細菌細胞表層の動的構造-体腔形成と分子・情報輸送-

细菌细胞表面的动态结构-体腔形成与分子和信息传输-

基本信息

批准号：
09876026
负责人：
村田幸作
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

土壌分離細菌SPhingomonas sp.A1は、高分子多糖アルギン酸を炭素源として利用する。しかし、アルギン酸は菌体外に存在するが、本菌の低分子化酵素アルギン酸リアーゼは細胞質に局在している。アルギン酸リアーゼ以外に、アルギン酸低分子化酵素は存在しない。従って、この多糖は高分子のまま細胞内に取り込まれ、細胞内で低分子化されると考えられた。そこで、細胞表層とその超薄切片について「取り込みの分子装置」を検索した結果、細胞表層に巨大な体腔の形成を認め、超薄切片には細胞膜が細胞質に陥入した明瞭な部位の存在を確認した。さらに、体腔には多糖が濃縮されて存在し、体腔は細胞外の高分子物質の存否に依存して開閉することを明らかにした。具体的には、高分子多糖存在下で培養した細菌細胞の表層をムコ多糖染色すると、体腔に相当する部位が強く染色される。酵母エキス生育菌では染色されない。体腔のない酵母エキス生育菌をアルギン酸培地に移すと体腔が形成される。体腔形成細胞を、酵母エキス培地に戻すと体腔は消失する。これらの事実から、体腔が高分子物質(多糖)の輸送装置であることを確認した。低分子物質の細胞内取り込み機構は、単純拡散やエネルギー駆動(モーター)ポンプ、或いは、ボーリンゲートなどを対象に広く研究されている。細胞内で合成された高分子物質の分泌機構の研究も、世界中で行われている。しかし、高分子物質の取り込み機構に関する研究は類例がなく、本研究によって、微生物における高分子取り込み機構の存在を始めて証明した。また、高分子取り込み変異株を利用して取り込みに関わる遺伝子を分離し、体腔形成の機構とその発現制御機構、並びに体腔形成の情報伝達機構を検討する基礎を確立した。

土壤分离细菌 SPingomonas sp.A1 使用高分子量多糖海藻酸作为碳源。然而，虽然藻酸存在于细菌体外，但藻酸裂解酶（一种将分子转化为小分子的酶）却位于细胞质中。除藻酸盐裂解酶外，没有藻酸盐聚合酶。因此，认为该多糖以高分子量进入细胞内，并在细胞内转化为低分子量分子。因此，我们在细胞表层及其超薄切片上寻找“摄取的分子装置”，结果发现细胞表层形成了一个巨大的体腔，并且存在一个清晰的区域，可以容纳细胞。在超薄切片中证实膜内陷到细胞质中。此外，还揭示了多糖类浓缩在体腔内，并且体腔根据细胞外聚合物的存在或不存在而打开和关闭。具体地，当在聚合多糖存在下培养的细菌细胞的表面层被粘多糖染色时，对应于体腔的区域被强烈染色。酵母提取物培养的细菌不会染色。当将酵母提取物培养的没有体腔的细菌转移到藻酸盐培养基中时，形成体腔。当体腔形成细胞返回到酵母提取物培养基中时，体腔消失。这些事实证实体腔是聚合物质（多糖）的运输装置。使用简单扩散、能量驱动（电机）泵、Ballingate 等对低分子物质的细胞摄取机制进行了广泛的研究。世界各地也在进行细胞内合成的大分子物质的分泌机制的研究。然而，对高分子物质摄取机制的研究是前所未有的，该研究首次证明了微生物中存在大分子摄取机制。我们还利用聚合物摄取突变体分离了参与摄取的基因，为研究体腔形成机制、其表达控制机制以及体腔形成的信息传递机制奠定了基础。