応用生物学系 岸川淳一 准教授らのグループは、細菌の運動を担うエネルギー変換装置「べん毛モーター固定子」の構造を近原子レベルの分解能で明らかにしました
応用生物学系の岸川淳一准教授らの研究グループは、クライオ電子顕微鏡単粒子解析法※1により、細菌の運動を担うエネルギー変換装置「べん毛モーター固定子」の構造を近原子レベルの分解能で明らかにしました。
海に生息する海洋性ビブリオ菌は、べん毛線維をスクリューのように回転させて泳ぎます。べん毛の回転力は、根元の膜に埋まったモーターの固定子の中をナトリウムイオンが流れることにより生み出されますが、その仕組みはよく分かっていませんでした。本研究グループは、クライオ電子顕微鏡単粒子解析法により、海洋性ビブリオ菌の固定子（PomAPomB）の立体構造を明らかにし、その構造に含まれていたナトリウムイオンの配置から、固定子内のイオン透過経路およびイオン選択方法を突き止めました（図1）。さらに、ナトリウムイオンチャネル阻害剤（フェナミル※2）が結合した固定子の構造を明らかにすることで、阻害剤によりモーターの回転が物理的に阻害されるしくみを解明しました。本研究成果は、将来的に極小分子モーターの工学的開発や細菌の運動を薬剤により制御することで細菌感染に対する予防や治療を目的とした医学的応用につながることが期待されます。
図1.海洋性ビブリオ菌の固定子 (PomAPomB) のナトリウムイオン透過経路
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本研究成果は、2024年12月30日に米国科学誌「Proceedings of the National Academy of Sciences」（外部リンク）にオンライン掲載されました。
＜用語解説＞
※1 クライオ電子顕微鏡単粒子解析法：極低温（クライオ）環境でタンパク質試料に電子線を照射し、得られたタンパク質の二次元投影像から立体構造を解析する手法。一般的な光学顕微鏡で区別できる大きさが数百ナノメートル（ヒトの髪の毛の太さが約百ナノメートル）なのに対し、本手法では数オングストロームの大きさ（水素原子1個の直径が1オングストローム）を区別することができる。
※2 フェナミル：利尿剤として用いられている化合物「アミロライド」の誘導体の一種。アミロライドとその誘導体は生物の様々なナトリウムイオン輸送体に結合し、ナトリウムイオンの輸送を阻害することが分かっている。
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