ナトリウムイオンで駆動さ 細菌の超分子ナノマシン
回転モーターの構造を電子顕微鏡で見
古屋大学大学院理学研究 研究 長：杉山 直 本間 遈夫 ほ
教授 錦 遉郎 う 大学院生 米
国 大学 Jun Liu教授 博士研究員 Shiwei Zhu 共 研究
細菌 持 ン 流 回転運動 超 子 ン
べ 毛 構造 電子顕微鏡 こ い詳細
構造 明 べ 毛 単 こ 菌 膜 埋
生 状態 近い状態 観察 こ こ 観察
構造 見 こ こ 観察 可能 多べ 毛変異
株 用い こ 菌 コ 菌 親戚 病原性 い
通 細胞 極 本 べ 毛 生や あ 変異 本以
生え う こ 細胞 観察 用い こ 効率良 良
好 像 得 こ 解析 質 飛躍的 向
こ 菌 べ 毛 大腸菌 異 べ 毛 外膜
鞘 皮 い 皮 被 べ 毛 特徴的 構造 初 明 こ
本 研 究 果 米 国 学 米 国 紀 要 Proceedings of the National Academy of Sciences ン ン版 2017年9月25日 公 開
ン 駆動 細菌 超 子 ン 回転 構造 電子顕微鏡 見
概要
古屋大学大学院理学研究 研究 長：杉山 直 生 理学専攻 本間 遈
夫 ほ 教授 大学院生 錦 遉郎 う
米国 大学 Jun Liu教授 博士研究員 Shiwei Zhu 共 研究
細菌 持 ン 流 回転運動 超 子 ン
べ 毛 構造 電子顕微鏡 こ い詳細 構
造 明 べ 毛 単 こ 菌 膜 埋
生 状態 近い状態 観察 こ こ 観察 構造
見 こ こ 観察 可能 多べ 毛変異株 用い こ
菌 コ 菌 親戚 病原性 い 通 細胞 極
本 べ 毛 生や あ 変異 本以 生え う
こ 細胞 観察 用い こ 効率良 良好 像 得 こ
解析 質 飛躍的 向 こ 菌 べ
毛 大腸菌 異 べ 毛 外膜 鞘 皮 い
皮 被 べ 毛 特徴的 構造 初 明 こ
ン
多べ 毛変異株 用い こ 低温電子断層撮影像 多 得 こ 可 能 新 い構造 観察
水素 ン 駆動 大腸菌 べ 毛 こ 鞘 被 べ 毛 構造 詳細 明
ン駆動型 特異的 T ン 構造 観察可能 回対称性 構造 あ こ 明
背
Vibrio属細菌 以 菌 陰性 桿菌 極べ 毛 水中
泳 こ 細菌 べ 毛 生物界 唯一 回転 変換 行
う超 子 ン こ 遺伝的 解析 詳細 行わ 以
遺伝子 形態形 機能発現 関 い こ 明 い
本研究 対象 あ 菌 ン 使 毎
1,700回転 毎 約10万回転 いう ッ ン ン 遥 超え 超高
速回転 い 瞬時 回転方向 替え こ 100％
近い効率 変換 こ 知 現在 技術 人工的
実現 い高性能 ン 菌 極べ 毛 外膜
い 鞘 部 膜 埋 存在
回転力 ン 固定子複合体 流 こ 構造変化
誘起 回転子複合体 相互作用 こ 作 固定子 膜 ンパ
質 あ PomA PomB ： 体 構築 回転
子 部体 外膜 ン層 膜 存在 L
P MS ン ン 貫通 ッ MS ン 細胞質
側 付着 C ン 構 こ H+駆動型 菌べ 毛
明 い 菌 菌や大腸菌
H+駆動型べ 毛 い Na+駆動型 特異的 MotX MotY 構 T ン 少 FlgT 含 H ン
特徴的 構造 P ン 方 L ン 外側 存在 い C ン 3種類 ンパ 質FliG FliM FliN 構 特 FliG 固定 子 相互作用 発生 い 要 ンパ 質
研究 容
菌 V. fischeriやV. cholerae べ 毛 構造 低温電子 断層撮影法 cryo-electron tomogramphy cryo-ET 報告 い
今回 々 V. alginolytiucs 得 多べ 毛変異体 用い こ
ッ Cryo-ET 構造解析 可能 約 細胞 約
個 部体 再構 鞘 存在 鞘 存在 いべ 毛 部
構造 比べ こ O ン 付 外膜 外 構造 初 見出 多数 部体 詳細 解析 H ン MS ン 距 異
構造 類 こ H ン 人工 ワッ
う 可変 あ こ 示 い 思わ T ン 構 ンパ
質遺伝子motX motY 損体 観察 こ T ン 構造 確
回対称性 構造 あ こ 明 々 MotY FlgT
い 結晶構造解析 電子顕微鏡 再構 構造 矛盾
あ こ 今回 鞘 持 Na+駆動型 構造的
特徴 Cryo-ET 明 こ
果 意義
本研究 対象 べ 毛 ン流 高い効率
変換 回転 瞬時 方向変換 可能 ンパ 質 出来 部品
自己集合 組 い 現在 技術 人工的 実現 い高性
能 ン こ 詳細 構造 明 こ ン
駆動 超微小 人工 ン 作 期待
夢 生物人工回転 ン 応用 計 知 せ
べ 毛 研究室 養条件 全 生育 影響 せ
べ 毛 持 細菌 非常 多 存在 い こ こ
自然環境 運動性 生 残 必須 あ こ 示 い う
非常 複雑 べ 毛 進化 知 詳細 構造 解明
可
用語説明
菌：細菌 一種 本研究 用い 海洋性 菌 海 棲 無 毒 あ 病原性 持 コ 菌 腸炎 菌 近縁種 あ
べ 毛：細菌 持 ュ う 運動器官 細胞 体 突 出 構 造 細菌 種類 本数 異
固定子：べ 毛 い ン 流 変換 担う複合
体
回転子：機械 う べ 毛 い 回転 部
構造 細胞膜 埋 複数 ン 貫通 ッ
低温電子断層撮影法: 細胞 急速冷凍 角度 撮影 画 像 コン ュ 3 元画像 変換 方法 損傷 い正確 姿
捉え こ
特記事項
本研究 学研究費助 事業 新学術領域研究 運動 一環 行わ
掲載 情報
掲載 ：Proceedings of the National Academy of Sciences 米国 紀要 論文 ：Molecular architecture of the sheathed polar flagellum in Vibrio alginolyticus
著者：Shiwei Zhu, Tatsuro Nishikino, Seiji Kojima, Michio Homma, Jun Liu DOI：10.1073/pnas.1712489114
： 菌べ 毛
菌 電子顕微鏡写真 菌 細胞 端 一本 べ 毛 持 ュ う 回転 せ 泳
部 模式 回転力 生 出 ン ン べ 毛
べ 毛 根元 存在 膜 外膜 膜 埋 い 回転 固
定子 回転子 作 い 回転子 回転 支え 軸受 自由継
手 働 ッ ュ う 動 ン 構 固
定子 回転子 周 複数個設置 ン Na+) 固定子 流 際 固定子 回転子 相互作用 回転力 生 出 回転 滑 行う為 T ン やH ン 必要 あ
：
菌多毛株 急速凍結 電子顕微鏡観察 像
撮影 べ 毛 部体部 像 合わせ 立体像 構築 断 面 表示
菌べ 毛 低温電子断層撮影像 作 ン ン 像 ン 構造 T ン 示
