)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二、大坪嘉行、津田雅孝
  • 学会等名: 東北大学-産総研連携公開講演会
  • 発表場所: 東京・アキバホール
  • 年月日: 2011-07-28
• [学会発表] 「人為起源の環境汚染物質分解能を有する細菌ゲノムのダイナミズム」理研シンポジウム「微生物研究の潮流とそれを支えるリソース基盤」 (2011)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二
  • 学会等名: 理研和光キャンパス
  • 発表場所: 鈴木梅太郎ホール(招待講演)
  • 年月日: 2011-03-11
• [学会発表] Organization and dynamism of gamma-hexachlorocyclohexane-degrading bacterium Sphingobium japonicum UT26 genome (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagata, S. Natsui, Y. Ohtsubo, N. Ichikawa, A. Ankai, A. Oguchi, N. Fujita, and M. Tsuda
  • 学会等名: 14th International Biotechnology Symposium and Exhibition Biotechnology for the Sustainability ofHuman Society
  • 発表場所: Rimini, Italy. (口頭発表)
  • 年月日: 20100914-18