生物機能利用研究部門

生体物質機能利用技術開発ユニット

役割

農業現場やその周辺で見出される生物の特殊な機能や物質に着目し、遺伝子組換え技術の活用を含め、その機能を発現する遺伝子や構造タンパク質を実生活において高度に利活用をする研究に取り組んでいます。

主な研究テーマ

I.遺伝子組換え技術の高度利用に関する研究

遺伝子組換え技術は、次世代の農業・食品産業においても重要なバイオ技術の1つとなっています。この技術を広く活用するには、安全性をより高いものに構築し、物質生産における効率性を向上させることが不可欠です。本研究では、組換え生物を生物学的に封じ込める技術の開発や、農研機構(旧農業生物資源研究所)が中心となって開発した遺伝子組換えカイコ発現システムによる希少有用タンパク質生産の効率化を図る研究を行っています。

培地に非天然アミノ酸(ヨウ化チロシン)を添加した場合において生存・増殖が可能になる大腸菌(写真左)。この微生物はヨウ化チロシンが存在しない自然環境では死滅してしまう(写真右)。このシステムの基本原理を高度に活用することにより、様々な組換え生物を安全に封じ込めることが出来る。

主な研究テーマ

II.生物の乾燥耐性機能を模倣した常温乾燥保存技術の開発

ネムリユスリカの幼虫はカラカラに干からびても、再水和によって生命活動を取り戻すことができる機能を持った生物です。この特殊な分子メカニズムを明らかにするため、農研機構(旧生物資源研究所)が中心となってゲノム概要解読を進め、ネムリユスリカ特有の遺伝子構造が明らかになりました。得られた知見の中から乾燥耐性たらしめる遺伝子を特定し、その因子を活用した生物試料(例えば食品用酵素や生ワクチン、家畜の卵細胞など)の新規な常温保存技術の開発を進めています。

ネムリユスリカ幼虫が乾燥すると、体内のLEAタンパク質(赤)の2次構造は転移し、共存するタンパク質(黄)の非特異的相互作用(凝集)が抑制される。再水和によってLEAタンパク質は元のランダムな状態に戻り、凝集による変性が避けられたタンパク質は、再び代謝活動を始める。

主な研究テーマ

III.繊維タンパク質を用いたバイオデバイスの開発

コラーゲンやシルクは、加工特性に優れた性質を有する構造タンパク質です。このため生体分子特有の機能を活かした新しい素材の開発が容易に行えると考えられています。例えばコラーゲンをガラス化(vitification)する工程を経て作成したゲル(コラーゲンビトリゲル? )は、動物細胞の培養に極めて有用な素材であることが示されています。本研究では、コラーゲンビトリゲル? を基材としたバイオ研究支援ツールの開発や、シルク繊維に特定の酵素や糖鎖などを固定した新しい素材を開発することを行っています。 *コラーゲンビトリゲル? は農研機構の登録商標です

コラーゲンビトリゲル膜? (写真左)を用いたデバイスは、動物細胞の培養実験が容易に行え、市販化することに成功している。またシルクタンパク質は化学反応性の高い官能基を多く有するため、化学的手法(化学修飾技術)や生物学的手法(遺伝子組換えカイコ技術)を用いて新たな特性を付与することが可能である。


メンバー

押方 歩, 加藤 祐輔, 黄川田 隆洋, コルネット・リシャー, 後藤 洋子, 志村 幸子*,
竹澤 俊明, 宮澤 光博**, 渡辺 裕文 (五十音順, *遺伝子組換え研究室兼任, **ユニット長)

メンバーの主な成果 (近年の原著論文 2016-2014 より3報ずつ抜粋)

  • I.遺伝子組換え技術の高度利用に関する研究
    • Kato Y (2015) Tunable translational control using site-specific unnatural amino acid incorporation in Escherichia coli PeerJ 3:e904
    • Kato Y (2015) An engineered bacterium auxotrophic for an unnatural amino acid: a novel biological containment system PeerJ 3:e1247
    • Ishida Y, Tsuchiya W, Fujii T, Fujimoto Z, Miyazawa M, Ishibashi J, Matsuyama S, Ishikawa Y, Yamazaki T (2014) Niemann-Pick type
      C2 protein mediating chemical communication in the worker ant Proceedings of the National Academy of Sciences of the United
      States of America 111(10):3847-3852
  • II.生物の乾燥耐性機能を模倣した常温乾燥保存技術の開発
    • Hatanaka R, Gusev O, Cornette R, Shimura S, Kikuta S, Okada J, Okuda T, Kikawada T (2015) Diversity of the expression profiles of late embryogenesis abundant (LEA) protein encoding genes in the anhydrobiotic midge Polypedilum vanderplanki Planta 242(2):451-459
    • Cornette R, Gusev O, Nakahara Y, Shimura S, Kikawada T, Okuda T (2015) Chironomid midges (Diptera, Chironomidae) show extremely small genome sizes Zoological Science 32(3):248-254
    • Gusev O, Suetsugu Y, Cornette R, Kawashima T, Logacheva M.D, Kondrashov A.S, Penin A.A, Hatanaka R, Kikuta S, Shimura S, Kanamori H, Katayose Y, Matsumoto T, Shagimardanova E, Alexeev D, Govorun V, Wisecaver J, Mikheyev A, Koyanagi R, Fujie M, Nishiyama T, Shigenobu S, Shibata T.F, Golygina V, Hasebe M, Okuda T, Satoh N, Kikawada T (2014) Comparative genome sequencing reveals genomic signature of extreme desiccation tolerance in the anhydrobiotic midge Nature Communications 5:4784
  • III.繊維タンパク質を用いたバイオデバイスの開発
    • Yamaguchi H, Kojima H, Takezawa T (2016) Predictive performance of the Vitrigel-eye irritancy test method using 118 chemicals. Journal of Applied Toxicology 36(8): 1025-1037.
    • Oshikata-Miyazaki A, Takezawa T (2015) Development of an oxygenation culture method for activating the liver-specific functions of HepG2 cells utilizing a collagen vitrigel membrane chamber. Cytotechnology DOI: 10.1007/s10616-015-9934-1.
    • 竹澤俊明 (2015) 細胞の足場となる新素材「コラーゲンビトリゲル膜」の開発とその医薬学分野での実用化構想. 薬剤学 75(6): 344-353.