A Widespread group of large plasmids in methanotrophic archaea

Schoelmerich, M. C.*; Oubouter, H. T.*; Sachdeva, R.*; Penev, P. I.*; 天野 由記; West-Roberts, J.*; Welte, C. U.*; Banfield, J. F.*

Nature Communications (Internet), 13, p.7085_1 - 7085_11, 2022/11

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34588-9

Anaerobic methanotrophic archaea (ANME) make energy from the breakdown of methane, an important driver of global warming, yet the extrachromosomal genetic elements that impact the activities of ANME are little understood. Here we describe large plasmids associated with ANME of the Methanoperedens Genus. These have been maintained in two enrichment bioreactors that are highly dominated by different species and associate with species in other anaerobic environments. By manual curation we show that two of the plasmids are large (155,607 bp and 191,912 bp), circular, and replicate bidirectionally. The group of species that carry these plasmids is related to , and and the plasmids occur in the same copy number as the main chromosome. The larger plasmid encodes transporters that potentially enhance access to Ni, which is required for the MCR complex, Co required for the cobalamin cofactor needed for methyltransferases tied to central processes and amino acid uptake. We show that many plasmid genes are actively transcribed, including genes involved in plasmid chromosome maintenance and segregation, a Co/Ni transporter and cell protective proteins. Notably, plasmid-borne genes for a ribosomal protein uL16 and adjacent elongation factor eEF2 are highly expressed. These are not encoded in the host genome, indicating an obligate interdependence between this plasmid and its host. The finding of plasmids of opens the way for the development of genetic vectors that could be used to probe little understood aspects of physiology. Ultimately, this may provide a route to introduce or alter genes that may enhance growth and overall metabolism to accelerate methane oxidation rates.

Analysis of intracellular distribution of boron and gadolinium in 9L sarcoma cells using a single-ended accelerator (Micro PIXE)

遠藤 聖*; 柴田 靖*; 吉田 文代*; 中井 啓*; 山本 哲哉*; 松村 明*; 石井 慶造*; 酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 及川 将一*; et al.

Proceedings of 11th World Congress on Neutron Capture Therapy (ISNCT-11) (CD-ROM), 2 Pages, 2004/10

原研の高崎研究所にあるシングルエンド加速器(Micro PIXE)を用いて細胞内でのホウ素及びガドリニウムの定量を試みた。Micro PIXEは直径1m以下のマイクロビームを用いて元素分布の分析を可能にするものである。実験の結果、P, S, Gd等の分布を分析することが可能であることがわかった。しかし、K及びGdが細胞周辺に分布していることから、細胞壁の破壊や細胞内への取り込み不全が考えられた。今後、これらの問題に対処するとともに、細胞内のホウ素分布を求め、BNCTの有効活用に資する予定である。

Neutron crystallographic study on rubredoxin from by BIX-3, a single-crystal diffractometer for biomacromolecules

栗原 和男; 田中 伊知朗*; 茶竹 俊行*; Adams, M. W. W.*; Jenney, F. E. Jr.*; Moiseeva, N.*; Bau, R.*; 新村 信雄

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(31), p.11215 - 11220, 2004/08

https://doi.org/10.1073/pnas.0403807101

原研原子炉JRR-3設置の生体高分子用中性子回折装置BIX-3を用いて、高い熱安定性を持つ由来ルブレドキシンの中性子結晶構造解析を行った。結晶化はH原子からのバックグラウンドを抑えるため重水中で行った。回折実験は常温で行い、1.5分解能でデータ収率81.9%を得た。立体構造モデルの精密化では、306個のH原子と50個のD原子及び37個の水和水を同定した。その結果、モデルの信頼性を示す因子及び因子は最終的に各々18.6%, 21.7%となった。この中性子解析により、X線解析では明確でなかったアミノ酸側鎖のO-D結合の方位を明らかにできた。また、主鎖のN-H結合のH原子は多くがD原子に置換されている一方で、その中で5つのH原子は置換されずに保たれていることがわかった。これはその周囲の高い構造安定性を示す。さらに中性子散乱密度図では、このタンパク質の高い熱安定性に寄与していると考えられているND末端のその周囲に広がる水素結合ネットワークを詳細に明らかにすることができた。

