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by ion beam breeding technology佐藤 勝也; 上田 涼史郎*; 長谷 純宏; 鳴海 一成*; 大野 豊
JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 100, 2016/02
Bioremediation uses biological organisms to solve an environmental problem. However, microorganisms are sometimes not enough effective to achieve efficient recovery. Therefore, enhancing the functionality of microorganisms is needed to promote the active use of bioremediation. This study began with the purpose of development of Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology. Previously, we suggested that is the most suitable species for the development of high Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology. Candidates of Cs-accumulating mutant were screened from the mutagenized cells by ion beam breeding technology on the basis of the luminescent intensity and the cell area as indicators of intracellular Cs level and cell growth, respectively. As a result, we obtained 33 candidates, whose Cs-accumulating abilities were over 2-fold higher than that of the wild-type, from the population of mutagenized cells.
上田 涼史郎*; 佐藤 勝也; 林 秀謙*; 鳴海 一成*; 大野 豊
JAEA-Review 2015-022, JAEA Takasaki Annual Report 2014, P. 101, 2016/02
It is suggesting a possibility that the polyphosphate granules in cells could accumulate harmful metal ions such as radiocesium to protect the cells from cytotoxicity. In this study, we investigated the accumulation of cesium and its association with intracellular polyphosphate in using the gene disruptant and overexpressing strains. The cesium accumulation level in the disruptant and overexpressing strains was compared with that of the wild-type strain. The cesium accumulations in the 
disruptant and overexpressing strains were slightly decreased and almost same, respectively. Like the intracellular polyphosphate level, the cesium accumulation level was significantly increased in the 
disruptant strain. These results suggested that the intracellular polyphosphate level was positively correlated with the cesium accumulation level in 
.
佐藤 勝也; 上田 涼史郎; 長谷 純宏; 鳴海 一成*; 大野 豊
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 117, 2015/03
Bioremediation uses biological organisms to solve an environmental problem. However, microorganisms are sometimes not enough effective to achieve efficient recovery. Therefore, enhancing the functionality of microorganisms is needed to promote the active use of bioremediation. This study began with the purpose of development of Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology. We investigated which members are better suited for Cs-accumulation in the genus 
(, 
, 
, 
, 
and 
) exhibit extraordinary radioresistant. The Cs concentration in the cells exhibited over 4-fold compared with that of the 
by atomic absorption spectrometer analysis. This result suggested that and are best two suitable species for the development of high Cs-accumulating bacteria by ion beam breeding technology.
上田 涼史郎; 佐藤 勝也; 林 秀謙*; 鳴海 一成*; 大野 豊
JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 118, 2015/03
It is suggesting a possibility that the polyphosphate granules in cells could accumulate harmful metal ions such as radiocesium to protect the cells from cytotoxicity. has been considered as a microorganism for bioremediation under highly radioactive contaminated environments. We generated the polyphosphate biosynthesis-related genes ( and ) disruptant strains and characterized their disruption effect to clarify the role of polyphosphate for the accumulation of cesium in . The intracellular levels of polyphosphates in the disruptant and overexpressing strains were almost same and slightly increased, respectively. On other hand, the intracellular level of polyphosphates significantly increased in the disruptant strains, suggesting that the gene plays an important role in the accumulation of polyphosphate in .
gene大庭 寛史*; 佐藤 勝也*; 柳沢 忠*; 鳴海 一成
Gene, 363, p.133 - 141, 2005/12
被引用回数：35 パーセンタイル：54.68(Genetics & Heredity)デイノコッカス・ラジオデュランス
遺伝子の転写開始点が、翻訳開始点上流-156, -154, -22であることを同定した。全ての転写産物の量が放射線照射で増加したことから、少なくとも2つの放射線応答性プロモーターの存在が示唆された。ルシフェラーゼレポーターアッセイにより、遠位プロモーターは翻訳開始点上流-208から-156の間に、近位プロモーターは-57から-22の位置にあることが明らかとなった。-57から-38の領域は、近位プロモーター活性に必須であり、また、-33の位置のチミンが放射線応答に重要な塩基であることがわかった。さらに、
遺伝子産物による遺伝子の発現制御がプロモーターレベルで起こることが示唆された。
, 
or 
gene product for UV resistance in 田中 将志*; 鳴海 一成; 舟山 知夫; 菊地 正博; 渡辺 宏*; 松永 司*; 二階堂 修*; 山本 和夫*
Journal of Bacteriology, 187(11), p.3693 - 3697, 2005/06
被引用回数：47 パーセンタイル：62.27(Microbiology)放射線抵抗性細菌は紫外線耐性に関与するDNA修復遺伝子, , 遺伝子を持っている。これらの遺伝子破壊株を作成し、紫外線によるDNA損傷の修復にかかわる遺伝子の機能を解析した。その結果、これらの遺伝子は紫外線による突然変異誘発には関与していないこと,遺伝子は紫外線耐性にあまり関与していないこと,遺伝子はシクロブタン型ピリミジンダイマーと6-4光産物の紫外線誘発DNA損傷の除去にかかわっていること,遺伝子はおもに6-4光産物の除去のみに働くことなどがわかった。また、3種類の遺伝子を全て欠損させた破壊株でも、紫外線損傷DNAの除去活性が完全には失われていないことから、未知のDNA損傷除去機構の存在が示唆された。おそらく、この未知機構の一部は、DNA組換え修復機構によっていると考えられた。
小林 泰彦; 鳴海 一成; 佐藤 勝也; 舟山 知夫; 菊地 正博; 北山 滋; 渡辺 宏*
宇宙生物科学, 18(3), p.134 - 135, 2004/11
1994年に行われた第2次国際微小重力実験室IML-2(STS-65)では、あらかじめ地上で高線量の
線を照射してDNAに損傷を与えた放射線抵抗性細菌をスペースシャトル・コロンビアに搭載し、放射線障害からの回復反応が宇宙環境下では地上より促進される現象を見いだした。それに続く1996年のS/MM-4(STS-91)と1998年のS/MM-9(STS-91)では、放射線損傷を有する細胞における新規DNA修復系蛋白質PprAの誘導合成の促進が、宇宙環境下での放射線障害からの回復促進現象に関連していることが示唆された。これらの宇宙実験の結果を振り返るとともに、その後の原研・高崎研におけるのDNA修復機構に関与する遺伝子・蛋白質の解析研究の進展ぶりを紹介する。
that stimulates DNA ligation鳴海 一成; 佐藤 勝也; Cui, S.*; 舟山 知夫; 北山 滋; 渡辺 宏*
Molecular Microbiology, 54(1), p.278 - 285, 2004/10
被引用回数：132 パーセンタイル：91.4(Biochemistry & Molecular Biology)デイノコッカス・ラジオデュランスの放射線耐性は、効率的なDNA2本鎖切断修復によるものである。ラジオデュランス由来のDNA修復欠損変異株KH311の解析から、ラジオデュランスの放射線耐性にかかわる新規の放射線誘導性遺伝子(と命名)を同定した。この遺伝子産物PprAは、DNA2本鎖切断部位に結合して、大腸菌エキソヌクレアーゼIIIからDNAを保護し、さらにATP依存性及びNAD依存性DNAリガーゼによるDNA末端結合反応を促進する活性を持つ。これらの結果から、ラジオデュランスがPprAを主要因子とする放射線誘導性の非相同性DNA末端結合による修復機構を持っていることが示唆された。
in the radioresistant bacterium Islam, M. S.*; Hua, Y.*; 大庭 寛史; 佐藤 勝也; 菊地 正博; 柳沢 忠*; 鳴海 一成
Genes and Genetic Systems, 78(5), p.319 - 327, 2003/10
被引用回数：14 パーセンタイル：27.6(Biochemistry & Molecular Biology)放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスKD8301株から単離された挿入配列ISを解析した。ISは、IS
/IS
グループに属する新規挿入配列であり、長さが1,736塩基対であった。Inverse PCR法での解析により、ISの挿入標的部位は"TTGAT"であることがわかった。ISラジオデュランスの野生株R
, MR, KRでのISのゲノム内分布を調べたところ、R株の公開ゲノム配列情報と矛盾しており、今回調べたR株ではISが1コピーしか存在しなかった。ISは挿入部位に存在する遺伝子を破壊しており、ゲノムに変異を起こす原因となりうるが、大規模のゲノム再構成を引き起こしてはいなかった。
