研究室・教員

ストレス微生物科学 (高木研究室)

高木博史教授の顔写真 木俣行雄准教授の顔写真
教授
高木 博史
准教授
木俣 行雄
助教
那須野 亮、西村 明
Email
{ hiro, kimata, r-nasuno, nishimura}@bs.naist.jp
研究室HP
https://bsw3.naist.jp/takagi/

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

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

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

酵母における小胞体ストレスとその応答に関する研究

図1
(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
(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
(図3) 酵母ユビキチンリガーゼRsp5の分子機能
図4
(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

主な発表論文・著作

酵母のバイオサイエンス

  1. Takpho N. et al., Metab. Eng., 46, 60-67, 2018
  2. Mai C. T. et al., FEMS Yeast Res., 18, foy16, 2018
  3. Yeon J. Y. et al., Sci. Rep., 8, 2377, 2018
  4. Watcharawipas A. et al., FEMS Yeast Res., 17, fox083, 2017
  5. Tatehashi Y. et al., FEBS Lett., 590, 2906-2914, 2016
  6. Yoshikawa Y. et al., Nitric Oxide-Biol. Chem., 57, 85-91, 2016
  7. Astuti R. I. et al., Nitric Oxide-Biol. Chem., 52, 29-40, 2016
  8. Nasuno R. et al., J. Biochem., 159, 271-277, 2016
  9. Wijayanti I. et al., J. Biochem., 157, 251-260, 2015
  10. Nasuno R., et al., PLoS One, 9, e113788, 2014
  11. Shiga T., et al., Eukaryot. Cell, 13, 1191-1199, 2014
  12. Nasuno R. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 110, 11821-11826, 2013
  13. Kimata et al., J. Cell Biol., 179, 75-86, 2007
  14. Nomura M. & Takagi H., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 12616-12621, 2004
  15. 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., 85, e02083-18, 2019
  2. Watanabe D. et al., Appl. Environ. Microbiol., 84, e00406-18, 2018
  3. Tsolmonbaatar. et al., Int. J. Food Microbiol., 238, 233-240, 2016
  4. Takagi H et al., J. Biosci. Bioeng., 119, 140-147, 2015