University of the Ryukyus · Tropical Biosphere Research Center · 准教授

Research keywordsactinomycete natural products・microbial co-culture・cyclic lipopeptides・molecular networking・antimalarial metabolites・antibiotic biosynthesis

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• Microbial distribution on sandstone with honeycomb weathering along rocky coasts in a subtropical environment2026 · Takayuki Ogata, Naoya Shinzato, Hitoshi Matsubara
• Combination of combined-culture of Amycolatopsis sp. with Tsukamurella pulmonis and GNPS molecular networking reveals novel sulfur-containing cyclic lipopeptides thioamycolamides F-I2026 · Pan, CQ; Zhang, L; Kuranaga, T; Onaka, H; Shinzato, N; Kakeya, H
• A new pyranonaphthoquinone, actinoquinonal A, and its congeners from the combined-culture of Streptomyces sp. 23-50 and Tsukamurella pulmonis TP-B05962025 · The combined-culture of actinomycetes with mycolic acid-containing bacteria (MACB) Tsukamurella pulmonis TP-B0596 is a promising strategy to produce cryptic metabolites in actinomycetes. In this study, Streptomyces sp. 23-50 was identified as an appropriate strain for co-culturing with T. pulmonis TP-B0596 using on-gel combined-culture screening of 160 strains of actinomycetes. A new pyranonaphthoquinone, actinoquinonal A (1), along with two known congeners, compound 2 and mevashuntin (3), were isolated from the combined-culture of Streptomyces sp. 23-50 with T. pulmonis TP-B0596 based on global natural product social (GNPS) molecular networking. The planar structures of 1-3 were elucidated by analyzing 2D nuclear magnetic resonance (NMR) and LC-MS/MS spectral data, and the absolute configurations of 1 and 3 were unambiguously determined by comparing experimental and calculated ECD spectra. Moreover, the combined-culture characteristic metabolites, including 3, were enhanced when Streptomyces sp. 23-50 was cultured in the presence of pravastatin, an inhibitor of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A (HMG-CoA) reductase in the mevalonate pathway, suggesting that T. pulmonis TP-B0596 triggered a shunt in the mevalonate pathway of Streptomyces sp. 23-50. Notably, compounds 1 and 3 exhibited cytotoxicity against human cervical epithelioid carcinoma HeLa S3 (IC50 = 60.5 μM for 1, 0.67 μM for 3) and human colorectal cancer HT29 cells (IC50 = 101.9 μM for 1, 0.45 μM for 3).
• New antimalarial iromycin analogs produced by Streptomyces sp. RBL-02922024 · Two new antimalarial compounds, named prenylpyridones A (1) and B (2), were discovered from the actinomycete cultured material of Streptomyces sp. RBL-0292 isolated from the soil on Hamahiga Island in Okinawa prefecture. The structures of 1 and 2 were elucidated as new iromycin analogs having α-pyridone ring by MS and NMR analyses. Compounds 1 and 2 showed moderate in vitro antimalarial activity against chloroquine-sensitive and chloroquine-resistant Plasmodium falciparum strains, with IC50 values ranging from 80.7 to 106.7 µM.