Battista, J. R.*; Cox, M. M.*; Daly, M. J.*; 鳴海 一成; Radman, M.*; Sommer, S.*
Science, 302(24), p.567 - 568, 2003/10
デイノコッカス・ラジオデュランスの細胞内核様体がドーナツ状構造をとり、この構造が放射線抵抗性とかかわりがあるとする論文がScienceの1月号に掲載された。しかし、この論文の結論は電子顕微鏡による切片の観察のみをもとに構築されたものであり、他の実験的証拠に乏しく、しかも未だ同定されていない「正確なDNA末端再結合によるDNA2本鎖修復」に関する彼らの仮説は、過去の実験的データを誤解して解釈したものを拠り所にしている。細胞中のゲノムコピー数に関しても、過去の実験データを無視して議論しており、彼らの仮説と研究結果は受け入れ難い。細胞内DNAの構造とDNA修復との関係を調べることは重要であるという認識は一致するところであり、より実りの多い遺伝学や分子生物学的実験と相補しながら、研究をさらに進めることが必要である。
鳴海 一成
放射線と地球環境; 生態系への影響を考える, p.113 - 122, 2003/09
生物の中でも最も放射線に強い細菌群が知られており、放射線抵抗性細菌と総称される。放射線抵抗性細菌の放射線耐性機構に関する研究は、最も早く分離されたデイノコッカス・ラジオデュランス()を材料としておもに行われている。本稿では、ラジオデュランスの放射線耐性の主要機構であるDNA修復機構についての研究を紹介するとともに、ラジオデュランスの放射線耐性獲得の起源について考察する。
鳴海 一成
遺伝, 57(5), p.57 - 62, 2003/09
現在の地球には強い放射線を放出する自然環境が存在しないにもかかわらず、放射線に高い耐性を持つ微生物が地球上のいたるところに生息している。線やX線といった電離放射線を照射すると、細胞中のDNAが切断される。DNAの鎖切断は、遺伝情報の分断を引き起こすので、一般な生物にとって最も重篤な損傷であるとともに、最も修復困難な損傷である。しかしながら、放射線耐性菌は、細胞内に生じた100箇所以上のDNA鎖切断を、いとも簡単に短時間で修復してしまうのである。1999年に、放射線耐性菌の代表であるデイノコッカス・ラジオデュランスの全ゲノム配列が解読され、放射線耐性機構の研究はポストゲノム時代に突入した。本稿では、放射線耐性菌の発見と耐性機構解明研究の歴史と現状について概説するとともに、放射線耐性獲得の起源についての仮説を紹介する。
鳴海 一成
Trends in Microbiology, 11(9), p.422 - 425, 2003/09
被引用回数：51 パーセンタイル：89.9(Biochemistry & Molecular Biology)放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスのDNAマイクロアレイによるトランスクリプトーム解析と、電子顕微鏡観察による核様体の特異的形態変化についての発見が、最近トップジャーナルで相次いで報告された。これらの研究は、デイノコッカス・ラジオデュランスの放射線耐性機構の解明に進展をもたらしたが、この細菌がなぜ放射線に強いのかについて、より詳細な実験的証拠をもとにした説明が必要なのであろうか?実りの多い遺伝学的並びに生化学的アプローチによるさらなる研究が、放射線抵抗性細菌のDNA修復機構についてのより深い理解のために必要である。
Hua, Y.*; 鳴海 一成; Gao, G.*; Tian, B.*; 佐藤 勝也; 北山 滋; Shen, B.*
Biochemical and Biophysical Research Communications, 306(2), p.354 - 360, 2003/06
被引用回数：151 パーセンタイル：95.72(Biochemistry & Molecular Biology)放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスの放射線高感受性変異株の解析から、DNAの修復と損傷防御機構を担う主要スイッチタンパク質PprIを同定した。放射線高感受性変異株では、この遺伝子がトランスポゾンの挿入によって機能を失っていた。この遺伝子を完全に破壊すると放射線感受性が増大し、野生型遺伝子を導入すると放射線耐性が復帰した。放射線照射に伴い、PprIは
遺伝子及び遺伝子の発現を誘導するとともに、カタラーゼ活性をも助長した。これらの結果は、PprIタンパク質が、放射線応答におけるDNAの修復と防御の調節機構に重要な役割を果たしていることを強く示唆している。
鳴海 一成
Science & Technology Journal, 12(5), p.50 - 51, 2003/05
原研高崎研では、放射線抵抗性細菌のDNA修復のメカニズムの解明研究を行っており、正常株から分離された放射線感受性変異株の変異遺伝子を分子遺伝学的に解析している。変異株解析からわかったことは、ラジオデュランスが既存のDNA修復機構を持ちつつ、独自のDNA修復機構をも兼ね備えているということであった。ゲノム解析から見いだされた機能未知遺伝子の中にも、やはり新規のDNA修復遺伝子があったのである。原研では、ラジオデュランスの優れたDNA修復機構を解明する研究と並行して、得られた研究成果を活用して、遺伝子工学用試薬の開発、低線量域での放射線生物影響の解析、DNA損傷の軽減化、放射性金属の捕集などへの応用研究をも始めている。放射線抵抗性細菌の進化的起源を考察すると、放射線抵抗性細菌はオクロウラン鉱床のような天然原子炉の近くで生まれたのではないかとも考えられる。放射線抵抗性細菌とその近縁の微生物のDNA修復機構を調べていくことで、DNA修復の起源と進化について、より深い考察ができると思われる。
UV-endonuclease 
北山 滋; 鳴海 一成; 舟山 知夫; 渡辺 宏
Bioscience Biotechnology and Biochemistry, 67(3), p.613 - 616, 2003/03
被引用回数：3 パーセンタイル：13.19(Biochemistry & Molecular Biology)放射線抵抗性細菌の紫外線損傷DNAの修復に関わるUVエンドヌクレアーゼ0の酵素活性を解析するために、遺伝子のクローニングを行い、DNA塩基配列を決定した。紫外線感受性変異株では、この遺伝子に1塩基変異が起こっていた。UVエンドヌクレアーゼ遺伝子産物のアミノ酸配列は、
遺伝子産物であるUVエンドヌクレアーゼ
とは異なり、真核生物由来のUVエンドヌクレアーゼ(UVDE)の配列や枯草菌タンパク質データベースに存在する配列と相同性があった。UVエンドヌクレアーゼは、UVエンドヌクレアーゼと異なり、DNA分子内架橋損傷を修復することはできず、紫外線損傷DNAの修復に特異的に働く酵素であると考えられた。
and/or 
in the extremely radioresistant bacterium 西田 洋巳*; 鳴海 一成
Microbiology, 148(9), p.2911 - 2914, 2002/09
放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスは、アミノアジピン酸経路とジアミノピメリン酸経路の2つのリジン生合成経路に働く遺伝子を持っている。現在知られている限り、これら2つの経路を同時に持っている細菌は見つかっていない。ラジオデュランスにおいてこれらの経路が機能しているかどうかを調べるために、遺伝子破壊解析を行った。はアミノアジピン酸経路に必須な
の相同遺伝子であり、はジアミノピメリン酸経路に必須な
の相同遺伝子である。破壊株,破壊株,との二重破壊株は全て、野生株と同様にリジンを含まない最少培地で増殖することができた。この結果は、ラジオデュランスが特殊な方法でリジン生合成を行っていることを示している。
鳴海 一成; 佐藤 勝也; 菊地 正博
JAERI-Conf 2002-005, p.158 - 171, 2002/03
放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスの放射線感受性変異株を解析し、放射線耐性に重要な新規タンパク質(PprA)を発見した。PprAはDNA鎖切断を認識して結合し、ヌクレオチド分解酵素からDNA切断末端を保護し、効率的な修復をもたらす。またPprAは、DNAリガーゼによるDNA 鎖結合反応とRecAタンパク質を介するDNA組み換え修復反応を促進する活性を有する。このような性質により、PprAの広範囲での応用が期待される。
佐藤 勝也; 菊地 正博; 鳴海 一成
JAERI-Conf 2002-005, p.172 - 184, 2002/03
放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスは、DNA損傷応答機構を有しているが、その分子機構についてはほとんどわかっていなかった。デイノコッカス・ラジオデュランスのタンパク質の機能解析を通じて、我々は、デイノコッカス・ラジオデュランスでは、大腸菌とは異なり、SOS修復応答制御タンパク質LexAが組換え修復酵素RecAの発現誘導制御に関与していないことを明らかにし、さらに、遺伝子の発現を制御する新規制御因子PprIを発見した。PprIは、新規修復促進タンパク質PprAの放射線照射による誘導にも関与していた。このように、デイノコッカス・ラジオデュランスはDNA損傷認識と修復遺伝子誘導について独特のメカニズムを持っていることがわかった。
by pulsed-field gel electrophoresis菊地 正博; 鳴海 一成; 小林 泰彦
JAERI-Conf 2002-005, P. 185, 2002/03
放射線抵抗性細菌デイノコッカス・ラジオデュランスの最大の特徴は、放射線照射によって生じた100箇所を越えるDNA2本鎖切断を完全に修復できることであるが、パルスフィールドゲル電気泳動(PFGE)を用いることによって、この修復過程を可視化して捉えることができる。デイノコッカス・ラジオデュランスでは、放射線照射によって誘導されるタンパク質がDNA2本鎖切断修復に必須であることがわかっているが、PFGEによって、修復酵素の誘導に必要な時間とDNA修復の完了に必要な時間を区別して推定することが可能である。解析によって、修復完了時間のみならず、修復酵素誘導時間も、照射線量に依存していることが明らかになった。このように、PFGEはDNA損傷とその修復過程を解析するための強力なツールである。
