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2023 年度 実績報告書

好熱性繊維状ファージの生活環と宿主応答から辿る極限環境での遺伝子水平伝播と進化

研究課題

研究課題/領域番号 20H02903
配分区分補助金
研究機関九州大学

研究代表者

土居 克実  九州大学, 農学研究院, 教授 (40253520)

研究分担者 田代 康介  九州大学, 農学研究院, 准教授 (00192170)
廣政 恭明  九州大学, 農学研究院, 准教授 (40291934)
岩本 武夫  東京慈恵会医科大学, 医学部, 非常勤講師 (90568891)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
キーワードThermus thermophiles / 繊維状ファージ / トランスポゼース / Insertion Sequence / IS110ファミリー / DEDDモチーフ
研究実績の概要

長崎県の小浜温泉熱水から、Thermus thermophilus HB8を指示菌として単離した好熱性繊維状ファージΦOH3及びΦOH16について、その性状とゲノム構造を検討してきた。ΦOH16のゲノムは、ΦOH3ゲノムと相同性が高いが、ΦOH16ゲノム上にのみ、トランスポゼース(Tnp)をコードする遺伝子が座乗していた。また、複数のThermus属細菌のゲノム上には、ΦOH16のホモログ遺伝子の存在が確認されたことから、ΦOH16が有する推定Tnpがファージの溶原化に関与する可能性が示唆された。ΦOH16推定Tnpは、Insertion Sequence(IS)の中でもIS3、IS30、IS110ファミリーに属するTnpを用いるの機構を利用した溶原化に寄与しているのではないかという予測を立て、この機能を明らかにすることにした。
Tnpは、Mobile Genetic Elements (MGE) という可動性のDNA断片の末端に位置する、Inverted Repeat(IR)という配列を認識して結合し、切断および転移機に機能する酵素である。MGEの中でもInsertion Sequence (IS)は、トランスポゼ-ス遺伝子とその機能に必要となるIRのみが座乗しているが、トランスポゾン(Tn)は薬剤耐性遺伝子など、転移に関与しない別の遺伝子も併せて保持するものである。ΦOH16推定TnpがTnまたはISとしての機能を有するのかについて、近縁のTnp遺伝子と比較することにより明らかにすることにした。ΦOH16推定Tnpのアミノ酸配列をターゲット配列としてBLASTp検索した結果、ΦOH16推定TnpはIS110ファミリーに属するTnpと配列相同性を示すことが分かった。IS110ファミリーに属するTnpは、このファミリー特有の酸性アミノ酸Asp、Gluで構成されるDEDDモチーフをN末端側に保持することが明らかになっている。この酵素活性に必須と考えられるDEDDモチーフはΦOH16のTnp遺伝子上でも確認することができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ファージと細菌の相互作用は、遺伝子の水平伝播(horizontal gene transfer; HGT)を促進し、宿主細胞の溶解を通じて地球上の物質循環に寄与している。ところが、原始地球に類似した高熱環境における遺伝子の水平伝播に機能すると考えられるサーモファージの研究は少なく、公的データベースでゲノム配列が報告されたものはわずか16種である。
これらの中で、我々は未解明であった好熱性繊維状ファージの溶原化機構をIS3、IS30、IS110ファミリーに属するTnpを用いるものであることを証明できた。この結果について現在論文を作成中であり、これが掲載できれば大きな学問的進歩が得られる。

今後の研究の推進方策

IS finder解析によると、IS110ファミリーはIS末端にIRを持たないことが分かっているが、Tnの状態では、末端にIRを持つものも発見されている。ここで、ΦOH16のプロファージも、推定Tnpのほかファージ増殖に関連する遺伝子が座乗したTnであると仮定すると、プロファージの末端にIRを持つ可能性が高いと考えられる。一方で、ΦOH3がΦOH16と比較して推定トランスポゼースのみが欠如していることを踏まえると、本来ファージゲノム全体がTnとして機能していたものの、何らかのきっかけでTnpがISとして機能したことで、この遺伝子が切り出されて残ったファージゲノムがセルフライゲーションすることによってΦOH3が生じた可能性も考えられた。以上のことを踏まえて、ΦOH16が溶原化する際のIR領域を推定するとともに、この領域にTnpが結合するのかをEMSAやDNA foot printigを行うことで調べていく予定である。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Complete genome sequence of <i>Lentilactobacillus buchneri</i> subsp. <i>silagei</i> MGR2-32 isolated from guinea grass silage in Okinawa, Japan2024

    • 著者名/発表者名
      Irimajiri Rei、Kuwabara Meimi、Togo Shun、Fujino Yasuhiro、Honsho Masanori、Mawatari Shiro、Fujino Takehiko、Doi Katsumi
    • 雑誌名

      Microbiology Resource Announcements

      巻: 13 ページ: e0069523

    • DOI

      10.1128/mra.00695-23

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 極限環境における可動遺伝因子としての バクテリオファージの機能2023

    • 著者名/発表者名
      吉田 智美・田中 理仁・土居 克実
    • 雑誌名

      月刊細胞

      巻: 55 ページ: 1168-1172

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complete Genome Sequence of the Thermophilic Enterococcus faecalis Strain K-4, Isolated from a Grass Silage in Thailand2023

    • 著者名/発表者名
      Kuwabara Meimi、Irimajiri Rei、Togo Shun、Fujino Yasuhiro、Honsho Masanori、Mawatari Shiro、Fujino Takehiko、Doi Katsumi
    • 雑誌名

      Microbiology Resource Announcements

      巻: 12 ページ: e0081422

    • DOI

      10.1128/mra.00814-22

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Isolation of bacteriophages specific to Pseudomonas mosselii for controlling milk spoilage2023

    • 著者名/発表者名
      Wongyoo Rinratree、Sunthornthummas Sirinthorn、Sawaengwong Thanchanok、Surachat Komwit、Rangsiruji Achariya、Atithep Thassanant、Sarawaneeyaruk Siriruk、Doi Katsumi、Nantavisai Kwannan、Insian Kedvadee、Pomwised Rattanaruji、Pringsulaka Onanong
    • 雑誌名

      International Dairy Journal

      巻: 145 ページ: 105674~105674

    • DOI

      10.1016/j.idairyj.2023.105674

  • [学会発表] 炭素源制御によるLactococcus cremorisの寿命延伸2023

    • 著者名/発表者名
      郷 舜,小田遼史,藤野泰寛,森 一樹,岩本武夫,廣政恭明,土居克実
    • 学会等名
      第29回日本生物工学会九州支部福岡大会
  • [学会発表] Development of thermostable chloramphenicol acetyltransferase with thermophilic host, Thermus thermophilus,2023

    • 著者名/発表者名
      Shiki K., Fujino Y., Doi K.
    • 学会等名
      JSBBA West 6th Student Forum
  • [学会発表] Apoptotic death of lung cancer cells using holin, lytic protein from bacteriophage,2023

    • 著者名/発表者名
      Xiong S., Nakamura T., Horie Y., Shirazawa T., Chiba K., Katakura Y., Doi K.,
    • 学会等名
      JSBBA West 6th Student Forum
  • [学会発表] 好熱性繊維状ファージの複製及び水平伝播に関わる遺伝子の機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      吉田 智美, 長岡 未久, 副島 春香, 藤野 泰寛, 土居 克実
    • 学会等名
      第74回日本生物工学会大会
  • [学会発表] 通性または絶対嫌気性菌由来プラズマローゲンの効率的な生産方法の確立2023

    • 著者名/発表者名
      入交 伶,桑原芽美,藤野泰寛,本庄雅則,馬渡史郎,藤野武彦,土居克実
    • 学会等名
      日本農芸化学会 2023 年度 西日本・中四国支部合同大会
  • [学会発表] 好熱性溶原性ファージΦOH2 の溶原化と切出し機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      田中理仁 、藤野 泰寛、 森一樹、 田代康介、 岩本武夫、 廣政恭明、土居克実
    • 学会等名
      第10回ファージ研究会
  • [学会発表] Host Recognition Mechanism of Jumbo Phage vB_BceM_WH1 Infecting Bacillus cereus Group2023

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Azka Aufa Ramadhani, Minami Matsunaka, Yasuhiro Fujino, Takeo Iwamoto, Yasuaki Hiromasa and Katsumi Doi,
    • 学会等名
      第10回ファージ研究会
  • [学会発表] プラズマローゲン生産性細菌株の探索と高生産条件の確立2023

    • 著者名/発表者名
      入交伶, 桑原芽美, 藤野泰寛, 本庄雅則, 馬渡史郎, 藤野武彦, 土居克実
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] 好熱性溶原性ファージΦOH2の溶原化機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      田中理仁, 岩本武夫, 廣政恭明, 藤野泰寛, 土居克実
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] Host Recognition Mechanism of Jumbo Phage φWH1 Infecting Bacillus cereus Group2023

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Azka Aufa Ramadhani, Minami Matsunaka, Yasuhiro Fujino, Takeo Iwamoto, Yasuaki Hiromasa, Katsumi Doi,
    • 学会等名
      第60回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] A New Era in Phage Research2023

    • 著者名/発表者名
      Doi K
    • 学会等名
      16th JSPS Association of the Korea-Japan Researcher Network Symposium
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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