[スポンサーリンク]

スポットライトリサーチ

ヘム獲得系のハイジャックによる緑膿菌の選択的殺菌法

[スポンサーリンク]

第233回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院理学系研究科・四坂 勇磨さんにお願い致しました。

四坂さんの所属している荘司研究室(旧・渡辺研究室)では、緑膿菌のもつヘム結合型タンパクの特性を活かした研究を長年続けておられます。特に今回はこの機構を通じて、光増感剤となるガリウムフタロシアニンを緑膿菌選択的に取り込ませることにより、光照射による選択的な殺菌に成功しています。ACS Chemical Biology誌原著論文およびプレスリリースとして公開され、一般メディアでも紹介されています。

“Hijacking the Heme Acquisition System of Pseudomonas aeruginosa for the Delivery of Phthalocyanine as an Antimicrobial”
Shisaka, Y.; Iwai, Y.; Yamada, S.; Uehara, H.; Tosha, T.; Sugimoto, H.; Shiro, Y.; Stanfield, J. K.; Ogawa, K.; Watanabe, Y.; Shoji, O. ACS Chem. Biol. 2019, 14, 1637-1642. doi:10.1021/acschembio.9b00373

研究を現場で指揮された荘司長三 教授から、四坂さんについての人物評を下記のとおり頂いています。既に大変アクティブな超若手研究者として活躍中であり、今後さらなる飛躍が期待される一人です。

今回の研究成果は、論文の執筆も含めて四坂君の奮闘なしでは到底達成できなかったものです。多剤耐性菌の光殺菌実験や膜蛋白質の発現と精製など、はじめての実験についても独学で見識を深めながら、適宜、共同研究者に相談しつつ的確に実験を前に進めてくれました。四坂君の研究遂行能力は圧倒的で、実験の立案、実施、考察だけでなく、論文執筆や文献調査なども卓越しており、そろそろ教えることが無くなってきているような気がします。研究室を主催するにあたり、私は「出藍の誉」を意識して研究の指導をしているのですが、早々に「出藍の誉」となり嬉しい限りです。

Q1. 今回プレスリリースとなったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

緑膿菌が栄養を獲得する機構を活用して、緑膿菌選択的に抗菌薬を運搬する手法を開発し、高効率かつ高選択的な緑膿菌の殺菌を達成しました。
緑膿菌は、ヒトに感染する病原菌であり、増殖に必要な鉄分を得るために、HasAという蛋白質を分泌し、鉄分のヘムを宿主から奪い取ります(図 1)。ヘムの代わりに光増感剤のガリウムフタロシアニンを取り込ませた人工HasA(図 2)を緑膿菌に投与すると、緑膿菌はヘムと誤ってガリウムフタロシアニンを獲得します。これは、HasAからヘムを受け取る緑膿菌の受容体蛋白質HasRが、ヘムを内包したHasA(本物)とガリウムフタロシアニンHasA(偽物)を識別できないためです(図 2)。近赤外光を照射すると、緑膿菌の細胞内に蓄積したガリウムフタロシアニンによって一重項酸素が発生し、99.99%以上の緑膿菌を選択的に死滅させることができます(図 3)。本手法は、世界保健機関(WHO)が最も危険視する、既存の抗菌薬が効かない薬剤耐性緑膿菌にも有効です。また、特定の病原菌のみに作用する抗菌薬の開発例は非常に少なく、どれも煩雑な調製法を要したのに対し、今回開発した手法では、一段階合成で安価に入手できるガリウムフタロシアニンを、緑膿菌が分泌する天然蛋白質に混合するだけで調製可能です。

図1 緑膿菌のヘム獲得機構

図2 ヘム(上)およびガリウムフタロシアニン(下)を取り込んだHasAの結晶構造

図3 ガリウムフタロシアニンHasAを用いた緑膿菌選択的な光殺菌

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

HasAからヘムを受け取る緑膿菌の外膜受容体、HasRには随分手を焼きました。今回の光殺菌システムや、HasAを用いて緑膿菌の増殖を抑制する手法1の作用機序を解明するために、人工的に大量のHasRを発現させることが、私の初めての研究テーマでした。HasRの発現に用いる宿主の菌種、導入する遺伝子配列、宿主細胞の培養方法など、最適な条件の組み合わせを片っ端から探しました。その中で、組み換え蛋白質の発現系としては一般的でない、緑膿菌そのものにHasRを発現させるシステムが、HasRを人工的に過剰発現できる唯一の方法でした。初めてHasRのUV/Visスペクトルを観測できた時は、鳥肌が立ったのを鮮明に覚えています。

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

殺菌メカニズムの検証に時間がかかりました。先行研究の成果も相まって1−3、新幹線や道路標識の塗料に用いられるような水に全く溶けないフタロシアニンが、緑膿菌の細胞内に取り込まれるとは、当初誰も予想していませんでした。しかし、緑膿菌のヘム獲得(図 1)を調査する要領で、1) ガリウムフタロシアニンHasAとHasRの複合化、2) HasAからHasRへのガリウムフタロシアニンの受け渡し、3) ガリウムフタロシアニンの緑膿菌内への取り込みとHasAの解離、という3段階の検証を進めたところ、HasAに内包されたガリウムフタロシアニンを、緑膿菌がヘムと誤って取り込むことを突き止めました(図 3)。ガリウムフタロシアニンまでも獲得する緑膿菌の強欲さを示すことができ、達成感を覚えました。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

