東京大学 農学生命科学研究科 研究成果

酸素は地球上に豊富に存在する分子であり、多くの生物が酸素を使った呼吸によりエネルギーを獲得しています。しかし酸素を細胞内に取り入れる事にはリスクも伴い、酸素の利用により発生する活性酸素種は生体分子にダメージを与えるため、生物はそれらから身を守る防御システムを有しています。一方、古い進化的起源を有する古細菌や一部の細菌からは、酸素存在下では生育できないものが多く見つかっています。本研究で取り扱っているHydrogenobacter thermophilusも古い起源を有する細菌の一つで、酸化ストレスに弱い代謝系を持っています。しかし、本菌は例外的に酸素存在下で旺盛に生育します。そのため我々は、本菌の酸化ストレス防御機構に着目し、解析を行いました。

我々はゲノム情報から、あるタンパク質(Ferriperoxin (Fpx)と命名)に着目しました。Fpxは、他の菌で活性酸素種分解酵素として機能することが知られているRubrerythrin (Rbr)と相同性を示しました。しかし、Rbrは2つのドメインから構成されているのに対し、Fpxはその片方のドメインしか持っていませんでした。我々はFpxの機能解析を進め、活性酸素種分解能を持つことを明らかにしました。細胞内での機能を明らかにするため、この遺伝子を破壊した株を構築しました。様々な酸素濃度での本菌の生育を観察すると、遺伝子破壊株は酸素が多く存在する環境では生育できないことが分かり、この酵素が好気的な生育に必須であることが示されました。さらに、立体構造のモデリング解析と他のホモログとの配列比較により、Fpxが熱安定性に有利な構造をとっていることが示唆されました。また、系統解析からは、FpxはRbrの祖先型であることが示唆されました。

進化的に古い起源を有する本菌が、進化的に古いと思われる酸化ストレス防御機構を持つことは興味深いことです。本研究の結果は生物の酸素関連代謝の進化を論じる上で重要であると考えられます。