枯草菌のべん毛モーター固定子の細胞内局在性の解明とモータートルク特性の解析

枯草芽孢杆菌鞭毛运动定子细胞内定位的阐明及运动扭矩特性分析

• 批准号: 07J05798
• 负责人: 寺原 直矢
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Toyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J05798/
• 关键词: べん毛モーター; 1分子計測; 蛍光タンパク質; トルク; 枯草菌

細菌は、らせん状のべん毛繊維を根元にあるモーターによって回転させ、様々な環境を移動する。べん毛モーターは回転子と固定子からなり、回転に必要な駆動力は、イオンチャネルである固定子にH^+もしくはNa^+が流入することで発生する。多くの細菌では、H^+型もしくはNa^+型のどちらか1種類の固定子しか持たないため、べん毛の駆動には1種類の固定子が機能していると考えられていた。しかし、これまで我々は、枯草菌ではH^+型とNa^+型の2種類の固定子が発現し、べん毛の駆動力発生に寄与していることを明らかにした。このような場合、2種類の固定子は実際にどのようにべん毛モーター部位に組み込まれ、駆動力を発生しているのかまだ明らかにされていない。そこで本研究は、枯草菌のべん毛モーター固定子MotABとMotPSの細胞内局在性を調べ、モーターが生み出すトルクの測定を行った。まず、MotABとMotPSの細胞内局在性を調べるために、蛍光タンパク質を用いた蛍光バイオイメージング法を試みた。蛍光顕微鏡を用いて菌体を観察したところ、MotABとMotPSが1つの同じモーターに組み込まれている可能性が高いことが示唆された。さらにモーター1分子のトルクを解析する方法として、ビーズアッセイ法を試みた。ビーズアッセイ法とは、スライドガラス上に菌体を接着させ、1本のべん毛に直径1μm前後のポリスチレン製ビーズを付着させ、べん毛の回転をビーズの回転として観察する方法で、トルクの算出に適した方法である。計測の結果、枯草菌の野生株において、MotABとMotPSが1つのモーターに組み込まれ、トルクを発生している可能性が強く示唆された。これまでに生物が持つ様々なモーターにおいて、2つの異なるエネルギーを同時に使用したモーターに関する研究例はなく、今後、モーターの回転機構の解明の大きな一歩として期待される。

细菌利用螺旋鞭毛纤维在各种环境中移动，这些螺旋鞭毛纤维由其底部的电机旋转。鞭毛电机由转子和定子组成，旋转所需的驱动力是由H^+或Na^+流入定子产生的，定子是离子通道。许多细菌只有一种类型的定子，要么是H^+型，要么是Na^+型，因此人们认为只有一种类型的定子具有驱动鞭毛的功能。然而，到目前为止，我们已经发现枯草芽孢杆菌表达两种类型的定子，H^+型和Na^+型，这有助于鞭毛驱动力的产生。在这种情况下，目前尚不清楚这两种类型的定子实际上是如何融入鞭毛运动区域并产生驱动力的。因此，在本研究中，我们研究了枯草芽孢杆菌鞭毛电机定子MotAB和MotPS的细胞内定位，并测量了电机产生的扭矩。首先，为了研究 MotAB 和 MotPS 的细胞内定位，我们尝试了使用荧光蛋白的荧光生物成像方法。使用荧光显微镜对细菌细胞的观察表明，MotAB 和 MotPS 可能整合到同一电机中。此外，我们尝试了一种珠子测定方法来分析单个电机分子的扭矩。珠测定法是将细菌细胞粘附在载玻片上，在各鞭毛上附着直径1μm左右的聚苯乙烯珠，随着珠的旋转而观察鞭毛的旋转的方法，该方法适用于计算扭矩。测量结果强烈表明，在枯草芽孢杆菌的野生菌株中，MotAB和MotPS被集成到一台电机中以产生扭矩。迄今为止，在生物体内发现的各种电机中，还没有对同时使用两种不同能量的电机进行研究，这有望成为阐明电机旋转机制的重要一步。

项目成果

枯草菌のべん毛モーターは2種類のエネルギーを利用できるハイブリッドモーター

枯草芽孢杆菌的鞭毛马达是一种混合马达，可以使用两种类型的能量。

• 发表时间: 2007
• 作者: Oikawa;M.;Smyth;J. M.;& Sliwinski;M.;及川昌典・及川晴・橋本絵美;及川昌典;及川昌典;及川昌典;及川昌典;及川昌典;及川昌典・及川晴・北村英哉(監訳);及川昌典;及川昌典;及川昌典;及川昌典;Mio Nonaka;Natsumi Ageta-Ishihara;井上昌俊;奥野浩行;Kawashima Takashi;尾藤 晴彦;Takemoto-Kimura S;Kiyonaka S;上田(石原)奈津実;安達-森島亜希;竹本-木村さやか;竹本-木村さやか;Okuno H;Ageta-Ishihara N;上田(石原)奈津実;Ageta-Ishihara N;Ageta-Ishihara Natsumi;上田(石原)奈津実;竹本 さやか;Ageta-Ishihara Natsumi;野中 美応;寺原 直矢
• 通讯作者: 寺原 直矢