極限環境光合成微生物における３重耐性化と近赤外光利用の分子戦略

嗜极光合微生物的三重抗性和利用近红外光的分子策略

• 批准号: 22K06144
• 负责人: 木村 行宏
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06144/
• 关键词: 極限環境微生物; ３重耐性; 近赤外光; Hlr. halochloris; 紅色光合成細菌; 光捕集１反応中心複合体

紅色光合成細菌は近赤外光を光電変換する光捕集・電荷分離システム（光捕集１反応中心複合体：LH1-RC）を備えており、低いエネルギーを高いエネルギーに変換するuphill型エネルギー移動により近赤外光をエネルギー源とした光ー物質変換を営んでいる。本研究では、極限環境光合成微生物Hlr. halochlorisの３重耐性（耐熱性、耐塩性、耐アルカリ性）および近赤外光利用の分子機構を明らかにするため、BChl bを集光色素とする紅色光合成細菌（Hlr. halochloris、Hlr. abdelmalekii, Blc. tepida, Blc. viridis）を比較対象として、物理化学的手法による解析ならびにCryoEMによる構造解析を組み合わせ、Hlr. halochlorisの耐熱化、耐塩化、耐アルカリ化、低エネルギー吸収特性の詳細な分子機構を明らかにすることを目的としている。具体的には、①可視近赤外分光法および示差走査熱量分析法による３重耐性の検証、②灌流誘起ATR-FTIR分光法による塩濃度およびpH依存的LH1-RC構造変化の検出、③等温滴定熱量分析(ITC)による塩濃度およびpH依存的LH1-RC相互作用変化の解析、④Cryo-EM構造解析による塩濃度およびpH依存的LH1-RC構造の解明の４つのサブテーマを遂行している。今年度は①の可視近赤外分光法による３重耐性の検証を中心的に行い、LH1-RC内部および周辺の静電荷によって３重耐性が制御されているメカニズムを提唱した。これらの成果は学術雑誌２報（The Journal of Physical Chemistry BおよびMicroorganisms）に掲載された。②では、塩濃度およびpH変化によるLH1-RCの微小な構造変化の検出にまでは至っておらず、引き続き条件検討を続けている。③については試料の大量調製およびマシンタイム確保の問題があり、次年度以降に集中的に進める予定である。④については現在、共同研究先と解析を進めている。

紫色光合细菌配备有光捕获/电荷分离系统（光捕获1反应中心复合体：LH1-RC），可将近红外光转化为电能，并利用上坡能量转移将低能转化为高能。它利用近红外光作为能源进行光-物质转换。本研究旨在阐明嗜极光合微生物Hlr. haloloris、Hlr. abdelmalekii、Blc的三重耐受性（耐热、耐盐、耐碱）和近红外光利用的分子机制。特皮达，Blc。我们的目的是通过结合物理化学方法和冷冻电镜结构分析来阐明 Hlr 的耐热性、耐盐性、耐碱性和低能量吸收特性的详细分子机制。具体来说，1) 使用可见光-近红外光谱和差示扫描量热法验证三重电阻，2) 使用灌注诱导的 ATR-FTIR 光谱检测盐浓度和 pH 依赖性 LH1-RC 结构变化，以及 3) 等温测试。滴定热我们正在开展四个子主题：（1）通过分析（ITC）分析盐浓度和 pH 依赖性 LH1-RC 相互作用的变化，以及（4）通过冷冻阐明盐浓度和 pH 依赖性 LH1-RC 结构。电磁结构分析。今年，我们在①中重点利用可见光和近红外光谱验证了三重电阻，并提出了一种由LH1-RC内部和周围的静电荷控制三重电阻的机制。这些结果发表在两份学术期刊上（The Journal of Physical Chemistry B 和 Microorganisms）。关于②，我们还没有达到检测由于盐浓度和pH变化而导致的LH1-RC的微小结构变化的程度，我们正在继续研究条件。对于③，在准备大量样品和确保机器时间方面存在问题，因此我们计划从明年开始重点关注这一点。关于④，我们目前正在与联合研究伙伴进行分析。

项目成果

南イリノイ大学(米国)

南伊利诺伊大学（美国）

Electrostatic charge controls spectral properties and thermal stabilities of LH1-RCs from triply extremophilic Halorhodospira halochloris

静电荷控制来自三重极端嗜盐盐螺菌的 LH1-RC 的光谱特性和热稳定性

• 发表时间: 2022
• 作者: Yukihiro Kimura; Kazuna Nakata; Shingo Nojima; Shinji Takenaka; Michael T. Madigan; Zheng
• 通讯作者: Zheng

Advances in the Spectroscopic and Structural Characterization of Core Light-Harvesting Complexes from Purple Phototrophic Bacteria

紫色光养细菌核心光捕获复合物的光谱和结构表征研究进展

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c06638
• 发表时间: 2023
• 作者: Kimura Yukihiro;Tani Kazutoshi;Madigan Michael T.;Wang
• 通讯作者: Wang

Salt- and pH-Dependent Thermal Stability of Photocomplexes from Extremophilic Bacteriochlorophyll b-Containing Halorhodospira Species

含盐红螺菌属嗜极细菌叶绿素 b 的光复合物的盐和 pH 依赖性热稳定性

• DOI: 10.3390/microorganisms10050959
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 4.5
• 作者: Kimura Yukihiro;Nakata Kazuna;Nojima Shingo;Takenaka Shinji;Madigan Michael T.;Wang
• 通讯作者: Wang

好極限性紅色細菌Halorhodospira halochlorisにおける低エネルギー吸収特性および３重耐性の分子機構

极端极端紫色细菌盐绿盐杆菌低能量吸收特性和三重抗性的分子机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 中田和菜;能島紳吾;竹中慎治;Madigan; M.T.;大友征宇;木村行宏
• 通讯作者: 木村行宏