テーマ紹介: 乳酸菌由来新奇リーダーレスバクテリオシンに関する研究

バクテリオシンは細菌のリボソーム上で合成される抗菌ペプチドで、一般に、N末端にリーダーペプチドを伴った前駆体として合成され、菌体外への分泌時にリーダーペプチドが除去されて抗菌活性をもつ成熟型となる。リーダーペプチドは、菌体内でバクテリオシンを不活性化するほか、菌体外分泌を担うトランスポーターや翻訳後修飾を担う修飾酵素の認識部位としての機能も有している。しかし、バクテリオシンの中にはごくまれにリーダーペプチドを伴わずに生合成されるものがあり、それらはリーダーレスバクテリオシンと呼ばれている(論文1,2)。リーダーレスバクテリオシンは、リーダーペプチドを伴う一般的なバクテリオシンとは異なる生合成機構を経て生産されると考えられる。
これまでに我々は、乳酸菌由来新奇リーダーレスバクテリオシンである、ラクティシンQやラクティシンZ、ワイセリシンY、ワイセリシンMを発見し、その構造を決定してきた(図1)。さらには、これら新奇リーダーレスバクテリオシンの生合成遺伝子群や作用機構等の解析を行ってきた。現在、とくに、得られた生合成遺伝子群をもとに、生合成機構の解明とともに、生合成機構を利用した新奇抗菌ペプチドの創出を目指して研究を進めている。


1.Lactococcus lactis QU 5が生産するリーダーレスバクテリオシン、ラクティシンQと、その類縁体ラクティシンZ(論文3~7)

トウモロコシから分離した乳酸菌L. lactis QU 5から新奇リーダーレスバクテリオシンであるラクティシンQを発見した。ラクティシンQはN末端に開始コドンに対応するN-ホルミルメチオニンを有し、リーダーペプチドを伴う一般的なバクテリオシンとは異なる菌体内・外の自己耐性機構をもつ生合成機構によって生産されることが明らかになった。また、ラクティシンQは特定の標的分子を必要とせずに細菌細胞膜に瞬時に巨大な孔を形成して抗菌作用を示すことが明らかとなった。さらに、ウマの腸管から分離された乳酸菌L. lactis QU 14からラクティシンQと4アミノ酸残基が異なるラクティシンZを発見し、ラクティシンQと同様の生合成機構によって生産されることが明らかとなった。


2.Weissella hellenica QU 13が生産するリーダーレスバクテリオシン、ワイセリシンY・M(論文8,9)

高菜漬けの木樽から分離された乳酸菌W. hellenica QU 13から新奇リーダーレスバクテリオシンであるワイセリシンYとワイセリシンMを発見した。W. hellenica QU 13は培地の栄養条件によって、2つのバクテリオシンの生産を制御していることを明らかにした。また、2つのバクテリオシンの遺伝子は近傍にコードされており、同じ生合成機構を利用して生産されていることが予想されている。


発表論文

【発表論文】

1. Masuda Y, Zendo T, Sonomoto K. New type non-lantibiotic bacteriocins: circular and leaderless bacteriocins. Benef Microbes. 2012 Mar 1;3(1):3-12. doi: 10.3920/BM2011.0047. PMID: 22348904.

2. Perez RH, Zendo T, Sonomoto K. Circular and Leaderless Bacteriocins: Biosynthesis, Mode of Action, Applications, and Prospects. Front Microbiol. 2018 Sep 4;9:2085. doi: 10.3389/fmicb.2018.02085. PMID: 30233551; PMCID: PMC6131525.

3. Yoneyama F, Ohno K, Imura Y, Li M, Zendo T, Nakayama J, Matsuzaki K, Sonomoto K. Lacticin Q-mediated selective toxicity depending on physicochemical features of membrane components. Antimicrob Agents Chemother. 2011 May;55(5):2446-50. doi: 10.1128/AAC.00808-10. Epub 2011 Jan 31. PMID: 21282423; PMCID: PMC3088220.

4. Iwatani S, Yoneyama F, Miyashita S, Zendo T, Nakayama J, Sonomoto K. Identification of the genes involved in the secretion and self-immunity of lacticin Q, an unmodified leaderless bacteriocin from Lactococcus lactis QU 5. Microbiology. 2012 Dec;158(Pt 12):2927-2935. doi: 10.1099/mic.0.062943-0. Epub 2012 Oct 25. PMID: 23103973.

5. Iwatani S, Horikiri Y, Zendo T, Nakayama J, Sonomoto K. Bifunctional gene cluster lnqBCDEF mediates bacteriocin production and immunity with differential genetic requirements. Appl Environ Microbiol. 2013 Apr;79(7):2446-9. doi: 10.1128/AEM.03783-12. Epub 2013 Jan 18. PMID: 23335763; PMCID: PMC3623217.

6. Li M, Yoneyama F, Toshimitsu N, Zendo T, Nakayama J, Sonomoto K. Lethal hydroxyl radical accumulation by a lactococcal bacteriocin, lacticin Q. Antimicrob Agents Chemother. 2013 Aug;57(8):3897-902. doi: 10.1128/AAC.00638-13. Epub 2013 Jun 3. PMID: 23733459; PMCID: PMC3719721.

7. Iwatani S, Ishibashi N, Flores FP, Zendo T, Nakayama J, Sonomoto K. LnqR, a TetR-family transcriptional regulator, positively regulates lacticin Q production in Lactococcus lactis QU 5. FEMS Microbiol Lett. 2016 Sep;363(18):fnw200. doi: 10.1093/femsle/fnw200. Epub 2016 Aug 21. PMID: 27549303.

8. Masuda Y, Perez RH, Zendo T, Sonomoto K. Nutrition-adaptive control of multiple-bacteriocin production by Weissella hellenica QU 13. J Appl Microbiol. 2016 Jan;120(1):70-9. doi: 10.1111/jam.12997. PMID: 26538298.

9. Masuda Y, Zendo T, Sawa N, Perez RH, Nakayama J, Sonomoto K. Characterization and identification of weissellicin Y and weissellicin M, novel bacteriocins produced by Weissella hellenica QU 13. J Appl Microbiol. 2012 Jan;112(1):99-108. doi: 10.1111/j.1365-2672.2011.05180.x. Epub 2011 Nov 14. PMID: 22008177.


メンバー紹介・研究テーマ

【2020年度】

吉田 藍(学部4年)・リーダーレスバクテリオシンの生合成機構に関する研究