細菌の超低栄養好気的条件下での生育に機能する基礎代謝経路の全貌解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26660054
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 永田 裕二 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (30237531)
• 研究分担者: 大坪 嘉行 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (40342761) ; 津田 雅孝 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (90172022)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 炭酸固定 / oligotroph / スフィンゴモナッド / グリオキシル酸回路 / 次世代型シーケンサー

研究実績の概要

地球表層環境に広く棲息する好気性従属栄養環境細菌群は、超低栄養な環境下でも細胞を増殖させる機構を有していると考えられる。我々は環境汚染物質分解能を有する典型的な好気性従属栄養環境細菌株が、アルコールデヒドロゲナーゼホモログ遺伝子 (adhX) を高発現させると有機炭素源非添加無機培地でCO2固定しながら生育する現象 (oligotrophic表現型) を見出した。本研究では、本現象の機構を解明すると共に、その普遍性を明示し、有用細菌の超低栄養条件下での培養への可能性を検討することを目的として研究を行った。
本年度は、まず、大腸菌で高発現・精製したAdhX産物がNAD+依存的アルコールデヒドロゲナーゼ (ADH) 活性を有すること、および、AdhX産物のADH活性と本表現型に相関活性があることを明示した。一方、UT26株のadhX高発現プラスミドを他株に導入したところ、UT26株類縁のAlphaproteobacteria のみならず、Betaproteobacteriaに属する株でもoligotrophic表現型が観察された。また、UT26株のadhXおよび、UT26類縁菌株のadhXホモログは水平伝播しやすいと推定される領域に存在していた。さらに、UT26株ではspontaneousなoligotrophic突然変異株が比較的容易に取得され、不均衡変異導入法により変異率を高めた状態では、高頻度でoligotrophic突然変異株が取得されたが、UT26のadhX破壊株では、変異率を高めた状態でもoligotrophic突然変異株は全く検出されなかった。以上の結果は、adhXが水平伝播し、かつ、高発現変異が起こりやすいことを示唆している。すなわち、adhX関与のoligotrophic表現型が環境常在細菌が有する普遍的な低栄養環境適応戦略のひとつである可能性を提示することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Complete genome sequence of Methylobacterium sp. strain AMS5, an isolate from a soybean stem (2016)
  • 著者名/発表者名: Minami T, Ohtsubo Y, AndaM, Nagata Y, Tsuda M, Mitsui H, Sugawara M, Minamisawa K
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 4 ページ: e00144-16
  • DOI: 10.1128/genomeA.00144-16
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete genome sequence of a gamma-hexachlorocyclohexane-degrading bacterium Sphingobium sp. strain MI1205 (2016)
  • 著者名/発表者名: Tabata M, Ohhata S, Nikawadori Y, Sato T, Kishida K, Ohtsubo Y, Tsuda M, Nagata Y
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 4 ページ: e00246-16
  • DOI: 10.1128/genomeA.00246-16
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete Genome sequence of a gamma-hexachlorocyclohexane degrader, Sphingobium sp. Strain TKS, which was isolated from a gamma-hexachlorocyclohexane-degrading microbial community (2016)
  • 著者名/発表者名: Tabata M, Ohhata S, Kawasumi T, Nikawadori Y, Kishida K, Sato T, Ohtsubo Y, Tsuda M, Nagata Y
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 4 ページ: e00247-16
  • DOI: 10.1128/ genomeA.00247-16
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete Genome Sequence of a Phenanthrene Degrader, Mycobacterium sp. Strain EPa45 (NBRC 110737), Isolated from a Phenanthrene-Degrading Consortium (2015)
  • 著者名/発表者名: Kato H, Ogawa N, Ohtsubo Y, Oshima K, Toyoda A, Mori H, Nagata Y, Kurokawa K, Hattori M, Fujiyama A, Tsuda M
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 3 ページ: e00782-15
  • DOI: 10.1128/genomeA.00782-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete genome sequence of a polyvinyl alcohol-degrading strain Sphingopyxis sp. 113P3 (NBRC 111507) (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Y, Nagata, Y. Numata M, Tsuchikane K, Hosoyama A, Yamazoe A, Tsuda M, Fujita N, Kawai F
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 3 ページ: e01169-15
  • DOI: 10.1128/genomeA.01169-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Time series metagenomic analysis reveals robustness of soil microbiome against chemical disturbance (2015)
  • 著者名/発表者名: Kato H, Mori H, Maruyama F, Toyoda A, Oshima K, Endo R, Fuchu G, Miyakoshi M, Dozono A, Ohtsubo Y Nagata Y, Hattori M, Fujiyama A, Kurokawa K, Tsuda M
  • 雑誌名: DNA Research 巻: 22 ページ: 413-424
