担子菌による芳香族ニトロ化合物代謝機構の解明:遺棄化学兵器処理に向けた基礎的研究

担子菌芳香硝基化合物代谢机制的阐明：废弃化学武器处理的基础研究

• 批准号: 04J06807
• 负责人: 寺本 寛
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J06807/
• 关键词: 芳香族ニトロ化合物; 白色腐朽菌; プロテオーム解析; リグニン分解; 芳香族ニロロ化合物; シトクロームP450; ニトロレダクターゼ; 中国遺棄化学兵器

昨年度までの研究により芳香族ニトロ化合物の分解は低窒素源濃度にて促進されることが示された。つまり、各培養条件における担子菌の細胞応答機構の解明は、実プロセスに向けて重要な基礎データの獲得につながると考えられた。Phanerochaete chrysosporiumをKirk液体培地(HCHN;28mMグルコース,24mM,N,HCLN;28mMグルコース,2.4mM,N)にて培養した。N源として、酒石酸アンモニウム等(計5種)を用いた。各条件下で4日間培養後、調製した細胞外タンパク質を二次元電気泳動に供したところ、発現パターンが大きく異なった。MALDI-TOF-MS解析で得たペプチドフィンガープリントを用いて、P.chrysosporium in silico protein databaseに対してMASCOT検索することでタンパク質を同定した。LN下では、マンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼや細胞外過酸化水素供給系と考えられているglyoxal oxidase、aryl-alcohol oxidase等が同定された。またN源によらず、全てのLN条件下にてリグニン分解酵素の誘導が確認された。HN下では、有機酸およびアミノ酸代謝に関わる酵素や糖質代謝関連酵素等、LNでは発現していないスポットが数多く検出された。HN下で共通して発現量の高いスポットとしてendo-β-1,3(4)-glucanase、exo-β-1,3-glucanaseが同定された。担子菌細胞壁および細胞外マトリックスはβ-1,3-glucanを主成分とするため、これらの酵素は細胞外マトリックス(グルカン層)の代謝に関わったと予想された。一方で、細胞内タンパク質のプロテオーム解析により、LNとHN条件間で代謝システムが大きく異なることが判明した。LN条件下では、窒素源の再利用や窒素同化に関わる酵素が数多く誘導された。さらに、1,4-benzoquinone reductaseに代表される芳香族化合物代謝酵素、解糖系、TCA回路およびペントースリン酸回路に関わる酵素の多くがLN条件下にて発現誘導を受けた。つまり、P.chrysosporiumはLN条件(リグニン分解条件)において、リグニン分解酵素だけでなく、リグニン分解産物である芳香族化合物の代謝に適した代謝システムを活性化させることで、効率的にリグニン分解を行うことが明らかになった。

直到去年的研究表明，在低氮源浓度下促进了芳族硝基化合物的分解。换句话说，人们认为在每种培养条件下阐明基本霉素的细胞反应机制将导致对实际过程获取重要的基本数据。 phanerochaete chrysosporium培养在Kirk液体培养基（HCHN； 28 mm葡萄糖，24 mm，N，HCLN； 28 mm葡萄糖，2.4 mm，N）中。豆酸铵等（总共五种类型）用作N。在每种条件下培养4天后，制备的细胞外蛋白进行二维电泳，表达模式差异很大。通过使用MALDI-TOF-MS分析获得的肽指纹识别，通过针对硅蛋白数据库中针对Chrysosporium的P. chrysosporium进行吉祥物搜索来鉴定蛋白质。在LN下，鉴定了锰过氧化物酶，木质素过氧化物酶和乙醇氧化酶，芳基酒精氧化酶（被认为是细胞外氢过氧化酶供应系统）被鉴定出来。此外，无论n个来源如何，在所有LN条件下都证实了木质素降解酶的诱导。在HN下，检测到LN中未表达的许多斑点，例如参与有机酸和氨基酸代谢的酶以及与碳水化合物代谢有关的酶。内to-β-1,3（4） - 葡萄糖酶和exo-β-1,3-葡聚糖酶被鉴定为在HN下具有共同表达水平的斑点。由于基础菌细胞壁和细胞外基质主要由β-1,3-葡聚糖组成，因此这些酶有望参与细胞外基质（葡萄糖层）的代谢。另一方面，对细胞内蛋白质的蛋白质组学分析表明，LN和HN条件之间的代谢系统在明显不同。在LN条件下，诱导了许多参与氮源和同化的酶。此外，在LN条件下诱导了许多芳香族化合物代谢酶，例如1,4-苯二醌还原酶，参与糖酵解，TCA循环和五磷酸五磷酸五磷酸五磷酸五循环的酶。换句话说，已经揭示了Chrysosporium P. chrysosporium不仅激活木质素降解酶，还可以在LN条件下激活适合芳香族化合物代谢的代谢系统（木质素降解产物）来有效分解木质素（木质素降解条件）。

项目成果

Degradation of 4-nitrophenol by the lignin-degrading basidiomycete Phanerochaete chrysosporium

• DOI: 10.1007/s00253-004-1637-z
• 发表时间: 2004-09
• 期刊: Applied Microbiology and Biotechnology
• 影响因子: 5
• 作者: H. Teramoto;Hiroo Tanaka;H. Wariishi