Lumichrome biodegradation mechanism in Rhodococcus sp. LC-2.

红球菌属中的发光色素生物降解机制。

基本信息

批准号：
21K05357
负责人：
土肥裕希
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05357/
关键词：
ルミクロム放線菌代謝プラスミドビタミントランスポゾン

项目摘要

リボフラビンは植物や微生物によって生産される水溶性ビタミンであり、自然界に広く存在する。生体から自然環境中に放出されたリボフラビンは光分解などを受けて容易にルミクロムとなるが、生じたルミクロムの環境動態は明らかにされていない。本研究では、ルミクロム分解能を有する放線菌Rhodococcus sp. LC-2株のルミクロム分解機構を解明することで、環境中におけるルミクロムの微生物分解経路を明らかにすることを目的としている。ルミクロム存在下で転写量が大きく上方制御された遺伝子クラスターにおいて、ルミクロムの分解代謝への関与が示唆された酵素タンパク質をコードした7つの遺伝子の遺伝子破壊株の作製にそれぞれ成功した。これら遺伝子破壊株のほとんどはルミクロム分解能を失ったことから、これらの遺伝子クラスターにコードされた酵素タンパク質がルミクロム分解に関与していることが明らかになった。LC-2株の全ゲノムDNA配列を明らかにした結果、上述の遺伝子クラスターは本菌株が有する線状プラスミドにコードされていたことが示された。このことは、LC-2株のルミクロム分解能がプラスミドによって後天的に獲得されたことを示唆しており、Rhodococcus属にルミクロム分解能が保存されていないという結果と一致した。LC-2株のルミクロム分解産物をHPLCおよびLC/MSによって解析した結果、ルミクロムの水酸化物と思われる化合物（分子量＋16）が新たに検出された。さらに、当該化合物の分解産物を思われる化合物も検出されていることから、ルミクロム分解は水酸化反応を経て分解代謝されていく可能性を新たに見出した。

核黄素是一种由植物和微生物产生的水溶性维生素，广泛存在于自然界中。从生物体释放到自然环境中的核黄素很容易通过光解作用变成发光色素，但形成的发光色素的环境动力学尚未阐明。本研究的目的是通过阐明具有降解 Lumichrome 能力的放线菌红球菌 LC-2 菌株的 Lumichrome 分解机制，阐明环境中 Lumichrome 的微生物分解途径。在 Lumichrome 存在下转录水平显着上调的基因簇中，我们成功地创建了七个编码酶蛋白的基因的基因破坏菌株，这些酶蛋白被认为参与 Lumichrome 的分解和代谢。大多数这些基因破坏的菌株失去了降解发光色素的能力，表明这些基因簇编码的酶蛋白参与了发光色素的降解。 LC-2菌株的全基因组DNA序列被揭示，表明上述基因簇是由该菌株所拥有的线性质粒编码的。这表明LC-2菌株的发光色素降解能力是通过质粒获得的，并且与红球菌属中不保守发光色素降解能力的结果一致。对LC-2菌株的Lumichrome分解产物进行HPLC和LC/MS分析，结果检测到被认为是Lumichrome氢氧化物的新化合物(分子量+16)。此外，由于还检测到了似乎是该化合物的分解产物的化合物，因此我们新发现了发光色素分解通过羟基化反应而被代谢的可能性。