バイオテクノロジー

NBRCニュース 第70号

◆◇◆ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ◆◇◆
                      NBRCニュース No. 70(2021.8.2)
◆◇◆ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ◆◇◆

 NBRCニュース第70号をお届けします。今号は、連載「微生物あれこれ」にて、バクテリ
オファージについてご紹介します。また、連載「プラスチックと微生物」では、海藻から
バイオプラスチックを合成する菌の探索に関する研究をご紹介します。最後までお読みい
ただければ幸いです。
 なお、今号6.のご案内のとおり、NBRCが提供するサービスに関するアンケートを始め
ます。また、引き続き、NBRCニュースに関するアンケートを実施しています。ぜひ忌憚な
いご意見をお寄せください。

================================================================================
 内容
================================================================================
 1.新たにご利用可能となった微生物株
 2.微生物あれこれ(55)
   バクテリオファージ
 3.プラスチックと微生物(2)
   海藻利用を目指した新たなバイオプラスチック合成菌の探索と発見
 4.NBRCの展示について
 5.お盆を含む期間のNBRC株・RD株・DNAリソース・NBRC微生物カクテルの発送休止
   及びバックアップの受入休止について
 6.NBRCが提供するサービスに関するアンケート調査への協力のお願い

================================================================================
 1.新たにご利用可能となった微生物株
================================================================================
◆NBRC株
 酵母16株、糸状菌5株、細菌33株が新たにご利用可能となりました。
 糸状菌では、家電から分離された汚染菌として、以下の菌株を公開しました。防カビ性
能評価や汚染検査の参照株としての活用が期待されます。

・分離源:家庭用エアコン
 Aspergillus tubingensis NBRC 114769
 Simplicillium sympodiophorum NBRC 114578NBRC 114579
 Toxicocladosporium irritans NBRC 114583

・分離源:家庭用洗濯機
 Exophiala dermatitidis NBRC 114590

 細菌では、日本人の糞便由来で腸内の優勢菌であるBacteroides fragilis NBRC 115138
と、腸炎等の原因菌として知られるClostridioides difficile NBRC 115139を公開しまし
た。

【詳細】 https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/nbrc/new_strain/new_dna.html

================================================================================
 2.微生物あれこれ(55)
   バクテリオファージ                 (藤田克利、田村朋彦)
================================================================================
 今回の微生物あれこれでは、バクテリオファージを紹介します。バクテリオファージ
は、ISOやJIS等の規格の抗ウイルス試験において、インフルエンザ等の代替ウイルスとし
て規定されており、昨年は新型コロナウイルス感染拡大に伴うウイルス対応関連の製品開
発に使用されるためか、NBRCにおいてバクテリオファージの分譲数が例年の数倍を記録い
たしました。これまでユーザーの皆様からいただいたご質問に関連する項目を含めてご紹
介いたします。

 バクテリオファージ(bacteriophage)はウイルスの一種で、細菌を宿主としており、
「細菌(bacteria)を食べるもの(ギリシア語:phagos)」を意味しています。バクテリ
オファージ(以下、ファージ)は、形態とゲノムを構成している核酸の種類で分類されて
います。形態では、形と膜の有無、核酸の種類では、二本鎖DNA、一本鎖DNA、二本鎖RNA
あるいは一本鎖RNAに基づいて分けられます。また、二本鎖DNAファージの中には生活環が
異なるものがあり、例えばラムダファージは宿主の染色体に入り込むことができる溶原化
(temperate)ファージであるのに対して、T4ファージは宿主を溶菌するだけの毒性
(virulent)ファージです。ファージはウイルスですので、増殖に宿主が必要です。その
ため宿主となる細菌がいる環境にはどこにでもファージが存在します。次世代シーケンサ
ーにより環境中のファージを含むウイルスの検出が容易となり、地球上のバイオマス中に
ウイルスの占める割合が非常に大きいことが判明しています。後述するようにファージは
宿主のDNAを別の株に移行できる能力があり、遺伝子の水平伝播を通じた細菌の進化に関
与していると示唆されています。病原性をファージにより獲得する例もあります。コレラ
菌はコレラ毒素を産生する遺伝子をもつファージが感染・溶原化したことによりコレラ毒
素を産生するようになりました。

