金属資源回収と有害金属除去に有用なＳｈｅｗａｎｅｌｌａ属低温菌の金属代謝機構解析

希瓦氏菌属耐冷菌金属代谢机制分析，用于金属资源回收和有毒金属去除

• 批准号: 14J04852
• 负责人: 大毛 淑恵
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04852/
• 关键词: バイオテクノロジー; 金属代謝; 微生物; 環境浄化; 金属呼吸

1)PhoE はグラム陰性細菌に高度に保存される外膜ポーリンタンパク質である。大腸菌の PhoE は、正電荷アミノ酸が局在する親水的な筒型構造を生体膜上で形成することで、リン酸を特異的に取り込む輸送体と考えられている。Shewanella livingstonensis Ac10(Ac10) の PhoE のタンパク質立体構造予測から、正電荷アミノ酸がポーリン孔内に存在する可能性が示されたので、PhoE を介した三価鉄取り込み機構の存在が示唆された。Ac10 PhoE の C 末端に存在する 313 番目のリジン残基 (Lys313) に変異導入した PhoE を phoE 遺伝子欠損株 (ΔphoE) で発現させても鉄呼吸能は回復しなかった。Ac10 PhoE モノクローナル抗体によるウエスタンブロッティングの結果、phoE Lys313 変異導入株のバンド強度は野生株、phoE 相補株に比べ、低下していたものの、本菌の鉄呼吸能を顕著に回復しないことを説明出来るほどではなかった。。2)細菌の鉄輸送は、外膜輸送系 TonB や内膜輸送系 ExbD で構成される TonB 依存型輸送体によって制御されている。Ac10 の鉄呼吸における TonB 依存性輸送体の生理機能を解析するため、tonB とexbD 遺伝子欠損株をそれぞれ作製し、クエン酸鉄 (III) 存在下での生育能と二価鉄生成量を解析したが、これらの遺伝子破壊株は、野生株と同様に生育した。一方で、近縁の常温菌 Shewanella oneidensis MR-1(MR-1) では tonB と exbD 遺伝子欠損株は野生株に比べて鉄還元能が低下し、phoE 遺伝子欠損株は野生株と同様に生育した。以上の結果から Ac10 と MR-1 の鉄呼吸において、異なる鉄輸送機構が存在することが示唆された。

1) PhoE是一种外膜孔蛋白，在革兰氏阴性菌中高度保守。大肠杆菌的 PhoE 被认为是一种转运蛋白，通过在生物膜上形成亲水性圆柱形结构（其中定位有带正电荷的氨基酸）来特异性摄取磷酸盐。对希瓦氏菌 Ac10 (Ac10) 的 PhoE 蛋白质结构的预测表明，孔蛋白孔内可能存在带正电荷的氨基酸，这表明存在 PhoE 介导的三价铁摄取机制。即使当Ac10 PhoE的C末端的第313位赖氨酸残基(Lys313)发生突变的PhoE在phoE基因缺陷株(ΔphoE)中表达时，铁呼吸能力也没有恢复。使用Ac10 PhoE单克隆抗体进行Western blotting结果显示，phoE Lys313突变株的条带强度低于野生株和phoE互补株，但这足以说明该细菌的铁呼吸能力并没有显着恢复。 。 2）细菌铁转运受TonB依赖性转运蛋白控制，该转运蛋白由外膜转运系统TonB和内膜转运系统ExbD组成。为了分析 Ac10 中铁呼吸中 TonB 依赖性转运蛋白的生理功能，我们生成了 tonB 和 exbD 基因缺陷菌株，并分析了它们在柠檬酸铁 (III) 存在下的生长能力以及产生的二价铁的量。 ，这些基因破坏的菌株的生长与野生菌株相似。另一方面，在密切相关的嗜热细菌希瓦氏菌oneidensis MR-1（MR-1）中，tonB和exbD基因缺陷菌株与野生菌株相比铁还原能力降低，而phoE基因缺陷菌株生长与野生株相似。这些结果表明 Ac10 和 MR-1 铁呼吸中存在不同的铁转运机制。