自分が楽しめて、たくさんの人々に面白いね、と言ってもらえるような自分の化学を探していきたいと思っています。唯一無二の異端化学を目指して、真摯な姿勢で化学と向き合っていきたいです。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

このブログを最後まで読んでいただき、ありがとうございました。今回の研究では、生理的な条件において抗菌薬としての使い道は無いとされてきたフタロシアニンを、病原菌が分泌する蛋白質に内包することで、特定の病原菌に選択的な殺菌剤として活用することができました。この研究を通して、意外な分野の組み合わせが、化合物の秘めたる有用性の発見に繋がる面白さを知りました。
最後になりましたが、日頃ご指導いただいている荘司長三先生、昨年度までご指導いただいた渡辺芳人先生をはじめ、荘司研究室、旧渡辺研究室のみなさま、共同研究者のみなさま、そして研究を紹介する機会を与えてくださったChem-Stationのスタッフのみなさまに感謝申し上げます。

関連文献

  1. C. Shirataki, O. Shoji, M. Terada, S. Ozaki, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe, Angew. Chem. Int. Ed., 53, 2862–2866 (2014). DOI: 10.1002/anie.201307889
  2. H. Uehara, Y. Shisaka, T. Nishimura, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Miyake, H. Shinokubo, Y. Watanabe, O. Shoji, Angew. Chem. Int. Ed., 56, 15279-15283 (2017). DOI: 10.1002/anie.201707212
  3. E. Sakakibara, Y. Shisaka, H. Onoda, D. Koga, N. Xu, T. Ono, Y. Hisaeda, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe, O. Shoji, RSC Advances, 9,18697-18702 (2019). DOI: 10.1039/C9RA02872B

研究者の略歴

【名前】 四坂 勇磨(しさか ゆうま)
【所属】 名古屋大学大学院 理学研究科 物質理学専攻 荘司長三研究室 博士後期課程3年
【略歴】
2017.3 名古屋大学大学院 理学研究科 物質理学専攻 博士前期課程修了(渡辺芳人研究室)
2018.4〜 JSPS特別研究員(DC2)
【研究テーマ】 合成金属錯体を用いた蛋白質の新規機能開拓

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 元素名を名字にお持ちの方〜
  2. アルメニア初の化学系国際学会に行ってきた!②
  3. 巧みに設計されたホウ素化合物と可視光からアルキルラジカルを発生さ…
  4. 「生合成に基づいた網羅的な天然物全合成」—カリフォルニア大学バー…
  5. 化学でもフェルミ推定
  6. 低温低圧・常温常圧窒素固定の反応開発 最新情報サマリー その1
  7. カルボン酸からハロゲン化合物を不斉合成する
  8. SNSコンテスト企画『集まれ、みんなのラボのDIY!』~結果発表…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 実験を加速する最新機器たち|第9回「有機合成実験テクニック」(リケラボコラボレーション)
  2. 安藤弘宗 Hiromune Ando
  3. ボラン錯体 Borane Complex (BH3・L)
  4. 第7回ImPACT記者懇親会が開催
  5. 金大発『新薬』世界デビュー
  6. [2+2]光環化反応 [2+2] Photocyclization
  7. サラ・E・リースマン Sarah E. Reisman
  8. ブラウンヒドロホウ素化反応 Brown Hydroboration
  9. 和田 猛 Takeshi Wada
  10. パーフルオロ系界面活性剤のはなし ~規制にかかった懸念物質

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年11月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930  

注目情報

注目情報

最新記事

研究のプロフェッショナルに囲まれて仕事をしたい 大学助教の願いを実現した「ビジョンマッチング」

「アカデミアから民間への移籍は難しい」「民間企業にアカデミアの研究者はな…

SNS予想で盛り上がれ!2022年ノーベル化学賞は誰の手に?

さてことしも9月半ば、ノーベル賞シーズンが到来します!化学賞は日本時間 10月5日(水) 18時45…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける予測モデルの解釈性を上げるには?

開催日:2022/09/28 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

クラリベイト・アナリティクスが「引用栄誉賞2022」を発表!

ノーベル賞発表時期が近づき、例年同様、クラリベイト・アナリティクス社から2022年の引用栄誉賞が発表…

「つける」と「はがす」の新技術|分子接合と表面制御 R4

開講期間令和4(2022)年  9月28日(水)、29日(木)(計2日間)募集人員15名…

ケムステ版・ノーベル化学賞候補者リスト【2022年版】

各媒体からかき集めた情報を元に、「未来にノーベル化学賞の受賞確率がある、存命化学者」をリストアップし…

第31回Vシンポ「精密有機構造解析」を開催します!

こんにちは、今回第31回Vシンポの運営&司会を務めさせていただくMacyです、よろしくお願い…

理化学機器のリユースマーケット「ZAI」

不要になった理化学機器どうしていますか?大学だと資産や予算上の関係でなかなか処分に困るところ…

『主鎖むき出し』の芳香族ポリマーの合成に成功 ~長年の難溶性問題を解決~

第420回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院理学研究科理学専攻 物質・生命化学領域 有機化…

研究費総額100万円!30年後のミライをつくる若手研究者を募集します【academist】

みなさんの隣の研究室では、どのような研究者が、何の研究を進めているかご存知でしょうか。隣の研究室なら…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP