概要
古屋大学理学研究 朱世偉研究員 嶋誠司准教授 間道夫教授 大阪大学 理学研究 田勝巳教授 共 研究 細菌 毛 タ 活性化
立体構造 機能 調 明 た 変換 心臓部 あ 固 定子 タ 組 込 際 折 畳 いた固定子 一部 伸 細胞壁 結
合 タ 活性化
タ 得た知見 も 自然 優 い ン 駆動 超微 人工 ン 作成 ば 医療 様々 応用 期
研究成果 米国 学誌 米国 紀要 Proceedings of the National Academy of
Sciences ン ン版 2014年9 1日 15:00 米国東部時間 公開
ン
○ 菌 毛 タ 固定子 い 細胞壁 固定 関係 部 PomBC 立体構造 解明 そ コン 形 明 た
○ PomBC 構造 調 PomBC 一部 子 大 伸 う 構造変化 予想 た
○ PomBC 構造変化 妨害 菌 運動能 阻害 た 固定子
タ 組 込 PomBC 一部 伸 タ 外 そ 縮 い た構 造変化 行い 構造変化 タ 活性化 連動 い 考え た
背景
大腸菌や 菌 細菌 毛 ば 状 繊維 体 生や そ う 回転 水中 泳 出来 毛 そ 根元 細
胞表層 埋 い 直 約45 1 10億 1 毛
タ 回転 タ 源 細胞 外 内 流 ン流
タ 変換 ッ た 固定子中 ン 流 際 回転
部 回転子 固定子 相互作用 回転力 発生 大腸菌やサ 菌
タ 水素 ン 使 毎 300 回転 毎 18,000回転 F1 ン ン並 速度
〜立っ 働 しゃ 休憩〜
固 定 子 の 構 造 変 化 に よ 細 菌 毛 モ ー タ ー 活 性 化 す
しくみ 解明
回転 一方 研究 対象 あ 菌 タ 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
た 瞬時 回転方向 替え 100％ 近い効率 変換 知 現在 技術 人工的 実現 い高性能 ン
毛 タ 毛繊維 回転子 そ 周 う 配置
た 10 個程度 固定子 構成 い 固定子 細菌 細胞壁 相当 ペ チ ン層 結合 領域 あ 各固定子 ッ 回転子 周 組 込
細胞壁 固定 安定 た回転力 回転子 伝え い 考え た 最近 研究 固定子 回転子周 固定 い わ 回転中
タ た 再 組 込 た 交換 明 た
タ た固定子 ン 流 能力 低い た
各固定子 ッ 回転子周 組 込 固定 ン 流 う
タ 変換 可能 活性化 回転 う 意味
い う 固定子 タ 組 込 固定 ン透過 連動 い う タ 組 込 ン 通 活性 持 う そ 仕組 大 謎 た
研究 内容
超高速回転 行う 菌 毛 タ 固定子 PomA PomB いう 細 胞膜 埋 たタン 質 成 複合体 存在 私たち 固定子 中 も細胞 壁 固定 関係 部 PomBタン 質 ペ 側領域：PomBC 着目 大型
放射 施設SPring-8 集 たX線回折 タ 用い そ 子構造 解析 た
PomBC 構造 意外 もコン 固定子 細胞壁 ペ チ ン層 固定
機能 PomBC 端側領域 子 大 伸 う 構造変化 起
い 予想 た そ 構造変化 予測 領域 ン残
基 た 架橋 入 た 菌 運動能 架橋 形成 断 応
可逆的 阻害 わ た た 架橋 固定子 タ
組 込 や ン透過能 変化 い わ た タ 活
性化 以 う 起 考え 固定子 タ 組 込 固定子
ン透過能 活性 細胞壁 結合 固定 入 た 架橋
細胞壁 結合 際 生 構造変化 阻害 い 考え PomBC 構造変化 可 逆的 子 伸 縮 う 変 化 い い 考 え い
成果 意義
世紀 入 生 学 も い 発展 続 い
生体 学 得た新 い技術 私たち 暮 大 変わ も 研 究 対象 た 毛 タ ン流 高い効率 変換 回転 瞬 時 方向変換 可能 タン 質 出来た部品 自己集合 組 い た 現在 技術 人工的 実現 い高性能 ン タ 得た 知見 も 自然 優 い ン 駆動 超微 人工 ン 作成
