図 1 酵母におけるプロリンとアルギニンの代謝経路

図 2 酵母に見出した一酸化窒素による酸化ストレス耐性機構

図 3 酵母ユビキチンリガーゼ Rsp5 の分子機能

図４ 酵母のストレス耐性機構を介したアルコール発酵調節

研究・教育の 概要

微 生 物 の バ イ オ サ イ エ ン ス を 基 盤 に 、 新 た な バ イ オ イ ン

ダ ス ト リ ー へ の 展 開 を 目 的 と し た 「 応 用 分 子 微 生 物 学 」 に

関 す る 研 究 ・ 教 育 を 行 い ま す 。

具 体 的 に は 、 酵 母 な ど の 微 生 物 が 有 す る 様 々 な 細 胞 機 能

シ ス テ ム に つ い て 、 環 境 ス ト レ ス （ 酸 化 ・ 還 元 、 高 温 、 冷

凍 、 乾 燥 、 浸 透 圧 、 エ タ ノ ー ル 、 低 栄 養 な ど ） へ の 新 し い

適 応 機 構 を 中 心 に 、 分 子 ・ 代 謝 ・ 細 胞 レ ベ ル で 詳 細 な 解 析

を 行 な い 、 微 生 物 の 複 雑 か つ 巧 妙 な 機 能 に 対 す る 理 解 を 深

め ま す 。 ま た 、 私 た ち が 見 出 し た 基 礎 的 な 研 究 成 果 を 有 用

な 微 生 物 育 種 、 物 質 生 産 な ど の 技 術 開 発 に 応 用 し 、 食 糧 、

エ ネ ル ギ ー 、 環 境 、 生 命 に 関 連 す る バ イ オ テ ク ノ ロ ジ ー に

貢 献 す る こ と を 目 指 し て い ま す 。

主 な 研 究 テ ー マ

１ ） 酵母における新規なストレス応答・耐性機構の解明（図 1, 2, 3 ）

高 等 生 物 の モ デ ル と し て 、 ま た 発 酵 食 品 ・ バ イ オ エ タ ノ ー

ル 等 の 製 造 に も 重 要 な 酵 母 を 用 い て 、 私 た ち が 新 た に 見 出

し た 、 様 々 な 環 境 ス ト レ ス に 対 す る 細 胞 の 応 答 ・ 耐 性 の 分

子 機 構 を 解 明 し ま す （ バ イ オ サ イ エ ン ス ） 。 微 生 物 は 、 進

化 の 過 程 で ス ト レ ス を 迅 速 に 認 識 し 、 か つ 正 確 に 処 理 す る

シ ス テ ム を 獲 得 し て お り 、 微 生 物 の 研 究 に よ っ て 、 環 境 適

応 や 生 命 応 答 の 全 体 像 を 捉 え る こ と も 可 能 で す 。｢ ｣ プ ロ リ ン の 生 理 的 役 割 と 細 胞 内 オ ル ガ ネ ラ へ の 輸 送 機 構

プ ロ リ ン / ア ル ギ ニ ン 代 謝 を 介 し た 一 酸 化 窒 素 (NO) の 生

成 機 構 と 生 理 機 能

ユ ビ キ チ ン シ ス テ ム に よ る 異 常 タ ン パ ク 質 の 修 復 ・ 分 解

機 構

２ ） ストレス応答・耐性機構の産業酵母の育種への応用（図 4 ）

微 生 物 に よ る 発 酵 生 産 過 程 は 細 胞 に と っ て ス ト レ ス 環 境 で

あ る た め 、 微 生 物 の 有 用 機 能 （ エ タ ノ ー ル 、 炭 酸 ガ ス 、

味 ・ 風 味 成 分 、 ア ミ ノ 酸 、 有 機 化 合 物 の 生 産 な ど ） が 制 限

さ れ 、 発 酵 生 産 力 に も 限 界 が あ り ま す 。 そ こ で 、 私 た ち が

見 出 し た 基 礎 的 知 見 を 活 用 し 、 ス ト レ ス 耐 性 能 を 高 め た 産

業 酵 母 の 育 種 に 応 用 す る 研 究 を 進 め て い ま す （ バ イ オ テ ク

ノ ロ ジ ー ） 。

ス ト レ ス 耐 性 機 構 を 介 し た ア ル コ ー ル 発 酵 調 節 機 構

ス ト レ ス 耐 性 機 構 の 高 機 能 化 と 高 度 利 用 に よ る 産 業 酵 母

の 育 種

３ ） 大腸菌におけるシステインおよび硫黄代謝化合物の代謝調節機構・生理機能の解明

主 な 発 表 論 文 ・ 著 作

酵 母 の バ イ オ サ イ エ ン ス[1] Tatehashi Y. et al., FEBS Lett., 590,

2906-2914, 2016[2] Yoshikawa Y. et al., Nitric Oxide-Biol.

Chem., 57, 85-91, 2016[3] Astuti R. I. et al., Nitric Oxide-Biol.

Chem., 52, 29-40, 2016[4] Nasuno R. et al., J. Biochem., 159,

271-277, 2016[5] Watanabe D. et al., Biochem. Biophys.

Res. Commun., 463, 76-81, 2015[6] Wijayanti I. et al., J. Biochem., 157,

251-260, 2015[7] Nasuno R. et al., PLoS One, 9,

e113788, 2014[8] Oshiro S. & Takagi H., FEMS Yeast

Res., 14, 1015-1027, 2014[9] Shiga T. et al., Eukaryot. Cell, 13,

1191-1199, 2014[10] Nasuno R. et al., Proc. Natl. Acad. Sci.

USA, 110, 11821-11826, 2013[11] Nishimura A. et al., Biochem. Biophys.

Res. Commun., 430, 137-143, 2013[12] Sasaki T. & Takagi H. Gene Cells, 18,

459-475, 2013[13] Nomura M. & Takagi H., Proc. Natl.

Acad. Sci. USA, 101, 12616-12621, 2004

[14] Hoshikawa C. et al., Proc. Natl. Acad.

Sci. USA, 100, 11505-11510, 2003酵 母 の バ イ オ テ ク ノ ロ ジ ー[1] Watanabe D. et al., Appl. Environ.

Microbiol., 82, 340-351, 2016[2] Takagi H. et al., J. Biosci. Bioeng., 119,

140-147, 2015[3] Watanabe D. et al., Appl. Environ.

Microbiol., 78, 4008-4016, 2012[4] Sasano Y. et al., Microb. Cell Fact., 11,

40, 2012

ストレス微生物科学

バイオサイエンス研究科

教授 ：高木　博史 ：hiro@bs.naist.jp准教授 ：木俣　行雄 ：kimata@bs.naist.jp助教 ：渡辺　大輔 ： d-watanabe@bs.naist.jp助教 ：那須野　亮 ：r-nasuno@bs.naist.jp

http: //bsw3.naist. jp/takagi/