 次にファージとその宿主の研究が生物学に及ぼした影響について述べたいと思います。
現在の生物学はモデル生物と呼ばれる共通の条件下において利用可能な生物を研究対象と
することで、研究結果の再現性や第三者の評価が可能となり、科学的に信頼できるデータ
が蓄積され発展してきました。ファージもそのモデル生物として宿主を含め生物学、特に
遺伝学や分子生物学分野の発展に貢献しています。以下にいくつかの例を述べます。
 1)PCRが発明される前は、遺伝子組換えのために細胞外でDNAを操作する手段として、
DNAを切断する制限酵素はなくてはならないものでした。制限酵素はファージと宿主の研
究から発見されました。制限酵素は、宿主細胞内に侵入したファージなどの外来核酸を切
断する宿主の免疫機構の1つです。
 2)溶原化ファージの一部は宿主のゲノムの断片を取り込むことがあります。次に感染
させた別の宿主の染色体にその断片を移行することで宿主の形質を変更する技術を形質導
入と呼びます。現在広く使用されているコンピテントセルを使用した形質転換技術が確立
する前には重要な技術でした。
 3)一般によく使用されているベクター上のプロモーターなどの有用配列の多くはファ
ージ由来です。また、NBRCから分譲しているヒトGatewayTMエントリークローンから、
発現用のデスティネーションベクターに簡単に移行できるGatewayTM技術には、ラムダ
ファージが宿主の染色体に溶原化する機構が使用されています。
 4)全ゲノムをランダムに複製・増幅し、1細胞のゲノムDNAでもシーケンスを可能にし
たGenomiPhiTM技術はファージ由来の酵素を使用しています。
 5)2020年にノーベル化学賞を受賞した2名の研究者が確立したCRISPR/Cas9技術は、制
限酵素と同じく、細菌やアーキアの細胞内に侵入したファージの核酸を切断するという宿
主の免疫機構として発見されたものです。
 以上のように、ファージそのもの、もしくは宿主との相互作用の研究により得られた技
術が、現在の生物学の発展に大きく寄与していると考えても良いと思います。

 最初に述べましたように、ISOやJIS等の規格試験に使用するファージが規定されていま
す。規定されたファージについては以下のページからご覧ください。規格によってはNBRC
株が規定されているものと、同等株(由来が同じ株)が規定されているものがございます
のでご注意ください。
 https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/nbrc/use/specialset.html

 規定されているファージは少なく、ほぼ3種(MS2 [NBRC 102619], Qβ [NBRC 20012],
φX174 [NBRC 103405])に限定されます。これらのファージは、ファージと聞いてすぐに
思い浮かぶT4ファージのような特徴的な形態ではなく、ウイルスで多い正二十面体です。
MS2やQβは直径が26 nmで、φX174も同程度の大きさですが、前2者は核酸がRNAで、後
者はDNAという違いがあります。これら3種のファージに加えて、規格には規定されていま
せんが、φ6(NBRC 105899)が昨年、特に需要が伸びました。φ6は脂質膜とスパイクを
有するRNAファージで、同様の構造を持つインフルエンザウイルスやコロナウイルスの代替
として選ばれているようです (1)。ファージ選択のポイントについて述べるのは難しいで
すが、構造と核酸の種類で選択されていると思われます。

 上述しましたように、近年ファージの依頼が増えており、初めてファージを取り扱う方も
多いようです。そのため、取り扱い方法の質問が多くなっている傾向があります。過去の
NBRCニュースに培養法と保存法を掲載しているので参照ください。

ファージ培養法:
 https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/others/nbrcnews/news_vol08.html#news8_3
 https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/others/nbrcnews/news_vol32.html#news32_4
ファージ保存法:
 https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/others/nbrcnews/news_vol21.html#news21_3

