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2015 年度 実績報告書

極限環境下にある深海微生物の生存戦略イメージング

公募研究

研究領域運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性
研究課題/領域番号 15H01319
研究機関京都大学

研究代表者

西山 雅祥  京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (10346075)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード高圧力顕微鏡 / 深海微生物 / 運動マシナリー / ナノバイオ / 分子機械 / 好冷好圧菌
研究実績の概要

研究代表者はこれまでから高圧力環境にある生物試料を実時間で観察できる高圧力顕微鏡の開発を行ってきた。この装置を利用すると、地球上で最も深い領域であるマリアナ海溝最深部(約11,000m)の静水圧を超える圧力環境を研究室で作り出すことができる。平成27年度は、海洋研究開発機構(JAMSTEC)が有人潜水調査船「しんかい6500(最大潜航深度6,500m) により深海底から採取してきた海洋細菌の運動マシナリーを調べる研究を行った。Shewanella violacea DSS12は琉球海溝深度5,000mから採取された代表的な海洋細菌である。8 ℃, 30 MPaを生育至適とし、70MPa程度の高圧環境にまで良好に生育できることから好圧菌のモデル生物とされている。また、これまでの研究によりゲノム解析も達成されている(4.8 Mb)。低温(8℃)、大気圧環境下でこの菌体を対数増殖期まで培養し、高圧力環境下で遊泳速度の圧力依存性を調べた。8℃, 0.1MPa条件下では、約半分の菌体が遊泳運動を行っており、その速度は約16 μm/sであった。圧力の増加に伴い、泳ぐ菌体の割合と速度は単調に減少し、100 MPaで共に約半分になった。大気圧環境下で生育する大腸菌は23℃, 80MPaでは完全に遊泳運動を停止したことから、圧力変化に対するDSS12株の遊泳運動能の変化は緩やかであり、高圧力環境への適応が示唆された。

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

今回実験に利用したDSS12株は大気圧環境でも培養可能であり、その生育能力は圧力に対しても緩やかに変化する事が知られている。この知見は、本研究から得られた運動能の圧力依存性ともよく似ており、海洋細菌の運動マシナリーが高圧力環境に適応していることを示唆するものとなっている。また、このDSS12株の運動マシナリーを駆動するエネルギー源の特定は重要な課題であるが、予備実験からはNa濃度駆動型であることが示唆されており、おおむね、研究は良好に進んでいると判断できる。

今後の研究の推進方策

これまでの実験ではDSS12株を大気圧環境で培養してきたのだが、遊泳運動を示す菌体の割合が約半分と少ない状況にある。今後は、培地組成、ならびに、培養時の温度や圧力を変えることで、海洋細菌の運動マシナリーの研究に適した培養条件を検討したい。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Reversible morphological control of tubulin-encapsulating giant liposomes by hydrostatic pressure2016

    • 著者名/発表者名
      Hayashi M., Nishiyama M., Kazayama Y., Toyota T., Harada Y. & Takiguchi K.
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 32 ページ: 3794-3802

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b00799

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 高圧力技術を用いた生命活動操作イメージング2016

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥
    • 雑誌名

      現代化学

      巻: 538 ページ: 48-49

  • [雑誌論文] High-pressure microscopy for studying molecular motors.2015

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama M.
    • 雑誌名

      Subcellular Biochemistry

      巻: 72 ページ: 593-611

    • DOI

      10.1007/978-94-017-9918-8_27

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Sodium-driven energy conversion for flagellar rotation of the earliest divergent hyperthermophilic bacterium2015

    • 著者名/発表者名
      Takekawa N., Nishiyama M., Kaneseki T., Kanai T., Atomi H., Kojima S. & Homma M.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 12711

