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特定の環境において生息する微生物は、温度やpHといった環境因子や炭素源や窒素源といった生育必須因子に対して最適な機能を有しています。この機能は究極的には細胞にある染色体にコードされた遺伝子に由来します。我々は様々な微生物が特有する機能を見出すことを目指しています。
これまでの微生物研究の多くは、特定の微生物を直接分析したり改変したりするものでした。その手法によってこれまでに多くの知見が得られてきていますが、特定の微生物のもつ特有な機能や機構はその細胞でないと活用できない場合がほとんどです。 しかし遺伝子工学の進歩により、幾つかの微生物では大規模なゲノム改変が可能となり、特定の微生物が持つ機能(原理)を導入して再現することが可能になってきています。そこで本研究室では、ある微生物の有する特定の機能を理解そして応用することを目指して、その機能を異なる微生物において機能させることを目指します。
またある種の遺伝子はモデル微生物での機能的発現が困難な事があります。これまでそのような遺伝子は解析されずそのままにされており、それらの遺伝子がなぜ異なる微生物では機能しないかという知見の蓄積は進んでいません。そこで、その知見及び改善技術の蓄積を目指しています。
微生物を活用した機能解析を行うことで、その遺伝子はすでに細胞において機能している状態となります。このようにして細胞で機能する遺伝子を増やしそれらを活用して、微生物による環境エネルギーを基にしたものづくりやエネルギー単体の生産が可能となる微生物の創成に取り組んでいます。
微生物の特異な代謝機構に関する研究
嫌気的な環境下でのプロピオン酸酸化はプロピオン酸酸化細菌と水素資化性メタン生成菌の共生関係が必要ですが、プロピオン酸の酸化にはそれぞれの微生物特有の代謝機構が関係しています。我々は、プロピオン酸酸化細菌のプロピオン酸から水素やギ酸を生成する機構に着目し研究を行っています。一方、極限環境に生存する微生物の持つ遺伝子はそれぞれのもつ特異な代謝を他の微生物に付与できる可能性があります。現在は、高アルカリ環境に存在する古細菌特有の遺伝子の大腸菌での発現を試みています。
微生物の代謝とロバスト性に関する研究
微生物のロバスト性、特に熱に対する対応と代謝との関わりを研究しています。大腸菌が高温での生育に必要とする経路がどの経路であり、それらによって合成される中間代謝物がどのように高温生育に必要かを調べています。一方、特定の物質を生産する大腸菌の代謝経路の最適な構築方法についても研究しています。
微生物細胞を利用して遺伝子の機能を可視化する研究
ゲノムの加工が容易になりつつあり、蛍光タンパク質やタグによってターゲットの遺伝子の発現をモニタリングすることができます。これらの方法を用いて、大腸菌の内部代謝やタンパク質発現を可視化する方法を検討しています。 また、特定の細胞により微生物が生産する様々な物質を変換することによりそれらの物質が生産されていることを微生物細胞により確認する手法も検討しています。