地球環境の前庭ではアジサイ(Hydrangea macrophylla f. normalis)が見頃です。 
月: 2019年7月
ピシウムの培養
EPAを産生する糸状菌のピシウム(Pythium)を培養し、脂肪酸分析する。
プレート上で培養したピシウムの菌糸をコルクボーラーで寒天培地ごとくりぬく(Figure 1)。くりぬいた菌糸を液体培地の入ったフラスコに入れ、25℃で静置培養する。
Figure 1: 菌糸を培地ごと、くりぬく
3日ほど培養すると菌糸が成長してくるので(Figure 2)、これをナイロンメッシュで漉して回収する(Figure 3)。
Figure 2: 菌糸が十分成長したピシウム
Figure 3: 菌糸を回収する
回収した菌糸は濾紙で水分を吸い取り(Figure 4)、チューブに入れ(Figure 5)、凍結乾燥する。
Figure 4: 濾紙で水分を吸い取る
Figure 5: チューブに入れ、凍結乾燥する
多価不飽和脂肪酸合成酵素が炭素鎖の長さを決めるしくみ
多価不飽和脂肪酸の合成酵素に関して、合成される脂肪酸の炭素鎖の長さがどのように調節されているかについての、北大工学部と福井県立大、そして協和発酵のグループによる研究です。
Hayashi, Shohei, Mai Naka, Kenshin Ikeuchi, Makoto Ohtsuka, Kota Kobayashi, Yasuharu Satoh, Yasushi Ogasawara, et al.
“Control Mechanism for Carbon-Chain Length in Polyunsaturated Fatty-Acid Synthases.”
Angewandte Chemie International Edition 58, no. 20 (2019): 6605–10. https://doi.org/10.1002/anie.201900771.
バクテリアの多価不飽和脂肪酸(PUFA)合成酵素は複数のポリペプチドから成る複合体で、それぞれのポリペプチドをコードする遺伝子はゲノム上のひとつところにかたまって存在 している。EPA(炭素鎖の長さは20)合成酵素遺伝子もDHA(炭素鎖の長さは22)合成酵素遺伝子もA, B, C, Dの4つの遺伝子で構成されていて、それぞれの遺伝子にはその配列から予想される機能領域(ドメイン)がならんでいる。両者の酵素遺伝子のドメイン構造はとてもよく似ているため、EPAを作るかDHAを作るかをどのドメインが決めているかはわかっていない。そこで、著者らのグループは、遺伝子を取り替えたり、継ぎ接ぎしたりして、遺伝子のどの部分がPUFAの長さを決めているか調べた。
まず、遺伝子のうち、どの遺伝子が長さに関わっているか調べるために、EPA合成遺伝子とDHA合成遺伝子を取り替える実験を行なった。EPA合成遺伝子のC遺伝子とDHA合成遺伝子のA, B, D遺伝子を組み合わせるとDHAではなく、EPAが合成された。逆に、DHA合成遺伝子のC遺伝子とEPA合成遺伝子のA, B, D遺伝子を組み合わせるとEPAではなく、DHAが合成された。この結果は、C遺伝子が産物の長さを決めている、ということを示している。
次に、C遺伝子にあるどのドメインが決めているのかを調べるために、C遺伝子を前半と後半に分け、異なるものどうしを組み合わせてみたところ、遺伝子の前半部分(KSC ドメイン)によって決まっていることがわかった。
さらに、このドメインがどのような反応を触媒するかを様々な反応基質との組み合わせで調べてみると、DHA合成酵素の KSC ドメインが炭素鎖20から炭素鎖22への伸長反応を触媒することがわかった。したがって、KSCドメインが産物の炭素鎖の長さを決めていると考えられる。
著者らは、この知見に基づき、真核生物である微細藻類、 Aurantiochytrium sp. OH4 由来のDHA合成酵素遺伝子のKSCドメインに突然変異を導入し、DHAに加えEPAも合成する遺伝子を得ることにも成功している。
現在、微細藻類の大量培養によってDHAの商業生産が可能になっている。一方、EPAを産生する微生物はいくつか知られてはいるが、いずれも大量培養に適しているとはいえない。しかしながら、この研究にように、PUFA合成酵素の触媒反応機序を明らかにしていけば、DHA産生微細藻類からEPA産生株を作り出すことも可能となるだろう。
前期発表会
半期に1度の講座発表会です。4年生もしっかりとした発表でした。みなさん、スライドも見やすくて説明もわかりやすく、それぞれのテーマもとても興味深いものでした。
Figure 1: 早川先生の発表
カジカガエル
先週末、プライベートで名古屋と伊勢に行ってきました。
伊勢神宮の灯籠にいたカエルを発見。北海道では見ないカエルだなと思って写真に撮りました。帰ってから調べると、カジカガエル(Buergeria buergeri)の雌であることがわかりました。その姿からは想像できない、まるで鳥のさえずりような美しい鳴き声をもつカエルで、雄の鳴き声が雄鹿に似ていることから「河鹿」と呼ばれるようになったそうですね。
Figure 1: 伊勢神宮の灯籠にいたカジカガエル
コナカイガラムシ
フチベニベンケイに何か白いものがたくさん付いていることに気づきました。よく見ると、何かの虫が寄生しているようで、さらに顕微鏡で観察してみると、どうもコナカイガラムシのようです。英語でもmealybug(mealyとは粉状の、粉を吹いた、という意味)と呼ばれ、その名のとおり、体は白い蝋状の分泌物で覆われいます。園芸や農業関係者からは忌み嫌われる害虫です。
Figure 1: フチベニベンケイに寄生するコナカイガラムシ
Figure 2: コナガイガラムシの拡大写真
Pythiumのゲノム解析
BMC Biotechnology誌に掲載された、 Pythium irregulare のゲノム解析についての論文を紹介する。
Fernandes, Bruna S., Oscar Dias, Gisela Costa, Antonio A. Kaupert Neto, Tiago F. C. Resende, Juliana V. C. Oliveira, Diego M. Riaño-Pachón, Marcelo Zaiat, José G. C. Pradella, and Isabel Rocha.
