リボゾーム変異による物質生産の効率化

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要約

リボゾームはタンパク質合成(翻訳)を行う細胞内小器官である。細菌の物質生産においては、その生産調節は主に転写レベルで行われていると考えられていたが、ストレプトマイシン耐性変異でリボゾームを変化させることにより、効率的に物質生産を行わせることに成功した。

  • 担当:食品総合研究所・生物機能開発部・微生物機能工学研究室
  • 代表連絡先:0298-38-8125
  • 部会名:食品
  • 専門:バイテク
  • 対象:
  • 分類:研究

背景

細菌特に放線菌は抗生物質生産で知られているが、食品などに利用可能な天然物も生産する。その生産調節に関する研究はほとんど転写レベルで行われている。当研究室において抗生物質ストレプトマイシンに耐性となる変異を有する株が二次代謝産物(天然物)を高生産することを見いだした。ストレプトマイシンの標的がリボゾームであることから、リボゾームにおいて翻訳レベルでの物質生産制御の機構が存在するのではないかと考えた。ストレプトマイシン耐性に関与するリボゾーム蛋白質S12に生じた変異と物質生産の誘発との関連を明らかにすることを試みた。

成果の内容・特徴

  • 大腸菌、結核菌などのrpsL遺伝子(S12蛋白質をコードしている遺伝子)から保存性の高い領域を見いだし、PCR用のプライマーを設計した。
  • PCR法により放線菌Streptomyces lividansおよびS. coelicolorからrpsL遺伝子をクローン化し、ジデオキシ法により塩基配列を決定した。ストレプトマイシン耐性変異株のS12蛋白質に点突然変異が存在することを明らかにした(図1)。
  • ストレプトマイシン耐性によりS12蛋白質に生じた変異と物質生産の向上との関係を明らかにした(表1)。
  • S. coelicolor染色体上のrpsL遺伝子を形質転換法により遺伝子置換した。
  • 菌体外よりストレプトマイシン、テトラサイクリンを適量添加することにより物質生産が向上することが明らかとなった(図2)。

成果の活用面・留意点

ストレプトマイシン耐性突然変異により、リボゾーム蛋白質S12に変異が生じる。このことにより、物質生産が向上することが明らかとなった。ほとんどの細菌において、リボゾーム蛋白質は非常に保存性が高い。したがって、有用物質生産に用いられている実用細菌株のストレプトマイシン耐性変異株を取得することにより、物質生産性の向上が図られると考えられる。

具体的データ

図1
表1
図2

その他

  • 研究課題名:放線菌の二次代謝誘発機構の解明と潜在機能発現に関する基礎研究
  • 予算区分:科学技術振興調整費(省際基礎研究)
  • 研究期間:平成5年度～平成7年度
  • 研究担当者:島 純、川本伸一、越智 幸三
  • 発表論文等:Shima, J., A. Hesketh, S. Okamoto, S. Kawamoto, K. Ochi. 1996 Induction of actinorhodin production by rpsL (encoding ribosomal protein S12) mutations that confer streptomycin resistance in Streptomyces lividans and Streptomyces coelicolor A3(2). J. Bacteriol. 178: 7276-7284.