 最後に、ファージを利用した最近の研究動向について述べたいと思います。ファージが
発見された当時は、細菌を殺すことができるファージを治療に利用しようと、ファージセ
ラピーが研究され、一部実用化されていました。しかしながら、抗生物質が発見され工業
的に生産されるようになると、ファージセラピーは廃れてしまい、東欧の一部(ジョージ
ア)等で研究や使用が続けられるのみとなりました。大量の抗生物質の使用により多剤耐
性菌が問題となるようになり、ファージセラピーが再注目され、アメリカでは臨床例が増
えています。また、食中毒を起こすリステリア菌を除去するファージ製品として、アメリ
カ食品医薬品局(FDA)が食品添加物として認めた例もあります。日本の大学ではまずは
農林水産業を中心に研究が進んでおり、ファージ研究会などを通してその一端を垣間見る
ことができます。NBRCにも家畜ファージセラピー用に取得されたファージが寄託されてい
ます(NBRC 110650NBRC 113760)。しかしながら、宿主集団にはある頻度でファージに
対する耐性を持つ個体が存在するため、ファージセラピーでも耐性菌が問題になってきま
す。耐性菌に備えてあらかじめ他品種のファージをストックし、複数種のファージをカク
テルとして投入するのも手段の一つですが、カクテルとして投与すると殺菌能力が落ちる
事例も報告されており、一筋縄ではいかないようです。現在では合成生物学的手法を含め、
医療分野でも複数の大学等でファージセラピーの実用化に向けた研究も進んでいます。

【文献】
(1) Fedorenko et al. (2020). Sci. Rep. 10, 22419.

================================================================================
 3.プラスチックと微生物(2)
   海藻利用を目指した新たなバイオプラスチック合成菌の探索と発見
               (岩手大学農学部応用生物化学科 准教授 山田美和)
================================================================================
 一部の細菌は、プラスチックを細胞内に蓄積できることをご存知でしょうか?1926年に
Lemoigne博士は、炭素が豊富に存在する窒素制限条件において、Bacillus megateriumが
脂肪族ポリエステルであるポリヒドロキシアルカン酸(PHA)の顆粒を細胞内に蓄積する
ことを見出しました(1)。その後、様々な環境から単離された細菌がPHAを合成可能なこ
とが明らかとなっています(2)。現在のところPHAは、細菌にとってのエネルギー貯蔵物
質やストレス耐性を向上させるための因子のひとつと考えられています。微生物にとって
は生存戦略のための物質が、人間にとっては材料として使用できる可能性があるのですか
ら面白いものです。また、微生物が合成するPHAは、微生物の種類や、培地に添加する炭
素源の種類によって、多様なモノマーユニットの化学構造を持つことが確認されています。
多くの微生物は、3-ヒドロキシブタン酸(3HB)ユニットのみからなるホモポリマーのポリ
(3-ヒドロキシブタン酸)(P(3HB))(最も典型的なPHA)を合成するのですが、P(3HB)
は物性としては硬くて脆い性質を示すため、応用先が限られてしまいます。それに対し
て、一部のPHA合成菌は3HBユニットに加えて、側鎖の炭素数が長い3-ヒドロキシアルカン
酸(3-HA)ユニットが共重合化したPHA共重合体を合成することができ、PHA共重合体では
柔軟性が付与されることが知られています。また、近年では、組換え大腸菌に人工的な代
謝経路を構築した結果、天然の微生物では合成できなかったモノマーユニット(乳酸、グ
リコール酸など)を有する新たなPHA共重合体の生合成が可能となり、PHAの応用可能な範
囲が広がりつつあります。よって、バイオプラスチックのPHAが、従来の石油系プラスチ
ックの一部を代替できると強く期待されています。さらに、PHAは海洋を含めた多くの環
境中で良好に生分解されることも知られており、PHAの普及は、近年特に問題視されてい
るマイクロプラスチックによる海洋汚染問題に対する解決策のひとつにもなり得ると考え
られます。

 近年では、国内外の企業でPHAの工業生産が開始されており、国内では大手化学メー
カーのカネカ社が汎用性の高い性質を示すPHA共重合体を微生物合成し、すでに販売して
おられます。また、PHAの合成法は、バイオマスを原料としたオールバイオプロセスであ
るという点も特筆すべき特徴です。バイオプラスチックは、PHA以外にもポリ乳酸など多
様な化学構造を有するものが報告されていますが、ポリ乳酸は、微生物発酵によって乳酸
モノマーを合成するステップと、化学合成によって乳酸モノマーを重合するステップを必
要とします。それに対して、PHAはモノマー供給とポリマーの合成までの全てを微生物細
胞内で行うことができるため、原料の種類だけでなく合成プロセスにおける環境への負荷
が低いことも期待されています。
 
 ここで、我々の研究室では、これまでのPHA合成が食料とは非競合の陸上植物系バイオ
マスや、バイオ燃料生産工程で副産物となるグリセロールなどの廃棄物を原料とした合成
が主である点に着目しました。我々は、新たな原料として海洋バイオマスである海藻を利
用できないかと考えています。筆者の大学がある岩手県の沿岸地域では、食用海藻である
コンブやワカメの養殖が非常に盛んですが、養殖や加工の現場では少なからず廃棄部位が
生じ、産業廃棄物となっています。当初は、この廃棄部位をPHA合成に使用できないかと
考えました。そこで、コンブやワカメが分類される褐藻類の糖質を調査したところ、アル
ギン酸やマンニトールを主に含有していることが明らかとなり、これらは陸上植物の糖質
とは異なっていました。既知のPHA合成菌では、これらの糖質を炭素源としてPHA合成に利
用できる報告は少なく、特にアルギン酸をPHA合成に利用できる微生物の報告については、
研究開始時はひとつもありませんでした。そこで、我々は岩手県の大船渡湾などからマン
ニトールやアルギン酸を単一炭素源としてPHA合成できる微生物を探索し、数年かけてよ
うやく、マンニトールを単一炭素源としてP(3HB)を合成するBurkholderia属細菌(3)と、
アルギン酸を単一炭素源としてP(3HB)を合成する2株のCobetia属細菌(4)を見出すこと
に成功しました。上述したように、アルギン酸を利用できるPHA合成菌は珍しかったため、
2株のCobetia属細菌をNITE P-02758とNITE P-02759として寄託し、論文のみでなく特許出
願も行うことができました。各菌を用いた際のP(3HB)の生産量は、フラスコ培養レベルで
1.5 g/培地1 L(Burkholderia属細菌使用時)および3.1 g/培地1 L(Cobetia属細菌使用
時)と、商業化されている菌株と炭素源を用いた際のフラスコ培養レベルの生産量(20 g
/培地1 L)よりもまだかなり低いですが、培養条件の最適化や遺伝子組換え等を行ってい
ない菌株での生産量としては、悪くない値です。また、興味深いことに、Cobetia属細菌
は、乾燥させて粉砕したワカメの廃棄部位を栄養制限培地に添加した際もP(3HB)を合成す
ることが明らかとなっています(4)。本成果は、海藻を原料とした際、化学的あるいは酵
素による糖化処理を必要としない、簡便なPHA合成法を開発できる可能性を示しています。
今後は、我々が新たに取得したこの菌株を用いて、スケールアップした条件下でのPHA生
産性の高い培養条件の検討や、PHA生産能力の高い遺伝子組換え株の作製などを試み、
PHA生産性の向上を実現したいと考えています。さらに、海藻を原料としてPHA合成を行う
際には、培養に利用するための適切な原料処理法も検討する必要があると考えています。
 
 海藻を原料としたPHA合成法を実用的な技術とするためには、まだまだ検討しなければ
ならない課題は多いですが、日本において海藻は自前で豊富に入手できる貴重なバイオマ
ス資源のひとつであるため、海藻を原料としたPHAの微生物合成は、将来的に活躍できる
であろうとの夢を持って日々研究を進めています。

【文献】
(1) Lemoigne (1926). Bull. Soc. Chem. Biol. 8, 770–782.
(2) Doi (1990). Microbial polyesters, VCH Publishers.
(3) Yamada et al. (2018). Fish. Sci. 84, 405–412.
(4) Moriya et al. (2020). Front. Bioeng. Biotechnol. 8, 974.

================================================================================
 4.NBRCの展示について
================================================================================
 以下のイベントにて講演を行います。ぜひご参加ください。

日本防菌防黴学会 第48回年次大会
 日時:2021年9月8日(水)~9日(木)
 場所:オンライン
 参加申込期間:2021年6月14日(月)~8月17日(火)
 https://www.saaaj.jp/conference/
 なお、NITE職員が行う講演は以下のとおりです。
  9月9日 シンポジウム9:微生物・ウイルス試験の迅速化技術および抗菌剤・抗ウイ
              ルス剤の性能評価方法
  2S9-Dp07 「NITEが行った新型コロナウイルスに対する消毒方法の有効性評価とその
        後の対応について」