世界最高性能を誇る中性子回折装置

新村 信雄; 栗原 和男; 田中 伊知朗

化学, 59(2), p.46 - 47, 2004/02

タンパク質は3次元立体構造を構築してはじめて機能(酵素反応,情報伝達等)を発揮し、それには、水素原子,水分子及び分子内,分子間水素結合が直接的,間接的に関与している。しかし、水素原子からのX線の散乱は極めて弱いので、X線結晶解析法で決定された立体構造には水素原子の位置情報が含まれない。そのため、常に水素原子が絡んだ機能解明には何らかの類推が入り、議論をあやふやにしていた嫌いがあった。これを可能にする唯一の実験手法が中性子回折法である。われわれは中性子イメージングプレート(NIP)や高性能中性子モノクロメータを開発実用化し、これらを備えた世界最高性能の中性子回折装置を原研JRR-3に設置した。原子炉からの熱中性子(波長約0.1nm)をタンパク質単結晶(1mm角が必要)に照射し、単結晶でブラグ反射した中性子をNIPで検出し、解析することで、原則的にタンパク質や水和水のすべての水素原子を決定できる。熱中性子はタンパク質結晶に放射線障害を与えないので、実験は常温下で行える。これらデータを解析することで、タンパク質や水和構造の水素原子を決定する。なお、現在世界でタンパク質の中性子回折実験ができるのは、日本の原研,フランスのラウエランジュバン研究所,アメリカのロスアラモス研究所の3か所である。

Neutron diffraction study on the structure of rubredoxin from it Pyrococcus furiosus

栗原 和男; 田中 伊知朗; Adams, M. W. W.*; Jenney, F. E. Jr.*; Moiseeva, N.*; Bau, R.*; 新村 信雄

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.400 - 402, 2001/05

生体物質中性子回折装置BIX-3(日本原子力研究所JRR-3M 1Gサイト)を用いてルブレドキシン(超好熱菌由来、分子量約6,000、鉄-硫黄タンパク質)の中性子構造解析を現在行っている。このタンパク質は熱安定性が高く、その安定性と立体構造の関係が注目されている。今回用いた結晶の大きさは2.02.01.0 mmであった。データはステップスキャン法で測定し、ステップ間隔は軸の周り0.3°とした。露出時間は1フレームにつき約60-77分であり、全体では正味約35日間測定を行った。この回折測定では、d=1.5Å付近まで(コンプリートネスは76.8%)回折点を検出することができた。構造の精密化では301個の水素原子を含めた。現在のところ、分解能=1.5ÅでR因子=24.0%, R-free因子=26.3%である。また40個の重水素原子と29個の水和水を決定している。

Synchrotron radiation beamline to study radioactive materials at the Photon Factory

小西 啓之; 横谷 明徳; 塩飽 秀啓; 本橋 治彦; 牧田 知子*; 柏原 泰治*; 橋本 眞也*; 原見 太幹; 佐々木 貞吉; 前田 裕司; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 372, p.322 - 332, 1996/00

https://doi.org/10.1016/0168-9002(95)01241-9

この論文は、高エネルギー物理学研究所(KEK)・放射光実験施設(PF)の放射線管理区域内に設置した、新しいビームラインのデザインとその建設について記したものである。ビームラインはフロントエンド部と2本のブランチライン部から構成されている。ブランチラインの1本はX線光電子分光法と軟X線領域(1.8~6keV)放射線生物学の研究に使用され、もう1本はX線回折、XAFSと軟X線領域(4~20keV)放射線生物学の研究に使用される。前者(軟X線領域)のブランチラインには、放射性物質の飛散事故を防ぐ目的で、真空系内外に特別な装置を備えていることが特徴である。このビームラインを用いた応用実験もすすめられており、最新の結果も併せて報告している。

Neutrons in biology

舩橋 達; 新村 信雄*

JAERI-M 92-213, 95 Pages, 1993/01

JAERI-M-92-213.pdf:2.9MB

日本の中性子散乱研究は、1990年のJRR-3Mの完成により新しい時代に入った。従来、生体物質は中性子散乱研究の対象としては、あまりにも複雑であるとともに、水素原子の強い非干渉性散乱のために取り上げにくかったが、最近の中性子散乱とそれに関連した科学の著しい進歩及び中性子束の向上により、中性子散乱の最も魅力的な研究対象の一つとなっている。1992年9月上旬、つくばで放射光による生物研究の国際会議BSR92が開催されたのを機として、「Neutrons in Biology」と題する国際ワークショップが日立市で開かれた。米・欧・亜各国の著名な生体物質中性子散乱研究者が参加し、研究発表と熱心な討論を行った。このワークショップの発表はきわめて重要な内容を持っており、今後の中性子散乱による生物研究の推進に資するところが非常に大きいので、編者は、発表者および組織者の協力を得て、ここにまとめた。