細菌細胞が非分裂条件下で生きのびる機構とエネルギーの関係

细菌细胞在非分裂条件下的生存机制及能量之间的关系

• 批准号: 11J06231
• 负责人: 菅野 菜々子
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06231/
• 关键词: 非分裂条件; 栄養源飢餓生残; 光合成細菌; 代謝動態; 遺伝子発現; メタボローム; トランスクリプトーム; 細胞膜脂肪酸組成; 飢餓生残; ストレス応答

【研究目的】細菌は自然生態系の中で分解者・生産者という重要な役割を担っている。自然環境中では栄養資源の量が変動するため、栄養源が豊富な時には細菌は分裂増殖し、それ以外の期間は分裂しない状態で生きのびていると考えられる。しかし非分裂条件下で、細菌細胞が生きのびるために必要なエネルギー量や何にエネルギーを使用しているのかの詳細はよくわかっていない。本研究では細菌の非分裂条件下での生存機構をエネルギー(ATP)との関係から明らかにするために、光エネルギーからATPを獲得できる光合成細菌を利用して非分裂条件下でATPを消費している生理活性とATP維持に関わる細胞状態を特定する。【平成25年度研究計画】25年度は、これまでの研究で紅色光合成細菌の中でも非分裂条件下・暗条件および浸透圧・熱ストレス条件下で生存性が高いことがわかっているRhodopseudomonas palustris CGA009株を材料として、非分裂条件下・生子性の異なる細胞の網羅的転写角析、非分裂条件移行過程における代謝動態、非分裂条件下でのATP生産能力解析を行った。【25年度研究成果】非分裂条件下でのATP生産能力解析から、非分裂条件下では光の有無にかかわらず光合成によるエネルギー獲得能力を維持しており、非分裂条件下で生き残るために光合成をエネルギー源として頼りにしている可能性が示唆された。暗条件でも他の細菌種に比べて生存性の高かったR. palustrisでは非分裂条件下での代謝・転写状態はエネルギー供給量によって大きく異なり、エネルギー供給のあるときはタンパク質回転が積極的に行われていると示唆された。一方でエネルギー供給量が制限される条件では供給量の高いときとは異なる代謝・転写状態であり、非分裂条件を生きのびるための生存機構は細胞内のエネルギー量によって異なる可能性が示された。

[研究目的]细菌在自然生态系统中作为分解者和生产者发挥着重要作用。由于自然环境中营养资源的数量存在波动，因此认为细菌在营养来源丰富时分裂和增殖，而在其他时期不分裂而生存。然而，细菌细胞在非分裂条件下生存需要多少能量以及它们如何利用这些能量的细节尚不清楚。在本研究中，为了从与能量（ATP）的关系来阐明非分裂条件下细菌的生存机制，我们利用能够从光能中获取ATP和在非分裂条件下消耗ATP的光合细菌进行生理鉴定。参与 ATP 维持的活动和细胞状态。 [2013财年研究计划] 2013财年，我们将重点关注沼泽红假单胞菌CGA009菌株，该菌株在之前的研究中已被证明在紫色光合细菌中在非分裂条件、黑暗条件以及渗透和热应激条件下具有高存活率。以此为材料，我们对非分裂条件下不同生物状态的细胞进行了全面的转录分析，向非分裂条件过渡期间的代谢动态，以及非分裂条件下ATP产生能力的分析。 【2015财年研究成果】对非分裂条件下ATP生产能力的分析表明，在非分裂条件下，无论有无光，通过光合作用获取能量的能力都得以维持，并且在非分裂条件下生存需要光合作用。有人建议可以将它们作为能源来源。即使在黑暗条件下，沼泽红菌也比其他细菌物种具有更高的存活率，在非分裂条件下的代谢和转录状态根据能量供应量的不同而变化很大，并且当供应能量时，蛋白质周转活跃有人建议进行。另一方面，在能量供应有限的条件下，代谢和转录状态与供应高时不同，这表明在非分裂条件下生存的生存机制可能会根据细胞内能量的多少而有所不同。

项目成果

Metabolomic analysis of purple photosynthetic bacteria under carbon starvation conditions

碳饥饿条件下紫色光合细菌的代谢组学分析

• 发表时间: 2014
• 作者: Nanako Kanno

紅色光合成細菌の飢餓生残に関わる光照射効果の網羅的転写解析

光照射对紫色光合细菌饥饿存活影响的综合转录分析

• 发表时间: 2013
• 作者: 菅野菜々子

Metabolic characteristics of the effect of light on the survivability of purple photosynthetic bacteria under carbon starvation conditions

碳饥饿条件下光对紫色光合细菌存活率影响的代谢特征

• 发表时间: 2012
• 作者: 菅野菜々子

紅色光合成細菌Rhodopseudomonas palustrisは飢餓・暗条件でも生残性が高い

紫色光合细菌沼泽红假单胞菌即使在饥饿和黑暗条件下也具有很高的存活率。

• 发表时间: 2011
• 作者: 菅野菜々子

Species-dependent difference of survivability under carbon starvation conditions in purple photosynthetic bacteria

紫色光合细菌在碳饥饿条件下生存能力的物种依赖性差异

• 发表时间: 2011
• 作者: 菅野菜々子