================================================================================
 5.お盆を含む期間のNBRC株・RD株・DNAリソース・NBRC微生物カクテルの発送休止
   及びバックアップの受入休止について
================================================================================
 NBRCでは以下の期間中、微生物等の発送及び受入を休止させていただきます。

発送・受入休止期間:2021年8月4日(水)~15日(日)

【詳細】 https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/information/holiday.html

================================================================================
 6.NBRCが提供するサービスに関するアンケート調査への協力のお願い
================================================================================
 NBRCでは、NBRC株等の収集、保存、提供業務について、サービスの向上及び一貫性をも
った品質の維持に努めています。また、そのための管理体制はISO 9001の国際規格の認証
を取得しています。NBRCのサービスのより一層の改善のため、皆様のご意見をお聞かせくだ
さい。
 また、本アンケートの後半では、今後NBRCに加えてほしい微生物株やサービス等の希望
調査も併せて行っています。調査へのご協力をよろしくお願いいたします。

【NBRCが提供するサービスに関するアンケート】
 https://reg34.smp.ne.jp/regist/is?SMPFORM=lena-lhkbpf-aeb592c615b92f88e8ce16b801af9711
 所用時間(目安):7分
 実施期間:2021年8月2日(月)~10月31日(日)まで

 なお、前号より開設した「NBRCニュース」に関するアンケートも引き続き実施しており
ますので、併せてご協力ください。

【NBRCニュースに関するアンケート】
 https://reg34.smp.ne.jp/regist/is?SMPFORM=lena-lhkflf-50df56c4d7f42979dc8c7e3041b862f8
【NBRCニュースバックナンバー】
 https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/others/nbrcnews/nbrcnews.html

================================================================================
 編集後記
================================================================================
 我が家の庭にはモモの木があります。春に花を楽しむために植えたものなのですが、昨
年から実が成り始めました。でも、手入れもほとんどしておらず収穫は小さな実が10個程
度と残念な結果でした。一転今年はたくさんの実が付いたので、期待して収穫を行いまし
た。ところが実際には想像をはるかに上回る数が実っていたため、収穫したうちの3割程
度しか消費できずという、昨年とは違った残念な結果に終わりました。現状の正確な把握
とそれに応じた対応が重要だと実感させられる一件となりました。(SB2)

================================================================================
微生物に関する情報、ツールを公開しています。ぜひご活用ください!
●微生物情報の検索は「DBRP(生物資源データプラットフォーム)」
 https://www.nite.go.jp/nbrc/dbrp/top
▲NBRC株の検索、ご依頼は「NBRCオンラインカタログ」
 https://www.nite.go.jp/nbrc/catalogue/NBRCDispSearchServlet?lang=ja
◆微生物の復元、培養、保存法の紹介動画
 https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/support/ampoule.html
■微生物の有害情報の検索は「M-RINDA(微生物有害情報データベース)」
 https://www.nite.go.jp/nbrc/mrinda/
================================================================================

◆◇◆ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ◆◇◆
 ・画像付きのバックナンバーを以下のサイトに掲載しております。受信アドレス変更、
  受信停止も以下のサイトからお手続きいただけます。
  https://www.nite.go.jp/nbrc/cultures/others/nbrcnews/nbrcnews.html
 ・NBRCニュースは配信登録いただいたメールアドレスにお送りしております。
  万が一間違えて配信されておりましたら、お手数ですが、下記のアドレスにご連絡
  ください。
 ・ご質問、転載のご要望など、NBRCニュースについてのお問い合わせは、下記のアド
  レスにご連絡ください。
 ・掲載内容は予告なく変更することがございます。掲載内容を許可なく複製・転載さ
  れることを禁止します。
 ・偶数月の1日(休日の場合はその前後)に配信します。第71号は2021年10月1日に配
  信予定です。

  編集・発行
   独立行政法人製品評価技術基盤機構(NITE)バイオテクノロジーセンター(NBRC)
   NBRCニュース編集局(nbrcnews@nite.go.jp)
◆◇◆ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ◆◇◆

お問い合わせ

独立行政法人製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジーセンター  生物資源利用促進課
TEL:0438-20-5763  FAX:0438-52-2329
住所:〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8 地図
お問い合わせフォームへ