Thermus属細菌によるバイオシリカ形成機構の解明

阐明栖热菌形成生物二氧化硅的机制

基本信息

批准号：
09J01690
负责人：
藤野泰寛
金额：
$ 0.45万
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：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J01690/
关键词：
Thermus biosilica ABC transporter

项目摘要

本研究は、シリカスケールを基に高度好熱菌によるbiosilicificationの分子機構を無機化学、微生物学の両面から解明することを目的とした。まず、シリカスケール中の優占株であるThermus thermophilus TMYは400ppm以上の過飽和条件下でのみシリカ沈殿を生じ、同条件下で特異的タンパク質の生産が認められた。本タンパク質はシリカ誘導性タンパク質(Sip)と命名した。Sipをコードする遺伝子およびその周辺領域の塩基配列を決定した結果、Sipは鉄結合性ABCトランスポーターのsolute-binding proteinと高い相同性を示した。次いでsip遺伝子の転写開始点を決定し、プロモーター部位を推定した。次に、過飽和シリカ添加培地および鉄除去培地中でそれぞれ培養した菌体からmRNAを精製し、ノーザンハイブリダイゼーション及びqRT-PCRを行ったところ、sipはモノシストロニックに転写され、両条件で著しい転写誘導が認められた。このことから、sipの発現は、溶在するコロイド状シリカ表面に鉄イオンが吸着して生じる鉄欠乏を端緒とすることが示唆された。また、Sipの機能を解析するため、大腸菌内での大量発現系を構築した。sipを保持する組換え大腸菌は、過飽和シリカ存在下でシリカ沈殿を生じ、Sipがシリカ沈殿に直接関与することが明示された。上記の結果から、Thermus属細菌のbiosilicification機構を次のように推察した。即ち、過飽和シリカの存在又はそれに由来する鉄飢餓を端緒とし、迅速にsipが転写誘導され、細胞表層にSipが著量生産される。Sipにより細胞表層への鉄の集積が促進され、シリカの吸着サイトとして機能する。即ち、Thermus属細胞は鉄イオンを含む金属陽イオンを能動的に凝集しシリカ沈殿を促進する。

这项研究旨在根据无机化学和微生物学的二氧化硅量表来阐明高度嗜热细菌的生物启用性分子机制。首先，热嗜热TMY是二氧化硅尺度上的主要应变，仅在400 ppm或更多的过饱和条件下产生二氧化硅沉淀，并且在相同条件下观察到了特异性蛋白质的产生。该蛋白被指定为二氧化硅诱导蛋白（SIP）。编码SIP及其周围区域的基因的核苷酸序列表明，SIP与铁结合蛋白（一种可溶性结合蛋白）高度同源。然后确定SIP基因的转录起源，并估计启动子位点。接下来，从在过饱和硅胶培养基中培养的细胞和脱皮培养基中纯化mRNA，并进行北部杂交和QRT-PCR，并单次分发进行SIP，并在两种条件下都观察到显着的转录诱导。这表明SIP的表达是由铁离子在其溶解的胶体二氧化硅表面的吸附引起的。另外，为了分析SIP的功能，在大肠杆菌中构建了一个大规模的表达系统。保留SIP的重组大肠杆菌在过饱和二氧化硅存在下产生二氧化硅沉淀，表明SIP直接参与二氧化硅沉淀。从上述结果中，推断出热属细菌的生物启发机制如下。也就是说，SIP是由于存在于其的过饱和二氧化硅或铁饥饿而迅速诱导的，并且在细胞表面显着产生SIP。 SIP促进铁在细胞表面的积累，并作为二氧化硅的吸附位点起作用。也就是说，热属细胞主动聚集了含铁离子以促进二氧化硅沉淀的金属阳离子。