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では窒素同化が抑制されるが、そのメカニズムは未解明であった。ストレス条件で生産される警告物質※２が、窒素同化を活性化する化合物の合成を阻害することで、窒素同化の制御に関係することを解明した。研究の背景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します。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ます。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います。シアノバクテリアの窒素同化は、転写調節因子※３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ます。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ます。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でした。研究の内容研究グループは、シアノバクテリアSynechococcus elongatus (図１) 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ました。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ました (図２) 。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りました。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りました。図２. グアノシン四リン酸（ppGpp）が窒素同化を制御するメカニズム今後の展開本研究で得られた知見に基づき、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ます。これにより、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ます。用語解説※１　窒素同化細胞が硝酸イオン (NO3−) やアンモニウムイオン (NH4+) などの無機窒素化合物を材料として、アミノ酸などの有機窒素化合物を合成すること。※２　警告物質ストレス条件において生産され、細胞内において信号を伝える物質。※３　転写調節因子DNAに結合することで遺伝子の機能を調節するタンパク質。謝辞本研究の遺伝子発現解析 (RNA-seq) は静岡大学グリーン科学技術研究所によって実施されました。本研究はJST未来社会創造事業 (JPMJMI19E4) 「細胞分裂制御技術による物質生産特化型ラン藻の創製と光合成的芳香族生産への応用」の支援を受けて実施されました。論文情報タイトル“ ppGpp accumulation reduces the expression of the global nitrogen homeostasis-modulating NtcA regulon by affecting 2-oxoglutarate levels ”(ppGppの蓄積は、2-オキソグルタル酸レベルに影響を及ぼすことでグローバルに窒素恒常性を調節するNtcAレギュロンの発現を低下させる)DOI10.1038/s42003-023-05632-1著者Ryota Hidese#, Ryudo Ohbayashi#, Yuichi Kato, Mami Matsuda, Kan Tanaka, Sousuke Imamura, Hiroki Ashida, Akihiko Kondo, and Tomohisa Hasunuma*# Equal contribution* Corresponding author掲載誌Communications Biology研究者秀瀬 涼太研究員先端バイオ工学研究センター加藤 悠一助教先端バイオ工学研究センター蓮沼 誠久教授先端バイオ工学研究センター蘆田 弘樹教授人間発達環境学研究科近藤 昭彦教授科学技術イノベーション研究科SDGs先端バイオ工学研究センター人間発達環境学研究科科学技術イノベーション研究科SHARE同じ研究者の記事Press releases2023.12.26工学系科学石油依存からの脱却！ バイオフェノールの生産性を向上させる新技術を開発Press releases2023.10.03工学系科学神戸大学と出光興産「出光バイオものづくり共同研究部門」を設立Press releases2023.04.18医歯薬学神戸大学と日本トリム　共同研究講座を新設Press releases2023.03.30医歯薬学骨格筋由来細胞外小胞 (エクソソーム) は免疫細胞の炎症反応を抑制する同様のタグのある記事Press releases2024.04.10工学系科学“強靭性”と“生分解性”を両立した次世代型ポリ乳酸の大量生産に成功Press releases2024.03.26工学系科学微生物が作り出すプラスチックでポリ乳酸の生分解性と伸びを改善Press releases2023.07.21工学系科学プロモーター置換法は、進化型ポリ乳酸の生産性向上に有効であることを実証Interviews2022.11.21工学系科学バイオ工学でカーボンニュートラル実現に貢献ページの先頭へ〒657-8501 神戸市灘区六甲台町1-1受験生在学生・保護者卒業生企業・地域の方教職員お問い合わせアクセス採用情報公式SNS一覧キャンパスカレンダープライバシーポリシーサイトポリシーサイトマップ© Kobe University