  • DOI: 10.1093/dnares/dsv023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete genome sequence of a phenanthrene degrader Burkholderia sp. HB-1 (NBRC:110738) (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Y, Moriya A, Kato H, Ogawa N, Nagata Y, Tsuda M
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 3 ページ: e01283-15
  • DOI: doi:10.1128/genomeA.01283-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete genome sequence of a polypropylene glycol and polyethylene glycol-degrading strain Sphingopyxis macrogoltabida EY-1 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Y, Nagata, Y, Numata M, Tsuchikane K, Hosoyama A, Yamazoe A, Tsuda M, Fujita N, Kawai F
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 3 ページ: e01399-15
  • DOI: doi:10.1128/genomeA.01399-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete genome sequence of a polypropylene glycol-degrading strain Microbacterium sp. No.7 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Y, Nagata, Y, Numata M, Tsuchikane K, Hosoyama A, Yamazoe A, Tsuda M, Fujita N, Kawai F
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 3 ページ: e01400-15
  • DOI: 10.1128/genomeA.01400-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete genome sequence of Sphingompyxis macrogoltabidus type strain NBRC 15033, originally isolated as a polyethylene glycol-degrader (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo Y, Nagata, Y, Numata M, Tsuchikane K, Hosoyama A, Yamazoe A, Tsuda M, Fujita N, Kawai F
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 3 ページ: e01401-15
  • DOI: doi:10.1128/genomeA.01401-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bacterial clade with the ribosomal RNA operon on a small plasmid rather than the chromosome (2015)
  • 著者名/発表者名: Anda M, Ohtsubo Y, Okubo T, Sugawara M, Nagata Y, Tsuda M, Minamisawa K, Mitsui H
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 112 ページ: 14343-14347
  • DOI: 10.1073/pnas.1514326112
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Properties and biotechnological applications of natural and engineered haloalkane dehagoneases (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagata Y, Ohtsubo, Y, Tsuda M
  • 雑誌名: Applied Microbiology and Biotechnology 巻: 99 ページ: 9865-9881
  • DOI: 10.1007/s00253-015-6954-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 土壌微生物のノトバイオロジー (2016)
  • 著者名/発表者名: 加藤 広海、森 宙史、永山 浩史、大坪 嘉行、永田 裕二、黒川 顕、津田 雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会シンポジウム「微生物エコシステムを制御せよ！最先端テクノロジーがもたらす複合微生物系研究のパラダイムシフト」
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] フェナントレン分解コンソーシアムに存在する非分解菌の分解菌に対する効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小川なつみ、加藤広海、大坪嘉行、永田裕二、津田雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] フェナントレン分解コンソーシアムMixEPa4における構成細菌間の相互作用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 守屋梓、小川なつみ、加藤広海、大坪嘉行、永田裕二、津田雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] 土壌細菌Burkholderia multivoransにおけるFur制御下の機能未知遺伝子hemPの解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤拓哉, 湯原 悟志, 大坪 嘉行, 永田 裕二, 津田 雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] Burkholderia multivoransにおける鉄硫黄クラスター合成系遺伝子群の転写制御機構の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野々山 翔太, 佐藤 拓哉, 岸田 康平, 大坪 嘉行, 永田 裕二, 津田 雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] 環境常在細菌におけるアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子adhX関与の普遍的低栄養環境適応戦略 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲葉 慎之介, 大坪 嘉行, 永田 裕二, 津田 雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] PCB/biphenyl分解細菌株が有する新規haloalkane dehalogenase遺伝子の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 あや華, 大坪 嘉行, 永田 裕二, 津田 雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] ハロアルカンデハロゲナーゼの細胞内酵素機能進化系の構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小山 旺, 森内 良太, 大坪 嘉行, 永田 裕二, 津田 雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] DNA配列表示ツールSeqView (2016)
