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本研究は、多様な環境に適応できる Shewanella 属細菌に着目し、金属呼吸に伴う金属イオンの溶存状態の変化を利用した金属ナノ粒子合成系を目指した。これまでに、低温適応性細菌 Shewanella livingstonensis Ac10 が三価鉄誘導的にリン酸選択的チャンネルのホモログを誘導生産することをあきらかにした。本タンパク質を介した水溶性金属イオンの取り込みは、本菌の三価鉄還元能やクエン酸鉄を最終電子受容体とする嫌気環境下の生育に重要であることが示されている。本年度は、本菌以外の金属呼吸能を有する菌株における PhoE を介した金属呼吸基質の輸送機構の存在を解析するために、微生物の金属呼吸のモデル微生物である S. oneidnesis MR-1 を対象に、phoE 遺伝子破壊株を作製した。MR-1 株の phoE 遺伝子の相同領域を導入した pKnock ベクターを接合伝達により、MR-1 株に形質導入し、相同組み換えによって生じた phoE 遺伝子破壊株を獲得した。Ac10 株の phoE 遺伝子破壊株はクエン酸鉄存在下で生育能、および二価鉄生産能が顕著に低下したのに対して、MR-1 株の phoE 遺伝子破壊株は、クエン酸鉄添加培地において野生株と同様に生育することがわかった。MR-1 株においては、 Ac10 株で見いだされた水溶性金属イオンの取り込みは、MR-1 株の金属還元においては主要な経路でないことが示された。
一方で、S. livingstonensis Ac10 は嫌気培養条件下で、菌体外膜小胞を形成することをあきらかにした。近年、菌体外膜小胞は多くのグラム陰性細菌で形成されることがわかっており、バイオフィルム形成や情報伝達、病原性因子の運搬に寄与している。本菌の金属呼吸における菌体外膜小胞の生理機能は不明であるが、嫌気環境下において種々の外膜タンパク質を含め、核酸や水溶性タンパク質といった細胞質由来の分子を菌体外に輸送していることがわかった。
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