神大ら,シアノバクテリアの窒素同化の制御に知見

神戸大学,静岡大学,東京工業大学は,光合成細菌の一種であるシアノバクテリアにおいて警告物質が窒素利用を制御する際の作用メカニズムを解明した(ニュースリリース)。

光合成細菌の一種であるシアノバクテリアは,植物と共通する光合成色素(クロロフィル)を持ち,二酸化炭素を固定して酸素を発生する光合成によって生育する。そこでシアノバクテリアを利用し,二酸化炭素を原料として燃料やポリマー素材などの有用物質を生産する研究開発が進められている。

シアノバクテリアは光合成によって生育する際,アミノ酸などの合成に必要な窒素同化を行なう。シアノバクテリアの窒素同化は,転写調節因子であるNtcAタンパク質によって制御されており,NtcAタンパク質は細胞内の2-オキソグルタル酸(2-OG)によって活性化される。

暗所などのストレス条件では,警告物質として知られるグアノシン四リン酸(ppGpp)が増加し,NtcAタンパク質が不活性化することで窒素同化が抑制される。しかし,ppGppがNtcAタンパク質を不活性化するメカニズムは未解明だった。

研究グループは,シアノバクテリアSynechococcus elongatusに枯草菌のppGpp合成酵素遺伝子を遺伝子組換えで導入し,ppGppの蓄積を人為的に引き起こすことのできるシアノバクテリアを開発した。

ppGppを蓄積したシアノバクテリアの代謝応答を解析した結果,クエン酸をイソクエン酸に変換する酵素であるアコニターゼの活性がppGppによって阻害されることを発見した。2-OGはイソクエン酸から合成されるため,ppGppが蓄積すると2-OGの合成が低下し,細胞内の2-OG量が減少することがわかった。

このように,アコニターゼ活性の阻害を介して2-OGを減少させ,2-OGによって活性化するNtcAタンパク質を不活性化することが,ppGppによる窒素同化の制御メカニズムとして明らかになった。

研究グループは,シアノバクテリアの窒素同化を人為的に制御する技術の開発が期待される成果だとする。シアノバクテリアの生育やアミノ酸の生産を人為的に調整して燃料やポリマー素材などの有用物質を高生産化するなど,光合成によるバイオものづくりの実用化に貢献することが期待されるとしている。

その他関連ニュース

  • 岩手大ら,生きた化石の光合成酵素の反応速度を解明 2024年04月04日
  • 北大ら,光合成細菌の生きた化石を湖から発見 2024年03月14日
  • 名大,太陽光に応答した植物の気孔開口機構に知見 2024年02月22日
  • 理科大ら,光で植物の気孔が開くしくみを解明 2024年02月21日
  • 東工大ら,光合成微生物複製に関わるタンパク質発見 2024年02月20日
  • 明大,ラン藻の有機酸と水素生産の影響要因に知見 2024年02月20日
  • 筑波大,紅色硫黄細菌の光合成機構を解明 2024年02月20日
  • 岡山大ら,光合成触媒が水分子を取り込む瞬間を観測 2024年02月01日