応用分子微生物学研究グループ

研究内容

生物システム工学特別研究チーム(旧生物システム工学研究グループ)の研究内容に関しては、こちらをご覧ください。



 微生物を高機能化し多目的な用途に使用するためには、多様な外的環境に適応して利用可能な微生物を宿主として選択し、細胞内に機能を付与するタンパク質を大量に蓄積させる技術を開発する必要があります。そこで私たちは、宿主の候補として放線菌Rhodococcus erythropolis(ロドコッカス・エリスロポリス)を取り上げ、研究開発に取り組んでいます。同時に、汎用宿主として知られている微生物(大腸菌など)を利用しながら技術開発に向けた基盤情報の取得を目指した取り組みも行っています。

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 Rhodococcus属細菌は、高GC含量のゲノムをもつグラム陽性菌で、有機溶媒耐性をもち、脂肪族、芳香族および複素環式化合物などを変換する生体触媒活性も強い細菌です。特に私たちが使用しているR. erythropolis細菌は、4-35度という広範囲な温度域で増殖可能であるという特徴も併せ持ち、これまで使用されている汎用型の宿主とは大きく異なる表現型を有する細菌です。 このことから、世界的にもRhodococcus属細菌は次世代宿主候補として宿主-ベクター系の開発が期待されていますが、汎用型の宿主-ベクター系として利用できる状況には至っておらず 研究開発の必要な菌でもあります。

 以下に、Rhodococcus属細菌並びに大腸菌を宿主とした物質生産系を目指した各種技術開発について当研究グループの研究内容について記します。

放線菌を多目的用途に利用可能な発現プラットフォームとする技術の開発

Rhodococcus erythropolis菌を宿主として発現プラットフォームとして利用できれば、既存の宿主—ベクター系では実現が困難な新たな反応系・反応場あるいは生産系の構築が期待できます。そのため私たちは、各種発現ベクターに加えトランスポゾンベクター等を含めた遺伝学的手法による、細胞の機能改変技術を開発しています。実際には、タンパク質生産系(発現系)と分解系の制御による宿主細胞内のタンパク質蓄積効率を制御する技術開発や、宿主細胞の細胞壁の機能解析や改変を行い、タンパク質生産のみならず化成品生産に向けた物質変換や環境汚染物質の分解を目指したバイオリメディエーションへの利用等幅広い用途に使用可能なプラットフォームの開発を行っています。

大腸菌による「ものつくり」技術の開発

大腸菌は最も研究が進んでいる微生物で、扱いも容易なことから、様々な有用物質を作る宿主として頻繁に用いられています。私たちは、独自の技術としてアンチセンスRNAによる大腸菌遺伝子のサイレンシング技術を有しており、これによって大腸菌の代謝経路を書き換え、様々な有用物質を作ることに成功しています。(#リンク:旧メンバーの中島信孝主任研究員のページへ(https://staff.aist.go.jp/n-nakashima/index.html))

微生物の増殖に影響を及ぼす物質の探索と機能解析

これまでに微生物が生産する様々な有用物質が発見され利用されてきましたが、ロドコッカス属細菌においては最近の私たちの研究で、抗菌物質を含む高い二次代謝産物合成能を有することを初めて明らかにしました。二次代謝産物生産菌としてはほとんど研究されてこなかった本属細菌からは数多くの新規有用物質の発見が期待されます。現在数種の新規抗菌物質とその機能および生合成遺伝子について解析を進めています。

有用機能酵素の高機能化に向けた技術開発

微生物を用いた高効率な物質生産やバイオリメディエーション等を目指した高機能化細胞の構築には、宿主細胞内に機能タンパク質を高濃度蓄積させる技術も重要ですが、その反応を担う酵素の機能改良もしくは高活性化が必須の課題となります。発現させる機能酵素に対してその機能を高度化することで、タンパク質発現量を上げることなく超高機能化細胞の構築が可能になるかもしれません。例えば、酵素活性が10倍高くなった改変型酵素を開発・発現することが 出来れば、対酵素活性で考えると発現する酵素量は改変前の酵素に比べて1/10で済みます。また、基質特異性や細胞内安定性を改変することで、反応の特異性や長時間にわたる反応などの効率を 飛躍的に高めることが可能になります。このようなことから、結晶構造解析を用いてタンパク質の原子レベルでの機能発現原理を調べ,その情報を基に更なる分子レベルでの解析を行うことにより、機能タンパク質の機能改変・改良にむけた基盤技術の開発を進めています。


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