負荷適応微生物学研究室では、主に以下のような研究をしています。この他にも、大学院生や研究員の興味に沿った研究テーマも取り入れています。


1.カビの環境応答と細胞内代謝の分子生物学
 私たちは、細菌や酵母とは異なるユニークな生物群である「糸状菌(カビ)」に着目した研究を進めています。カビというと悪者のイメージが多いでしょうが、世の中には酒や味噌を作る麹(こうじ)菌や、ペニシリンなどの抗生物質を作るカビのように我々の生活に役に立つ良いカビもいます。
 このような有益なカビをよりよく利用するためには、「カビの細胞の中で何が起きているか?」を知ることが重要です。例えば、「良いお酒を造るためには良い麹を造る」ことが大切ですが、それでは「どうしたら良いものが作れるのか」、「どうしたら沢山作れるのか」というと、「カビの細胞の中で起きている代謝を明らかとする基礎研究が重要」となるのです。
 私たちは、具体的には、麹菌と類縁のカビであるAspergillus nidulansをモデルとして、環境中の酸素、窒素、硫黄などの低分子化合物が菌類の生き方(=代謝)にどのような影響を与えるのか、菌はそれらとどのように付き合っているのかを解明しようとしています。カビの分子生物学のトップレベルの技術を駆使することによって、多くの研究者が手掛けることのできなかった新たな研究を展開しています。
キーワード:代謝、活性酸素、ストレス応答、ゲノム、クロマチン

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2.触媒活性をもつ酵素の検索と解析
 微生物の多様性を反映して、微生物由来の酵素には無限ともいえるほど多様な種類の反応を触媒するものが知られています。しかし、これまで知られていない未知の反応を触媒する酵素を発見しようとする研究者は意外と少ないものです。私たちは、これまでに、このような酵素を生産する細菌・酵母・カビを多数発見し、その酵素(遺伝子)や生理機能を解明してきました。このために、化学、工学的手法も駆使した独自のアイデアを取り入れた研究を進めています。あなたも、微生物から世界で初めてのXXX酵素を発見して、その基礎・応用研究をしてみませんか?
キーワード:スクリーニング、有用酵素、ヒドラジド、ポリマー分解酵素

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3.新たなバイオリファイナリー技術の開発
 バイオテクノロジーの主役は、昔も今も微生物です。独特の代謝能を持つ微生物や新しい酵素が見つかったら、それらを役立てる応用研究を目指しています。これらの新しい研究材料を持っているのは世界中で私たちだけですから、得られる成果は世界初の実用化技術の開発につながると信じています。
 現在の主なターゲットは、新たなバイオ材料の開発・生産、有用脂質の微生物生産などです。特に、植物バイオマスを原料とした新たな高機能性プラスチック原料の発酵生産に興味を持って研究を進めています。
キーワード:微生物育種、発酵生産、エンジニアプラスチック、プラスチックの生分解

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これらの研究の一部は、以下のプロジェクト研究として行われています。





(1)研究論文

Takeshita, N., Evangelinos, M., Zhou, L., Serizawa, T., Somera-Fajardo, R. A., Lu, L., Takaya, N., Nienhaus, G. U., and Fischer, R.: Pulses of Ca2+ coordinate actin assembly and exocytosis for stepwise cell extension. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, (in press, 2017)

Itoh, E., Odakura, R., Oinuma, K.-I., Shimizu, M., Masuo, S., and Takaya, N.: Sirtuin E is a fungal global transcriptional regulator that determines the transition from the primary growth to the stationary phase. J. Biol. Chem. (in press, 2017)

Akiyama T, Ishii M, Takuwa A, Oinuma KI, Sasaki Y, Takaya N, Yajima S.: Structural basis of the substrate recognition of hydrazidase isolated from Microbacterium sp. strain HM58-2, which catalyzes acylhydrazide compounds as its sole carbon source. Biochem Biophys Res Commun. 482, 1007-1012 (2017)

Itoh, E., Shigemoto, R., Oinuma, K.-I., Shimizu, M., Masuo, S., and Takaya, N.: Sirtuin A regulates secondary metabolite production by Aspergillus nidulans. J. Gen. Appl. Micorbiol. (in press, 2017)

Akiyama T, Yamada Y, Takaya N, Ito S, Sasaki Y, Yajima S.: Crystal structure of an IclR homologue from Microbacterium sp. strain HM58-2. Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 73, 16-23 (2017)

Masuo, S., Kobayashi, Y., Oinuma, K.I., and Takaya, N.: Alternative fermentation pathway via phanyllactic acid produces cinnamic acid. Appl. Microbiol. Biotechnol. 100, 8701-8709 (2016)

Masuo, S., Zhou, S., Kaneko, T., and Takaya, N.: Bacterial fermentation platform for producing artificial aromatic amines. Sci. Rep. 6, 25764 (2016)

Shimizu, M., Masuo, S., Ito, E., and Takaya, N.: Thiamine synthesis regulates the fermentation mechanisms in the fungus Aspergillus nidulans. Biosci. Biotechnol. Biochem. 11, 1-8 (2016)

Tateyama, S., Masuo, S., Suvannasara, P., Oka, Y., Miyazato, A., Yasaki, K., Teerawatananond, T., Muangsin, N., Zhou, S., Kawasaki, Y., Zhu, L., Zhou, Z., Takaya, N., and Kaneko, T.: Ultrastrong, transparent polytruxillamides derived from microbial photodimers. Macromolecules 49, 3336−3342 (2016)

Sasaki, Y., Oguchi, H., Kobayashi, T., Kusama, S., Sugiura, R., Moriya, K., Hirata, T., Yukioka, Y., Takaya, N., Yajima, S., Ito, S., Okada, K., Osawa, K., Ikeda, H., Takano, H., Ueda, K., and Shoun, H.: Nitrogen oxide cycle regulates nitric oxide and bacterial cell signaling. Sci. Rep. 6, 22038 (2016)

Akiyama, T., Ishige, T., Kanesaki, Y., Ito, S., Oinuma, K. I., Takaya, N., Sasaki, Y., Yajima, S.: Draft genome sequence of Microbacterium sp. strain HM58-2 that catabolites acylhydrazides. Genome Announcement 4, e00554-16. (2016)

Kumar, A., Tateyama, S., Yasaki, K., Ali, A.M., Takaya, N., Singh, R., and Kaneko, T.: 1H-NMR and FT-IR dataset based structural investigation of poly(amic acid)s and polyimides from 4,4'-diaminostilbene. Data in Brief 7, 123-128 (2016)

Kumar, A., Tateyama, S., Yasaki, K., Ali, M. A.., Takaya, N., Singh, R., and Kaneko, T.:Ultrahigh performance bio-based polyimides from 4,4 '-diaminostilbene. Polymer, 83, 182-189 (2016)

Nguyen, H. D., Kaneko, T., Takaya, N., Fujita, T., Ito, T.: Fermentation of aromatic lactate monomers and its polymerization to produce highly thermoresistant bioplastics. Polymer J. 48, 81-89 (2016)

Shimizu, M., Yamamoto, T., Okabe, N., Sakai, K., Koide, E., Miyachi, Y., Kurimoto, M., Mochizuki, M., Yoshino-Yasuda, S., Mitsui, S., Ito, A., Murano, H., Takaya, N., Kato, M.: Novel 4-methyl-2-oxopentanoate reductase involved in synthesis of the Japanese sake flavor, ethyl leucate. Appl. Microbiol. