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2013 年度 実績報告書

新奇乳酸菌バクテリオシン群の生合成と抗菌作用の分子機構の解明とその展開

研究課題

研究課題/領域番号 24380051
研究機関九州大学

研究代表者

善藤 威史  九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (50380556)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード乳酸菌 / 抗菌ペプチド / バクテリオシン / 応用微生物 / 細菌
研究概要

乳酸菌が生産する抗菌ペプチドであるバクテリオシンは、安全な抗菌物質として様々な分野での利用が期待される。前年度に引き続き新奇乳酸菌バクテリオシンの探索を行うとともに、それらの実用と生合成機構を利用した新奇抗菌ペプチドの創出への展開を図るため、新奇乳酸菌バクテリオシン群の生合成と抗菌作用の分子機構の解明を試みた。
酒母より分離された乳酸菌Lactobacillus sakei D98が3種の新奇バクテリオシンを生産することを明らかにし、それらの構造を決定した。そのうち、sakacin D98bはクラスIIaバクテリオシンに類似した構造を有するものの、他のクラスIIaバクテリオシンとは異なる抗菌スペクトルを示した。この抗菌スペクトルの差異は、sakacin D98bにおいてクラスIIa特有の保存配列に生じた変異による影響と考えられた。
新奇リーダーレスバクテリオシンであるlacticin Qは菌体表層の標的分子を介さずに細胞膜に孔を形成することが明らかとなっていたが、各感受性菌の抗菌活性の強度と細胞膜組成との間には関連が認められなかった。Lacticin Qの抗菌活性の強度には、lacticin Qの作用によって生じるヒドロキシルラジカルの蓄積量が関連していることが明らかとなり、lacticin Qの抗菌活性の選択性には、孔形成能よりもヒドロキシルラジカルの蓄積量と除去能が影響していることが示唆された。
新奇環状バクテリオシンであるleucocin Qの生合成遺伝子群が明らかとなった。そのうち、DUF95スーパーファミリーに属するLcyDが、生産株のleucocin Qの菌体外分泌と自己耐性に関与していることが明らかとなった。LcyD破壊株が成熟型のleucocin Qを菌体内に蓄積していたことから、leucocin Qの環状化は生産株の菌体内で行われることが示唆された。

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

特徴的な構造をもつ新奇乳酸菌バクテリオシンが複数見出された。また、リーダーレスバクテリオシンの作用機構や、リーダーレスバクテリオシンと複数の環状バクテリオシンの生合成機構が明らかとなりつつある。また、バクテリオシンに変異を導入して評価を行うことで、抗菌活性や菌体外分泌に重要な部位の特定が進んでいる。さらには、環状バクテリオシンの標的分子の解析も進行している。

今後の研究の推進方策

引き続き、生合成遺伝子群の機能の解析を行い、自己耐性機構や菌体外分泌機構の詳細を明らかにする。とくに、環状バクテリオシンの環化に関わるタンパク質の同定を試みる。また、作用機構と自己耐性機構を関連付けながら、その分子機構の解明を試みる。さらに、明らかとなった生合成機構を利用し、新奇抗菌ペプチドの創出を試みる。

次年度の研究費の使用計画

現在、研究室で保有している機器を活用することで、購入予定であった機器が不要となった。また、高額な試薬・消耗品等を要する研究を次年度に行うことにしたため、とくに試薬・消耗品にかかわる物品費等を節約することができた。
博士研究員を雇用し、研究をさらに推進することを計画している。研究の進展だけでなく、若手研究者の育成にも貢献できる。最終年度であることから、研究目標の達成のために多くの試薬・消耗品費が必要となることが予想される。また、研究成果を発表するために、国内外での学会参加のための旅費や論文発表にかかる経費への支出も計画している。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Biological function of a DUF95 superfamily protein involved in the biosynthesis of a circular bacteriocin, leucocyclicin Q.2014

    • 著者名/発表者名
      Mu F, Masuda Y, Zendo T, Ono H, Kitagawa H, Ito H, Nakayama J, Sonomoto K
    • 雑誌名

      J Biosci Bioeng

      巻: 117 ページ: 158-164

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2013.06.023

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 乳酸菌バクテリオシンの探索と利用2014

    • 著者名/発表者名
      善藤威史、石橋直樹、園元謙二
    • 雑誌名

      日本乳酸菌学会誌

      巻: 25 ページ: 24-33

  • [雑誌論文] Bifunctional gene cluster lnqBCDEF mediates bacteriocin production and immunity with differential genetic requirements.2013

    • 著者名/発表者名
      Iwatani S, Horikiri Y, Zendo T, Nakayama J, Sonomoto K.
    • 雑誌名

      Appl Environ Microbiol

      巻: 79 ページ: 2446-2449

    • DOI

      10.1128/AEM.03783-12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification and characterization of novel multiple bacteriocins produced by Lactobacillus sakei D98.2013

    • 著者名/発表者名
      Sawa N, Koga S, Okamura K, Ishibashi N, Zendo T, Sonomoto K
    • 雑誌名

      J Appl Microbiol

      巻: 115 ページ: 61-69

    • DOI

      10.1111/jam.12226

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Screening and characterization of novel bacteriocins from lactic acid bacteria.2013

    • 著者名/発表者名
      Zendo T
    • 雑誌名

      Biosci Biotechnol Biochem

      巻: 77 ページ: 893-899

    • DOI

      10.1271/bbb.130014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lethal hydroxyl radical accumulation by a lactococcal bacteriocin, lacticin Q.2013

    • 著者名/発表者名
      Li M, Yoneyama F, Toshimitsu N, Zendo T, Nakayama J, Sonomoto K
    • 雑誌名

      Antimicrob Agents Chemother

      巻: 57 ページ: 3897-3902

    • DOI

      10.1128/AAC.00638-13

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 乳酸菌バクテリオシン―探索から応用まで―2013

    • 著者名/発表者名
      石橋直樹、善藤威史、園元謙二
    • 雑誌名

      乳酸菌ニュース

      巻: 481 ページ: 5-10

  • [学会発表] 多成分バクテリオシンの分泌を担うトランスポーターの基質認識機構の解明2014

    • 著者名/発表者名
      須志田浩稔、石橋直樹、善藤威史、中山二郎、園元謙二
    • 学会等名
      日本農芸化学会2014年度大会
    • 発表場所
      明治大学
    • 年月日
      20140328-20140328
  • [学会発表] 乳酸菌バクテリオシンの探索と利用2013

    • 著者名/発表者名
      善藤威史、園元謙二
    • 学会等名
      日本乳酸菌学会秋季セミナー
    • 発表場所
      東京農業大学
    • 年月日
      20131129-20131129
    • 招待講演
  • [学会発表] 乳酸菌バクテリオシン:ナイシンの実用化に始まる波及効果、そして新たな探索の時代へ2013

    • 著者名/発表者名
      善藤威史、園元謙二
    • 学会等名
      第65回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      広島国際会議場
    • 年月日
      20130920-20130920
    • 招待講演
  • [学会発表] 多成分バクテリオシンの分泌機構の解明2013

    • 著者名/発表者名
      石橋直樹、善藤威史、中山二郎、園元謙二
    • 学会等名
      第65回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      広島国際会議場
    • 年月日
      20130918-20130918
  • [学会発表] Elucidation of the biosynthetic mechanism of the circular bacteriocin, enterocin NKR-5-32013

    • 著者名/発表者名
      R.H. Perez、井上朋子、姫野康平、石橋直樹、善藤威史、中山二郎、園元謙二
    • 学会等名
      第65回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      広島国際会議場
    • 年月日
      20130918-20130918
  • [学会発表] Lactobacillus sakei D98が生産する新奇バクテリオシン群の精製および構造と特性2013

    • 著者名/発表者名
      沢 稔彦、古賀祥子、岡村かすみ、石橋直樹、 善藤威史、園元謙二
    • 学会等名
      日本乳酸菌学会2013年度大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      20130709-20130709
  • [学会発表] 乳酸菌における多成分バクテリオシンの生産機構の解明2013

    • 著者名/発表者名
      石橋直樹、松本南帆、姫野康平、R.H. Perez、 善藤威史、P. Wilaipun、中山二郎、園元謙二
    • 学会等名
      日本乳酸菌学会2013年度大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      20130709-20130709
  • [図書] 新しい乳酸菌の機能と応用(乳酸菌が産生する抗菌ペプチド)2013

    • 著者名/発表者名
      澤 稔彦、善藤威史、 園元謙二
    • 総ページ数
      11
    • 出版者
      シーエムシー出版

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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