微生物生態を正または負に制御する新規技術の創出 代 表 所属・職名 連 絡 先 メ ン バー キーワード 池田 宰 工学研究科物質環境化学専攻・教授 TEL：028-689-1657 FAX：028-689-1657 E-mail：[email protected] 農学部：二瓶賢一准教授、工学研究科：加藤紀弘教授・諸星知広准教授・奈須野恵理助教 微生物、遺伝子工学、生物工学、天然物有機化学、Quorum Sensing、ペプチド、工農連携 背景および目的 微生物は、発酵、物質生産など、様々な分野で利用さ れているが、その効率化、新規機能の創出などが、さ らに求められている。一方、病原性、感染性、環境汚 染など、微生物への対策、抑制が強く求められている 分野も多い。これら微生物生態を「正」または「負」 に制御する技術は、これまで、培養やプロセス制御な どの分野で個別に進められてきていたが、微生物の増 殖や酵素発現に伴う機能発現や物質生産などの解析 と、その結果に基づく新規制御素材の開発などには、 農学と工学、生物学と化学などの多様な分野での融合 研究が有効であることが明らかとなってきている。 そこで、本プロジェクトは、微生物の様々な生態や 機能を、正または負に制御する新規技術の創出を目的 として、「微生物生態学」、「遺伝子工学」、「生物 工学」、「材料工学」、「天然物有機化学」および 「超分子化学」などの融合領域の研究者のグループに より実施するものである。研究・開発のターゲット は、抗菌活性を有する有用物質生産の促進、病原性や 感染性の抑制、バイオフィルム形成制御などである。 プロジェクトの内容 ● 細胞間情報伝達シグナル物質分解細菌の探索 細菌の生態の多くは、細胞間コミュニケーション機構 により、正または負の制御が行われている。これらの 機構の一つに細胞密度依存的情報伝達機構（Quorum Sensing: QS）が存在する。QSではシグナル物質を用い て周囲の細胞密度の増加を感知し、様々な遺伝子の発 現が活性化される。一方、環境中にはシグナル物質分 解能を有する細菌が存在しており、特にグラム陰性細 菌のシグナル物質であるアシル化ホモセリンラクトン （AHL）分解細菌は、病原性細菌のQSに制御される病 原性発現を阻害可能であり、微生物農薬やプロバイオ ティクスとしての応用が期待されていることから、本 研究では様々な環境中からAHL分解細菌をスクリーニ ングし、QS阻害技術への応用を目指す。 ● 細胞間情報伝達機構の制御素材の設計 低分子化合物をシグナル物質として利用する微生物の QS制御技術に着目した新規材料の設計、合成を行い、 その機能性を評価する。QS機構のシグナル物質を加水 分解し不活化する酵素生産菌を包括固定した高分子ゲ ルビーズ、高分子カプセルを調製する。QSシグナル物 質を不活化しQS機構を抑制するQuorum Quenching (QQ) 素材の開発を目指す。QS機構は感染症の発現、バイオ フィルム形成など多様な生物機能を制御しており、QS 機構を負に制御する素材がもたらす微生物生態の変化 を追跡する。 QSシグナル 酵素分解 QQ 細菌 不活化 微生物間情報伝達機構を負に制御する単分散高分子カプセル ● QSレギュレーターの分子設計 QS発現に関わるシグナル物質の有機化学的な研究は、 主にAHLおよびその類縁体を用いて行われている。し かしながら、他のシグナル物質を使った構造－活性相 関研究はほとんど行われていない。そこで、パルミチ ン酸やラウリル酸などの脂肪酸を主鎖とする天然シグ ナル物質に着目してそれらの構造変換を行い、バイオ フィルムの生産および植物病原菌の増殖などの正負の 生命現象を効率的に制御するQSレギュレーターの新規 開発を目指す。また、それらをバイオプローブとして 用い、QS発現のモレキュラーロジック解析を行う。 期待される効果・展開 本プロジェクトは、インキュベーション推進の前段階 として、異分野融合領域の新技術創成を目指してい る。具体的課題であるQSの制御技術は、その基礎段階 から応用段階へと歩みを進めている。QSは、病原性や 感染性の発現、バイオフィルム形成など、その抑制技 術の開発が強く求められている分野と、物質生産など 我々にとって有益となり、その促進技術が求められる 分野のそれぞれに関連しており、QSを制御する技術開 発は、既存の手法にはなかった、微生物生態を正また は負に制御する技術の開発を実現する。すなわち、本 プロジェクトの成果は、医療、農業、工業、環境な ど、様々な分野で活用される可能性を有している。 宇都宮大学 地域共生研究開発センター イノベーション創成部門
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