テーマ紹介: 乳酸菌による多成分バクテリオシン生産に関する研究

乳酸菌の中には複数のバクテリオシンを同時に生産するものがある。我々もこのような多成分のバクテリオシンを生産する乳酸菌を見出してきた（論文1～3）。その中でもとくに、タイの発酵魚から単離された乳酸菌Enterococcus faecium NKR-5-3は異なる5つのバクテリオシン、enterocin NKR-5-3A, B, C, D, Z（Ent53A, B, C, D, Z）を生産する（図1）（論文4～7）。我々は多成分バクテリオシン生産菌である本株のバクテリオシン生合成・生産制御機構および分泌機構の解明を目指している。



1. Enterocin NKR-5-3の生合成・生産制御機構（論文8～9）

Ent53A, C, D, Zの各構造遺伝子（enkA、enkC、enkD、enkZ）は、同一のenterocin NKR-5-3ACDZ（Ent53ACDZ）遺伝子クラスター内に存在する（図2）。他にも自己耐性遺伝子（enkIaz、enkIc）、トランスポーター遺伝子（enkT）、生産制御関連遺伝子（enkK、enkR）が存在する。enkK、enkR にコードされるEnkK、EnkRは、Ent53Dを介した三成分制御系を構成しており、Ent53ACDZ遺伝子クラスター内のバクテリオシン生産の制御を担うことが明らかとなっている。一方、環状バクテリオシンであるEnt53Bの生合成に関わる遺伝子群（enkB、enkB1~4）は別の遺伝子クラスター上にコードされている（図2）。



2. EnkTによる多成分バクテリオシン分泌機構（論文10）

一般に、バクテリオシンはリーダーペプチドを有する前駆体として合成され、専用のATP-binding cassette（ABC）トランスポーターによって、リーダーペプチドの切断後、成熟ペプチドとして菌体外へ分泌される。一方で、本株の有するABCトランスポーターEnkTはEnt53A, C, D, Zの4種についてリーダーペプチドの切断と菌体外分泌を担っており、基質認識において重要とされるリーダーペプチドの配列および長さに関しても寛容性を示すことが明らかとなっている。このように広い基質寛容性を有するトランスポーターの分子機構を応用することで、様々なペプチドの分泌生産系の構築が期待される。


発表論文

【発表論文】

1. Hu CB, Malaphan W, Zendo T, Nakayama J, Sonomoto K. Enterocin X, a novel two-peptide bacteriocin from Enterococcus faecium KU-B5, has an antibacterial spectrum entirely different from those of its component peptides. Appl Environ Microbiol. 2010 Jul;76(13):4542-5. doi: 10.1128/AEM.02264-09. Epub 2010 Apr 23. PMID: 20418437; PMCID: PMC2897431.

2. Sawa N, Okamura K, Zendo T, Himeno K, Nakayama J, Sonomoto K. Identification and characterization of novel multiple bacteriocins produced by Leuconostoc pseudomesenteroides QU 15. J Appl Microbiol. 2010 Jul;109(1):282-91. doi: 10.1111/j.1365-2672.2009.04653.x. Epub 2009 Dec 15. PMID: 20070442.

3. Sawa N, Koga S, Okamura K, Ishibashi N, Zendo T, Sonomoto K. Identification and characterization of novel multiple bacteriocins produced by Lactobacillus sakei D98. J Appl Microbiol. 2013 Jul;115(1):61-9. doi: 10.1111/jam.12226. Epub 2013 May 16. PMID: 23594273.

4. Ishibashi N, Himeno K, Fujita K, Masuda Y, Perez RH, Zendo T, Wilaipun P, Leelawatcharamas V, Nakayama J, Sonomoto K. Purification and characterization of multiple bacteriocins and an inducing peptide produced by Enterococcus faecium NKR-5-3 from Thai fermented fish. Biosci Biotechnol Biochem. 2012;76(5):947-53. doi: 10.1271/bbb.110972. Epub 2012 May 7. PMID: 22738965.

5. Perez RH, Himeno K, Ishibashi N, Masuda Y, Zendo T, Fujita K, Wilaipun P, Leelawatcharamas V, Nakayama J, Sonomoto K. Monitoring of the multiple bacteriocin production by Enterococcus faecium NKR-5-3 through a developed liquid chromatography and mass spectrometry-based quantification system. J Biosci Bioeng. 2012 Nov;114(5):490-6. doi: 10.1016/j.jbiosc.2012.06.003. Epub 2012 Jul 3. PMID: 22762972.

6. Himeno K, Fujita K, Zendo T, Wilaipun P, Ishibashi N, Masuda Y, Yoneyama F, Leelawatcharamas V, Nakayama J, Sonomoto K. Identification of enterocin NKR-5-3C, a novel class IIa bacteriocin produced by a multiple bacteriocin producer, Enterococcus faecium NKR-5-3. Biosci Biotechnol Biochem. 2012;76(6):1245-7. doi: 10.1271/bbb.120089. Epub 2012 Jun 7. PMID: 22790957.

7. Himeno K, Rosengren KJ, Inoue T, Perez RH, Colgrave ML, Lee HS, Chan LY, Henriques ST, Fujita K, Ishibashi N, Zendo T, Wilaipun P, Nakayama J, Leelawatcharamas V, Jikuya H, Craik DJ, Sonomoto K. Identification, characterization, and three-dimensional structure of the novel circular bacteriocin, enterocin NKR-5-3B, from Enterococcus faecium. Biochemistry. 2015 Aug 11;54(31):4863-76. doi: 10.1021/acs.biochem.5b00196. Epub 2015 Jul 31. PMID: 26174911.

8. Ishibashi N, Himeno K, Masuda Y, Perez RH, Iwatani S, Zendo T, Wilaipun P, Leelawatcharamas V, Nakayama J, Sonomoto K. Gene cluster responsible for secretion of and immunity to multiple bacteriocins, the NKR-5-3 enterocins. Appl Environ Microbiol. 2014 Nov;80(21):6647-55. doi: 10.1128/AEM.02312-14. Epub 2014 Aug 22. PMID: 25149515; PMCID: PMC4249031.

9. Perez RH, Ishibashi N, Inoue T, Himeno K, Masuda Y, Sawa N, Zendo T, Wilaipun P, Leelawatcharamas V, Nakayama J, Sonomoto K. Functional analysis of genes involved in the biosynthesis of enterocin NKR-5-3B, a novel circular bacteriocin. J Bacteriol. 2015 Oct 26;198(2):291-300. doi: 10.1128/JB.00692-15. PMID: 26503847; PMCID: PMC4751792.

10. Sushida H, Ishibashi N, Zendo T, Wilaipun P, Leelawatcharamas V, Nakayama J, Sonomoto K. Evaluation of leader peptides that affect the secretory ability of a multiple bacteriocin transporter, EnkT. J Biosci Bioeng. 2018 Jul;126(1):23-29. doi: 10.1016/j.jbiosc.2018.01.015. Epub 2018 Feb 13. PMID: 29452934.


メンバー紹介・研究テーマ

【2020年度】

竹内愛子（修士１年）・多成分バクテリオシントランスポーターに関する研究