研究成果

細菌の大規模改変を可能にする新技術の確立 -巨大分子輸送ABCトランスポーターの全構造と輸送機構を解明-


2015年07月31日


     橋本渉 農学研究科准教授、村田幸作 名誉教授(現在、摂南大学理工学部教授)らの研究グループは、巨大分子輸送ABCトランスポーターの全構造と輸送機構を解明し、細菌の構造と機能を大規模に改変する新技術の確立に貢献しました。

     本研究成果は、7月31日付(日本時間)で米国科学誌「Structure」誌の電子版に掲載されました。

    研究者からのコメント

    左から村田名誉教授、橋本准教授、丸山如江 摂南大学助教

     今回、細菌が、ABCトランスポーターを用いて、如何にして巨大分子である多糖アルギン酸を細胞の中へ取り込んでいるかを理解する手掛かりを得ることができました。今後は、巨大分子がABCトランスポーターの中をどのように通過して行くか、より詳細な機構を明らかにする予定です。また、細胞表層に形成される口(くち)に相当する器官(体腔(たいこう))を他の細菌に移植することにより、大規模な細胞機能改変を行い、さまざまな物質を強力に分解する微生物を創る研究を進めます。

    概要

     土壌から分離されたスフィンゴモナス属細菌(A1株)は、ワカメやコンブなどに含まれる粘性の強い巨大分子(多糖類:アルギン酸)を良好な炭素源として生育します。通常、このような巨大分子を利用する場合、殆どの微生物は予め分解酵素を細胞の外に分泌し、小さな分子にまで分解してから取り込みます。それに対し、細菌A1株は、分解酵素を細胞の外に分泌することなく、巨大分子を丸ごと呑み込みます。まさに、鵜呑みです。本研究では、この鵜呑みを可能にする分子装置(巨大分子輸送ABCトランスポーター)の立体構造とその機能を初めて明らかにしました。その結果、本ABCトランスポーターが酸性多糖である長鎖のアルギン酸を輸送するのに適した構造をもつことが分かりました。

     近年、海洋バイオマスに含まれるアルギン酸や陸上バイオマスに含まれるデンプンやセルロースのような巨大分子を付加価値の高い物質(例:バイオ燃料など)に転換する技術の開発が待たれています。かかる技術の開発には、細菌など微生物の応用が有用な手段の一つであり、その場合、微生物がどのように巨大分子を取り込み、分解するかを知ることが重要になります。本研究成果は、上述の学術上の重要性は言うまでもなく、このような応用面での問題の解決にもつながります。


    左:アルギン酸結合タンパク質(AlgQ2)とABCトランスポーター(四量体:AlgM1-AlgM2/AlgS-AlgS))との複合体の立体構造 中:結合タンパク質とABCトランスポーターとの界面に横たわるトンネル構造と結合タンパク質の突きあたりまで入り込んだアルギン酸(中央の黄色)を示す。右:ABCトランスポーターの断面(黒影の部分)。その背後の空間にアルギン酸と相互作用するアミノ酸が配置されている。

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    [DOI] http://dx.doi.org/10.1016/j.str.2015.06.021

    [KURENAIアクセスURL] http://hdl.handle.net/2433/198887

    Yukie Maruyama, Takafumi Itoh, Ai Kaneko, Yu Nishitani, Bunzo Mikami,
    Wataru Hashimoto and Kousaku Murata
    "Structure of a Bacterial ABC Transporter Involved in the Import of an
    Acidic Polysaccharide Alginate"
    Structure 23, Available online 30 July 2015

     

    • 日刊工業新聞(7月31日 21面)に掲載されました。

    細菌の大規模改変を可能にする新技術の確立 -巨大分子輸送ABCトランスポーターの全構造と輸送機構を解明-
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