    • DOI

      10.1038/srep12711

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 高圧力顕微鏡の開発と生物ナノマシンの運動観察2015

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥
    • 雑誌名

      高圧力の科学と技術

      巻: 25 ページ: 126-135

    • DOI

      10.4131/jshpreview.25.126

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] タンパク質分子機械の力学変調計測2015

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥
    • 雑誌名

      機械の研究

      巻: 67 ページ: 1067-1074

  • [学会発表] Sodium-driven energy conversion for flagellar rotation of the earliest divergent hyperthermophilic bacterium2016

    • 著者名/発表者名
      Takekawa N., ○Nishiyama M., Kaneseki T., Kanai T., Atomi H., Kojima S. & Homma M
    • 学会等名
      60th Annual Meeting of Biophysical Society
    • 発表場所
      Los Angeles (USA)
    • 年月日
      2016-02-27 – 2016-03-02
    • 国際学会
  • [学会発表] High-pressure microscopy for studying molecular motor and cytoskeleton2016

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama M.
    • 学会等名
      8th International Meeting on Biomolecules under Pressure
    • 発表場所
      Dortmund (Germany)
    • 年月日
      2016-02-15 – 2016-02-17
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高圧力顕微鏡を用いた深海微生物の運動観察2016

    • 著者名/発表者名
      ○西山雅祥, 加藤千明, 原田慶恵
    • 学会等名
      2016年生体運動研究合同班会議
    • 発表場所
      キャンパスプラザ京都(京都府・京都市下京区西洞院通塩小路下る)
    • 年月日
      2016-01-08 – 2016-01-10
  • [学会発表] High-pressure microscopy for manipulating cellular architecture and functions2015

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama M.
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市角間町)
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
    • 招待講演
  • [学会発表] Direct observation of swimming motility of deep-sea bacterium at high–pressure conditions2015

    • 著者名/発表者名
      ○Nishiyama M., Kato C., Harada Y
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市角間町)
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] タンパク質分子機械の力学変調イメージング2015

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥
    • 学会等名
      北海道大学フロンティア化学教育研究センター
    • 発表場所
      北海道大学(北海道・札幌市北区)
    • 年月日
      2015-08-17 – 2015-08-17
    • 招待講演
  • [学会発表] High-pressure microscopy for studying bacterial motility machinery2015

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama M.
    • 学会等名
      Microbiology and Biogeochemistry of the Deep Sea and the Deep Biosphere
    • 発表場所
      Shanghai (China)
    • 年月日
      2015-06-22 – 2015-06-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 極限環境下にある深海微生物の生存戦略イメージング2015

    • 著者名/発表者名
      ○西山雅祥, 加藤千明
    • 学会等名
      第三回宮田新学術領域班会議
    • 発表場所
      金沢商工会議所会館(石川県・金沢市尾山町)
    • 年月日
      2015-06-10 – 2015-06-12
  • [学会発表] 超好熱菌Aquifex aeolicusの遊泳運動観察2015

    • 著者名/発表者名
      竹川宜宏, ○西山雅祥, 金関剛史, 金井保, 跡見晴幸, 小嶋誠司, 本間道夫
    • 学会等名
      第12回21世紀大腸菌研究会
    • 発表場所
      琵琶湖グランドホテル(滋賀県・大津市雄琴)
    • 年月日
      2015-06-04 – 2015-06-05
  • [学会発表] 高圧力顕微鏡の開発と生体運動変調,2015

    • 著者名/発表者名
      ○西山雅祥, 八木俊樹
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第71回学術講演会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府・京都市左京区宝ヶ池)
    • 年月日
      2015-05-13 – 2015-05-15
  • [学会発表] タンパク質分子機械の力学変調コントロール2015

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥
    • 学会等名
      理研シンポ・細胞システムの動態と論理Ⅶ
    • 発表場所
      理化学研究所(埼玉県・和光市広沢)
    • 年月日
      2015-04-02 – 2015-04-03
    • 招待講演
  • [図書] 高圧バイオサイエンスとバイオテクノロジー2015

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥
    • 総ページ数
      75-81
    • 出版者
      三恵社

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公開日: 2017-01-06  

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