ば 医療 様々 応用 期 研究 固定子 タ
組 込 活性化 解明 タ う 組 回転
う 大 理解 進 た 人工 ン 設計 研究 知見
大い 役立 考え
た 病原性細菌 感染 菌 運動能 密接 関係 運動性 理解 制御 細菌学 要 課題 もあ コ 菌や腸炎 菌 人食い 知
病原性 持ち 研究 用いた海洋性 菌 仲間 う た病原菌 毛 タ 固定子 作用 た えば固定子 構造変化 阻害 薬剤 開発 ば 菌 運動性 失わ 感染 阻止 期 回 成果 細菌性感染症 予防 観点 も 要 あ いえ
用語説明
ビ オ菌：細菌 一種 研究 用いた海洋性 菌 海 棲 無毒 あ 病原性 持 コ 菌 腸炎 菌 近縁種 あ
毛：細菌 持 う 運動器官 細胞 体 突 出た構造 細菌 種類 数 異
固定子： 毛 タ い ン 流 変換 担う複合体 細胞壁 ペ チ ン 固定 回転 い 回転子周 約10個程度配置 い 固定子内 ン 流 回転子 相互作用 生 回転力 発生
回転子： 毛 タ い 回転 部 構造 細胞表層 埋 複数 ン
そ 貫通 ッ そ 端 サ ン 働 ッ 毛
繊維 い た 回転子 軸 ば ン 構造 ッ 回転 支え
い
ィド架橋：タン 質 子内あ い 子間 共 結合 架橋 いう 生化学 手法 タン 質 構成要素 あ 酸 ン 応性 高い
基 持 い 基 間 形成 結合 生
体内 架橋
特記 項
研究 研費 新学術領域研究 少数性生物学 運動 一環 行 わ た た 研究 古屋大学 大阪大学 共 行 たも
掲載誌情報
掲載誌：Proceedings of the National Academy of Sciences 米国 ー紀要
論文タ ：Conformational change in the periplasmic region of the flagellar stator coupled with the assembly around the rotor
著者：Shiwei Zhu, Masato Takao, Na Li, Mayuko Sakuma, Yuuki Nishino, Michio Homma, Seiji Kojima, Katsumi Imada
図 ：ビ オ菌 毛モーターの模式図
ビ 菌 細胞 端 一 べ 毛 持 ュー う 回転さ 泳 回 転力 生 出 エン ン べ 毛 ーター：右 拡大 べ 毛 根元 存在し 回 転 ーター 体 あ 固定子 回転子 回転子 回転 支え 軸受 自由継 手 し 働 ッ ュー う 動 ン 構成さ 固定子 回転子
周 複数個設置さ ウ ン 固定子内 流 際 固定子 回転子 相互作用し 回転力 生 出さ
図 ：PomBCの分子構造
(A)解析し PomBC 構造 ２ PomBC分子 二量体 形成 赤 領域
細胞壁 結合 部分 黒い矢印 構造変化 予想さ 領域 N, C
N ノ 端 C ボキ 端 示
(B)赤矢印 示し 部分 間 架橋 構造変化 妨 実験 行
(C)架橋し ノ酸 ペ 青い線 示し 残基 架橋し ーター 機能
赤い線 示し 残基 架橋 ーター 機能し ン 線 示し 残基同士 一部 架橋 一部 ーター機能 失わ 点線 残基同 士 架橋 ーター 機能し 従 A 黒矢印 示し N
ッ N 側 2/3 領域 架橋 固定 ーター機能 失 わ
図 ：固定子の位置 大 さの比較
固定子 電子顕微鏡像 PomBC 構造 当 べ 毛基部体 電子顕微鏡像 共
表示 OM, PG, IM 外膜 ペ チ ン層 細胞壁 内膜 細胞
膜 示 構造 PomBC部分 ペ チ ン層 細胞壁 届 い 白矢印 示し 方向 伸び 必要 あ
図 ：モーター の組み込みに伴う固定子の構造変化モデ
(A) 構造変化 模式 (B) 構造変化 固定子 ーター 組 込
PomBC部分 立 上 う 構造変化 起 し 細胞壁 結合 ータ
ー 外 い し う 構造 細胞壁 届 い 細
胞壁 結合 細胞膜上 自由 移動