“Genome-Wide Sequencing and Metabolic Annotation of Pythium Irregulare CBS 494.86: Understanding Eicosapentaenoic Acid Production.”
BMC Biotechnology 19, no. 1 (June 28, 2019): 41. https://doi.org/10.1186/s12896-019-0529-3.
Pythium とはカビのように菌糸を伸ばして成長する原生生物で、様々な植物の感染し、腐らせてしまうことから、和名ではフハイカビと呼ばれる。そのため、 Pythium の研究はその防除に関するものが多い。
Pythium が注目されるもうひとつの理由は、エイコサペンタエン酸(EPA)やアラキドン酸(ARA)などの長鎖多価不飽和脂肪酸(LC-PUFA)を産生することが知られているからである。ドコサヘキサエン酸(DHA)とともに、LC-PUFAは様々な生理活性を持ち、ヒトの健康にとって重要な脂肪酸である。魚などの魚貝類に豊富に含まれているが、漁業資源の減少と価格高騰などにより、魚に替るLC-PUFA供給源の確保が求められている。それ故、私たちの研究グループはLC-PUFAを産生する微生物によるLC-PUFA大量生産を目指して研究を行なっている。
生産コストの課題はあるにせよ、DHAを産生する微生物は既に商業生産に利用されているが、一方、EPAを産生する微生物はいくつか知られているものの、大量培養までに至ったものはない。ただ、その中でも Pythium はEPA生産の有力な微生物としてかなりの研究例がある。
2013年にAdhikariらが Pythium 6種のゲノム配列を報告し、 Pythium の系統関係が明かになったが、 Pythium 類におけるEPA合成に関わる遺伝子群や合成経路そのものについてはよくわからないままだった。そこで、ここで紹介する論文の筆者たちは、 Pythium irregulare という、 Pythium 研究では最も研究例の多い種を用い、詳細なゲノム解析を行い、EPA合成遺伝子とEPA合成経路について明らかにした。
脂肪酸の合成に働く酵素群が確認され、特に、ARAをEPAに変換する酵素 Δ-17 desaturase の遺伝子も認められた。これらの知見は、 Pythium における脂肪酸合成についてこれまでに報告された研究結果と一致している。さらに、アミノ酸合成や糖の代謝、窒素の代謝に関わる酵素遺伝子が確認され、代謝経路の全体像をかなりはっきりと描くことができたといえる。
今回の研究結果は、 Pythium によるEPA生産を考えるときに重要となる、大量培養するときの培地の選択や最適な培養条件の設定において、欠くことのできない基礎的な知見となるだろう。
シマカラスヨトウ
今日の侵入者はシマカラスヨトウ(Amphipyra pyramidea)でした。
ハタザオキキョウとセイヨウノコギリソウ
紫色の花はハタザオキキョウ(Campanula rapunculoides)、白い花はセイヨウノコギリソウ(Achillea milleflium)でしょうか。どちらも帰化植物で、東北や北海道では野性化しているようです。 
自然科学実験
1年生の自然科学実験を担当。今日のテーマは珪藻の観察である。珪藻は海や川、湖、沼など水のあるところには必ず生息している藻類で、川底の石がぬるぬるしているのはこの珪藻がいるからである。ジンパでお馴染の七輪は、この珪藻の化石である珪藻土が原料である。
珪藻のからだを覆う殻はガラス質でできており、種によってその形はとても変化に富んでいて、種の同定に使われる。
観察に用いた珪藻は北大の工学部横にある大野池から採集したものである。
種を一応同定はしてみたが、専門家ではないので、間違っているかもしれない。
Figure 1: Cymbella trugidula
Figure 2: Cymbella leptoceros