2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the biosynthetic and action mechanisms of novel bacteriocins with characteristic structure and activity from lactic acid bacteria and their applications
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17H03797
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
善藤 威史 九州大学, 農学研究院, 助教 (50380556)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 抗菌ペプチド / 乳酸菌 / バクテリオシン / 生合成機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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、安全性の高い抗菌物質が求められる様々な用途への利用が期待される。我々は、リーダーレスバクテリオシンや環状バクテリオシンなどの構造に特徴をもつものをはじめ、菌種選択的な抗菌活性をもつものや他のバクテリオシンを伴って生産されるものなど、多種多様な新奇乳酸菌バクテリオシンを見出してきた。本研究では、新奇バクテリオシン群の食品保存や関連用途への実用と、その新たな構造と生合成機構を利用した新奇抗菌ペプチドの設計・創出に向けた分子基盤の確立を目指し、種々の新奇乳酸菌バクテリオシン群の生合成機構と抗菌作用の特異な分子機構を解明することを目的としている。
新しい乳酸菌分離株より、特異な活性を示す新奇バクテリオシンを見出し、その精製・構造解析および特性の解析を行い、分子量の大きいタイプのバクテリオシン（バクテリオリシン）などを見出すことができた。新奇性の高いものについては、さらにドラフトゲノム解析等を行い、構造の決定とともに生合成遺伝子群の取得を進めている。一方、環状バクテリオシンであるラクトサイクリシンQやラクトサイクリシンQについては、生合成に必須な遺伝子群の特定に至った。また、同じく環状バクテリオシンであるエンテロシンNKR-5-3Bについては、これまでに構築した異種発現系を用い、環状化に必須な遺伝子およびその遺伝子がコードするタンパク質中の重要なアミノ酸残基を特定することができた。同様にして、多成分バクテリオシントランスポーターについても、その活性に必須のアミノ酸残基が特定された。さらには、異種発現系を用いて、リーダーレスバクテリオシン・ラクティシンQや環状バクテリオシン・エンテロシンNKR-5-3Bの種々の改変体を構築し、その構造と抗菌活性の関係の評価を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新奇性の高い構造や特性を有する新奇乳酸菌バクテリオシンが得られ、ドラフトゲノム解析などにより、その生合成遺伝子群の解析も進んでいる。また、ラクトサイクリシンQやラクトサイクリシンQなどの新奇環状バクテリオシンの生合成必須遺伝子群が特定され、付随する生合成遺伝子群の解析も、それらの異種発現系の構築によって順調に進展している。多成分バクテリオシントランスポーターについての解析も、異種発現系を用いた変異体の構築と解析によって大きく進展した。さらに、環状バクテリオシン・エンテロシンNKR-5-3Bの環状化に関わるタンパク質の同定と、その活性に必須なアミノ酸残基を特定することができた。異種発現系を用いて構築した、リーダーレスバクテリオシン・ラクティシンQと環状バクテリオシン・エンテロシンNKR-5-3Bの改変バクテリオシンについても解析が進展し、抗菌活性に大きな影響を与える構造部位の推定に至った。今後、この知見を応用し、他のバクテリオシンにも同様の手法を適用することで、種々のバクテリオシンの改変や強化の可能と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究は順調に進展しており、とくに構造や活性に特徴を持つバクテリオシンについて、優先的に研究を進め、進展を図る。構造未決定のバクテリオシンや新たに発見されたバクテリオシンについても、構造や活性に特徴を持つものについて優先的に精製・構造解析および生合成遺伝子群の解析を進め、ドラフトゲノム解析なども活用しながら、新たな構造・遺伝子情報の充実を図る。環状バクテリオシンの生合成機構については、構築した異種発現系を用いて引き続き解析を進めるとともに、環状化への関与が明らかとなったタンパク質およびそれに相同性を有するタンパク質群の機能解析に重点的に取り組み、環状化機構の解明を目指す。また、リーダーレスバクテリオシンと環状バクテリオシンの共通点には引き続き着目し、環状化機構、分泌機構、自己耐性機構、作用機構などの解明を図る。多くの新奇バクテリオシンとその生合成遺伝子群を利用でき、比較できる優位性を十分に活用しながら、乳酸菌バクテリオシンとその生合成機構を基盤とした、新奇抗菌ペプチドの設計と創出の分子基盤の確立を図る。
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