合成生物工学研究グループ
トピックス

リボソーマルRNAの抗生物質耐性変異を解析する技術の開発

- 耐性菌の早期発見に有用な耐性変異データベース構築に向けて - (2018/4/3 論文発表・プレス発表)

 国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)生物プロセス研究部門【研究部門長 田村 具博】合成生物工学研究グループ 宮崎 健太郎 研究グループ長は、北海道大学【総長 名和 豊春】大学院理学研究院 北原 圭 特任助教らの協力を得て、環境バクテリアの16SリボソーマルRNA(16S rRNA)遺伝子ライブラリーの中から、淋菌感染症治療に用いられる抗生物質のスペクチノマイシンに対して耐性を示す16S rRNA遺伝子を複数発見した。さらに、耐性遺伝子の変異解析の結果、新たな耐性変異を発見した。 rRNAは抗生物質の主要なターゲットの一つであり、rRNAに耐性変異が生じると、抗生物質が効かなくなる。このため、耐性変異の情報は耐性菌の早期発見に有用であるが、これまでrRNAの耐性変異の同定は困難で、耐性変異に関する情報は十分に蓄積されていなかった。今回、大腸菌を宿主として異種バクテリア由来の16S rRNAを機能解析する産総研独自の技術が、抗生物質耐性の検証に適用できることが分かった。この技術により、環境中のバクテリア由来の16S rRNA遺伝子から4種の耐性遺伝子を同定し、それらの遺伝子の変異解析により新たにスペクチノマイシンに対する3つの耐性変異を発見した。今回の方法をさまざまな抗生物質の耐性変異の検証に適用することで、耐性菌の発見・診断に有用な、耐性変異のデータベース構築が期待される。 なお、この研究の詳細は、2018年4月3日(英国時間)に英国科学雑誌Scientific Reportsにオンライン掲載される。

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系統ネットワーク解析による16S rRNA遺伝子の組換え進化の発見

論文発表 (2017/10/30)

 当研究室の元博士課程学生、佐藤允治さんの論文が発表されました。16S rRNAが自然界で(頻繁に)水平伝播していることを示した論文です。組換えを想定した遺伝子の進化史を解析する上で、二分岐型系統樹をモデルとした一般的な解析法は不適当であり、「系統ネットワーク解析」という手法を使って解析したところがポイントです。

 Phylogenetic Network Analysis Revealed the Occurrence of Horizontal Gene Transfer of 16S rRNA in the Genus Enterobacter. FRONT MICROBIOL. 2017 Nov 16;8:2225. doi: 10.3389/fmicb.2017.02225. eCollection 2017

 

進化系統分類の指標となる16S rRNA遺伝子の進化的な中立性を実験的に証明

-指標としての適性を検討するための重要な事実も同時に発見- (2017/8/30 論文発表・プレス発表)

 国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)生物プロセス研究部門【研究部門長 田村 具博】合成生物工学研究グループ 宮崎 健太郎 研究グループ長(東京大学大学院新領域創成科学研究科 客員教授)は、佃 美雪 元産総研技術研修員(兼)元東京大学大学院新領域創成科学研究科博士課程学生(現:花王株式会社安全性科学研究所)、北海道大学【総長 名和 豊春】大学院理学研究院 北原 圭 特任助教らの協力を得て、バクテリア系統分類の最上位である門レベルで相異なる2種のバクテリアのリボソームに含まれる16SリボソーマルRNA(rRNA)の比較機能解析を行い、16S rRNA遺伝子間の配列の違いの大半が機能に大きな影響を及ぼさないことを発見し、16S rRNA遺伝子が中立進化していることを証明した。  この成果は、この遺伝子が進化系統解析に用いられる分子時計の基本的要件である「進化的な中立性」を満たしていることを、世界で初めて実験的に示したものである。解析結果から、リボソームの進化においては生物種に特異的な塩基配列の変異の大半は、リボソームの機能には影響を及ぼさないことが示唆された。一方、この事実は、生物種間での16S rRNAの組み換えが比較的自在であるということを示唆しており、分子時計としての16S rRNA遺伝子の適性を検討する上での重要な知見として活用されることが期待される。  この研究の詳細は、2017年8月30日(英国時間)に英国科学雑誌Scientific Reportsにオンライン掲載される。

ポスター賞受賞

Biosystems Design 2.0 (2016/3/22)

 当研究室のD3佃美雪さんがシンガポールで開催された合成生物関係の国際集会 Biosystems Design 2.0にて、Poster賞(Award Merit)を受賞しました。

 演題:RINSPEX technique for Escherichia coli strain engineering。

 
  • Biosystems Design 2.0
  • 生物種を越えた16S rRNA遺伝子の機能相補性を確認

    ―バクテリアの系統分類学の根本に疑問をなげかける― (2012/10/30 論文発表・プレス発表)

     リボソームは3種類のRNAと57種類のタンパク質から成る超分子複合体で、翻訳機能を担っている。その生理的役割の重要性と立体構造の複雑性から、進化的に極めて変異しにくい分子と考えられてきた。特にリボソーム30Sサブユニットに含まれる16S rRNAは、生物種固有の遺伝子としてバクテリアの系統分類学の指標となっている。今回、大腸菌の16S rRNA遺伝子欠損株に異種生物16S rRNAを導入して生育相補試験を行い、綱レベルで異なる遠縁の生物の16S rRNAであっても大腸菌内で機能することを実証した。この結果は、生物種固有であると考えられてきた16S rRNA遺伝子が種を超えて水平伝播しうる可能性を示唆し、従来の微生物の系統分類学の根本に疑問を投げかけるものである。

    リボソームの非翻訳機能の発見

    −リボヌクレアーゼT2の阻害−(2011/11/13 論文発表・プレス発表)

     リボソームはDNAからRNAに転写された遺伝情報をタンパク質へと翻訳する役割を担う。一方、RNase T2は細胞外RNAの侵入阻止や栄養の取り込みなどに関わっている。大腸菌ではRNase T2はペリプラズム層に存在しており細胞質内のRNAとは隔絶されているが、培養定常期やストレス条件下で細胞内膜に損傷が起きるとはRNase T2が細胞内に流入し、自己のRNAが分解される恐れがある。このため、細胞内にはRNase T2からRNAを守る仕組みが必要であるが、この仕組みが不明であった。一方、RNase T2を大腸菌から精製すると、リボソームと結合した不活性体として単離されることが以前から知られていた。しかし、複合体形成の生理的意義や翻訳機能との関わり、相互作用の様式などについては不明であった。今回、われわれは、16S rRNAの変異解析を通じ、相互作用・阻害の決定部位がリボソーム30Sサブユニット中の16S rRNAに存在すること、RNase T2と結合することで細胞内の自己RNAの分解を防ぐことを発見した。

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