• 下水処理プロセスを担う原生動物のメタン生成マイクロリアクターとしての代謝基盤解析2022 · 本研究では、下水処理プロセスより分離培養に成功した数少ない原生動物株を用いて、その生物活性を支えていると考えられる共生微生物の役割について明らかにすることを目的としている。本研究では、昨年度までに宜野湾浄化センターより培養株を樹立した嫌気性繊毛虫である、Scuticocilliatia GW7株に見出された、α-プロテオバクテリアに属する細胞内共生体、ヒドロゲノソモバクター・エンドシンビオティカスの機能推定を目的として、共生体ゲノムのショットガンシーケンスを行ってドラフトゲノムを取得することに成功している。今年度は、リピート配列により環状化していなかった当該ゲノムの一部領域について、プライマー・ウォーキングを行い、827kbの完全長配列を得ることができた。当該ゲノムは多くの細胞内共生体で見られるようにGC含量が約40％とかなり低く、GW7株とかなり長期にわたって共生関係を築いてきた事が伺えた。また、アノテーションを行った結果、縮退したゲノムに721のタンパク質をコードしていることが示された。ヒドロゲノソモバクターのゲノム解析の結果については、昨年度、概要をまとめて論文として発表した（Shiohama, 2022）。 また、具志川浄化センターから培養化に成功した3株の嫌気性原生動物株について、18SリボソーマルRNA遺伝子による分子同定を行った結果、それらはいずれも下水処理プロセスから報告されている、メトプス・コントールタス、トリミエマ・フィンレイ、トリコミタス・spであることが明らかとなった。蛍光顕微鏡観察と超薄切片の電子顕微鏡観察の結果、メトプス・コントールタスとトリミエマ・フィンレイにはメタン生成菌が細胞内共生している様子が伺えた。
• 新たな実験モデル構築による嫌気性廃水処理システム活性化を担う嫌気性原虫の機能解明2021 · 本研究では、実験室環境で培養樹立した嫌気性繊毛虫、嫌気性細菌およびメタン菌を用いた新たなメタン発酵槽モデルを構築して、嫌気性繊毛虫が嫌気性廃水処理システムのメタン産生量を増加させるメカニズムを明らかにする。 次年度では、初年度で明らかにした嫌気性繊毛虫の共生細菌Ca. Hydrogenosomobacter endosymbioticusの完全長ゲノムより、共生細菌が宿主嫌気性繊毛虫へ与える影響についてバイオデータベースならびにバイオインフォマティクスツールを用いて解析した。その結果、共生細菌Ca. Hydrogenosomobacter endosymbioticusのゲノム上にコードされるATP/ADP translocaseが構造的な健全性を保ち、酵素活性を有している可能性が高いことを明らかにした。共生細菌Ca. Hydrogenosomobacter endosymbioticusはATP合成オルガネラであるヒドロゲノソームに密着して存在していることや、そのジーン・レパートリーより糖やアミノ酸の発酵代謝、水素や低級脂肪酸等の利用も困難であることから、宿主嫌気性繊毛虫のATPを搾取して生育している可能性が高いと考えられた。その一方で、抗生物質で共生細菌Ca. Hydrogenosomobacter endosymbioticusを除くと宿主嫌気性繊毛虫は生育できないことから、共生細菌Ca. Hydrogenosomobacter endosymbioticusは宿主嫌気性繊毛虫の生存に必須のなんらかの機能を担っていることが推測された。今後の研究実施計画では、さらに詳細に共生細菌の代謝経路を解析することにより、共生菌が宿主嫌気性繊毛虫の生存や代謝に果たす役割を明らかにし、嫌気性繊毛虫が嫌気性廃水処理システムのメタン産生量を増加させるメカニズムについて解析を実施する予定である。
• 共生メタン菌を環境中から獲得する嫌気性繊毛虫：共生系確立の分子基盤を解明する2017 · 一部の自由生活性嫌気性繊毛虫は、メタン生成古細菌および機能未知の真正細菌との3者間共生系を確立させている。この共生現象の分子基盤の解明に迫るため、本研究では、長期間安定的に培養されているトリミエマ属の嫌気性繊毛虫を対象に、摂食RNAi実験系の構築を目指した。本研究期間中に実験系構築の成功には至らなかったが、引き続き条件検討を進めていく予定である。一方で新たな嫌気性繊毛虫の培養株（GW7株）の取得に成功し、その共生メタン生成古細菌と共生真正細菌を同定した結果、この共生真正細菌が好気性繊毛虫の核内共生真正細菌と近縁であることを明らかにした。
• 絶滅危惧種水生昆虫の遺伝的多様性の評価に基づく再導入・系統保存策の確立2015 · 絶滅危惧種昆虫の保全の目的として、遺伝子情報をもとにして系統保存、再導入の方法を検討する研究を行った。遺伝子情報は、ギガシークエンサーを使用しマイクロサテライトマーカーを開発した。このマイクロサテライトマーカーを用いて地域個体群の遺伝的多様性・連続性・独自性の検討を行った。これらの結果をふまえ、系統保存個体群を野外に再導入する計画が立てられ、実施された。

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