  • 著者名/発表者名: 大坪 嘉行, 永田 裕二, 津田 雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] ナフタレン分解プラスミドNAH7の接合伝達関連遺伝子traDEFの解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岸田 康平, 井上 慧, 大坪 嘉行, 永田 裕二, 津田 雅孝
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [学会発表] 土壌細菌叢変動とレジームシフト (2016)
  • 著者名/発表者名: 大坪嘉行、加藤広海、永田裕二、津田雅孝
  • 学会等名: 第89回日本細菌学会ワークショップ「共創:微生物エコシステム構成原理」
  • 発表場所: 大阪交流センター（大阪府、大阪市）
  • 年月日: 2016-03-23 – 2016-03-25
• [学会発表] SeqView: DNA 配列/アミノ酸配列の表示ツール (2016)
  • 著者名/発表者名: 大坪嘉行、永田裕二、津田雅孝
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] 汚染土壌細菌叢の新規環境への定着及び再汚染のメタゲノム解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加藤広海、森宙史、渡来直生、永山浩史、大坪嘉行、永田裕二、豊田敦、黒川顕、津田雅孝
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] フェナントレン分解細菌Burkholderia sp.HB-1株のゲノムと芳香属分解遺伝子の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 守屋梓、小川なつみ、加藤広海、大坪嘉行、永田裕二、津田雅孝
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] 遺伝学的解析を用いた芳香族化合物分解コンソーシアムにおける分解菌と非分解菌の共在機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小川なつみ 加藤広海 大坪嘉行 永田裕二 津田雅孝
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] 微生物群集動態の原理解明に向けた再現モデルの構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡来直生、森宙史、加藤広海、大坪嘉行、小椋義俊、永田裕二、豊田敦、藤山秋佐夫、林哲也、津田雅孝、黒川顕
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] 鉄濃度依存的に発現変動する機能未知遺伝子hemPの解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤拓哉 湯原悟志 野々山翔太 大坪嘉行 永田裕二 津田雅孝
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] Burkholderia multivorans における鉄硫黄クラスター合成遺伝子群の転写制御に対するFur及びIscRの作用機作 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野々山翔太 佐藤拓哉 岸田康平 大坪嘉行 永田裕二 津田雅孝
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] ナフタレン分解プラスミドNAH7の接合伝達関連機能未知遺伝子群traDEFの解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岸田康平 井上慧 大坪嘉行 永田裕二 津田 雅孝
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] 環境常在細菌が有する推定アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子関与の新規極貧栄養環境適応機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲葉慎之介 平野丈 宇井博紀 大坪嘉行 永田裕二 津田雅孝
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] 次世代シーケンサーを用いたqTnSeq法の構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部史歩 大坪嘉行 永田裕二 津田雅孝
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [学会発表] Haloalkane dehalogenases in bacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuji Nagata, Ryota Moriuchi, Yoshiyuki Ohtsubo, and Masataka Tsuda
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 環境を汚染する難分解性農薬分解遺伝子群の水平伝播 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永田裕二、大坪嘉行、津田雅孝
  • 学会等名: 第30回日本微生物生態学会年次大会シンポジウム「環境での遺伝子リスクの醸成：薬剤耐性と病原性の遺伝子伝播」
  • 発表場所: 土浦亀城プラザ（茨城県、土浦市）
  • 年月日: 2015-10-17 – 2015-10-20
  • 招待講演
• [学会発表] メタゲノム情報を基盤とした汚染土壌の細菌コンソーシアムの研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤広海、小川なつみ、大坪嘉行、永田裕二、津田雅孝
  • 学会等名: 第30回日本微生物生態学会年次大会
  • 発表場所: 土浦亀城プラザ（茨城県、土浦市）
  • 年月日: 2015-10-17 – 2015-10-20
• [学会発表] リボソームRNA遺伝子の染色体外への移行 (2015)
  • 著者名/発表者名: 按田瑞恵, 大坪嘉行, 大久保卓, 菅原雅之, 永田裕二, 津田雅孝, 南澤究, 三井久幸
  • 学会等名: 日本遺伝学会第87回大会ワークショップ12「ゲノムとOMICSの比較から現れた遺伝と進化をめぐる驚き」
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス（宮城県、仙台市）
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-26
• [学会発表] 有機塩素系農薬分解細菌株の有機炭素源非添加無機固体培地での生育に関与する推定アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子adhXの機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 稲葉慎之介、大坪嘉行、永田裕二、津田雅孝
  • 学会等名: 環境バイオテクノロジー学会2015年度大会
  • 発表場所: 東京大学弥生キャンパス（東京都、文京区）
  • 年月日: 2015-06-29 – 2015-06-30
• [図書] Manual of Environmental Microbiology, 4th Edition (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagata Y, Tabata M, Ohtsubo, Y, Tsuda M
  • 総ページ数: 電子媒体
  • 出版者: ASM Press, Washington, DC