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人間はまだ、大腸菌のような単純な生物についてでさえ、細胞内で起きていること全部は理解できていません。また光合成をする生物の中で原型とも言えるらん藻(シアノバクテリア)のいろいろな仕組みについても、解明できていないことがたくさんあります。バクテリアを材料にして「増殖、生存」、「細胞分化」という生命の普遍的なプロセスを分子レベルでとことん理解することを目標に、様々な遺伝子について研究しています。
教 員
教 授 加藤 潤一 e-mail
准教授 得平 茂樹 e-mail
助 教 古屋 伸久 e-mail
大腸菌最小必須遺伝子群の同定と機能未知必須遺伝子群、生存に重要な遺伝子群の機能解析
細胞増殖に最低限必須な全ての遺伝情報を同定するために、我々は染色体の比較的長い領域にわたる欠失変異株を系統的網羅的に作製しました。このような欠失変異を利用することによって、小さな必須遺伝子や、遺伝子をコードしない必須な染色体領域などをも含めた形で、全ての必須遺伝情報を同定できるのです。我々はこれまでに複製起点を除く染色体全領域について、必須遺伝子はプラスミドによって相補させた形で染色体広域欠失変異を作製し、その過程でいくつかの新しい必須遺伝子を見つけました。また欠失変異を組み合わせて、染色体の大きさを30%以上も小さくすることにも成功しました。このように大規模に染色体を改変した生物の作製は、世界で初めての例です。最終的には必須遺伝子群だけを持つ、"ミニ大腸菌"を、作ってみたいと思っています。
 さらに生きていくのに必須な遺伝子群を見つけるだけでなく、それらの細胞内での機能を全て明らかにしたいと思っています。そのために我々はまず遺伝学的な方法を使っています。必須遺伝子のミュータント(高温感受性変異株)を単離し、高温で培養した時の表現型を調べると、その遺伝子の機能に関するヒントが得られることがあります。またサプレッサーミュータント(抑圧変異株)を単離することによって、機能的に関連する他の遺伝子を見つけられることがあります。これらを手がかりに、生化学的、分子生物学的な方法によって、機能を具体的に明らかにしていきます。我々は特に染色体の複製、分配、細胞分裂の機構に興味を持っており、これまでにトポイソメラーゼIV、Hdaタンパク質など重要な因子を発見してきました。最近はこれまで難しくて解析が困難だった、定常期の生存に重要な遺伝子群、バイパスのある生育に必須な過程に重要な遺伝子群などにも取り組み、たくさんの興味深い知見を得ています。
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大腸菌における光合成機能の再構成
近年遺伝子組換え技術を利用して、これまでになかった性質をもつ生物を作製する合成生物学が盛んになってきています。 我々は大腸菌に光合成細菌の遺伝子群を導入することによって「光合成をする大腸菌」を作製する試みを始めており、これまでに光合成に必須な色素であるカロテノイドやバクテリオクロロフィルの中間体を大腸菌で合成させることに成功しています。
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シアノバクテリアにおける細胞分化制御ネットワーク
シアノバクテリアは植物と同様に酸素発生型の光合成を行う原核生物です。植物のもつ葉緑体は、シアノバクテリアの細胞内共生により獲得されたと考えられています。シアノバクテリアには、光合成により二酸化炭素を炭素源として利用するだけでなく窒素固定により大気中の窒素ガスを窒素源として利用できるものもいます。数百個の細胞がつながった糸状性のシアノバクテリアは、窒素固定を行うために特殊な細胞(ヘテロシスト)を分化させます。ヘテロシストは分裂することも元の細胞へと脱分化することもできない細胞であり、原核生物では唯一知られた最終分化細胞です。また、細胞が一列につながった糸状体の中で、ヘテロシストは10〜15細胞ごとに1個の間隔で分化するという空間パターンを形成します。分化細胞や空間パターンがどのように形成されるのか、その分子メカニズムを研究しています。また、シアノバクテリアのもつ光合成能力を活かし、太陽エネルギーを利用して水と二酸化炭素からバイオ燃料を作る研究も行っています。
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プラスミドの接合伝達機構の解析
バクテリアではある種のプラスミドの働きにより、一つの菌株の染色体の遺伝情報が他の菌株に伝達されることがあります。これを接合伝達と言います。我々はR64プラスミドを用いて、特にこの接合伝達が起こる際の複製機構について解析を行なっています。
最近の研究業績
  1. Kurata, T., Nakanishi, S., Hashimoto, M., Taoka, M., Yamazaki, Y., Isobe, T., and Kato, J. (2015) Novel essential gene involved in 16S rRNA processing in Escherichia coli. J Mol. Biol. 427: 955-965.
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  3. Nishimura, T., Hayashi, K., Suzuki, H., Gyohda, A., Takaoka, C., Sakaguchi, Y., Matsumoto, S., Kasahara, H., Sakai, T., Kato, J., Kamiya, Y., and Koshiba, T. (2014) Yucasin is a potent inhibitor of YUCCA, a key enzyme in auxin biosynthesis. The Plant Journal. 77: 352-366.
  4. Ehira, S., Kimura, S., Miyazaki, S., Ohmori, M. (2014) Sucrose synthesis in the nitrogen-fixing cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120 is controlled by the two-component response regulator OrrA. Appl. Environ. Microbiol. 80:5672-5679.
  5. Halimatul, H.S.M., Ehira, S., Awai, K. (2014) Fatty alcohols can complement functions of heterocyst specific glycolipids in Anabaena sp. PCC 7120. Biochem. Biophys. Res. Commun. 450:178-183.
  6. Ehira, S. and Ohmori, M. (2014) NrrA directly regulates expression of the fraF gene and antisense RNAs for fraE in the heterocyst-forming cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120. Microbiology 160:844-850.
  7. Watanabe, M., Semchonok, D.A., Webber-Birungi, M.T., Ehira, S., Kondo, K., Narikawa, R., Ohmori, M., Boekema, E.J. and Ikeuchi, M. (2014) Attachment of phycobilisomes in an antenna-photosystem I supercomplex of cyanobacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111:2512-2517.
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  13. Ehira, S., and M. Ohmori. (2012) The pknH gene restrictively expressed in heterocysts is required for diazotrophic growth in the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120. Microbiology 158:1437-1443.
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  15. Hashimoto, C., Sakaguchi, K., Taniguchi, Y., Honda, H., Oshima, T., Ogasawara, N., and Kato, J. (2011) Effects on transcription of mutations in ygjD, yeaZ, and yjeE genes involved in a universal tRNA modification in Escherichia coli. J. Bacteriol. 193: 6075-6079.
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  21. Fujisawa, T., R. Narikawa, S. Okamoto, S. Ehira, H. Yoshimura, I. Suzuki, T. Masuda, M. Mochimaru, S. Takaichi, K. Awai, M. Sekine, H. Horikawa, I. Yashiro, S. Omata, H. Takarada, Y. Katano, H. Kosugi, S. Tanikawa, K. Ohmori, N. Sato, M. Ikeuchi, N. Fujita, and M. Ohmori. (2010) Genomic structure of an economically important cyanobacterium, Arthrospira (Spirulina) platensis NIES-39. DNA Res. 17:85-103.
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©2015 Department of Biological Sciences, Tokyo Metropolitan University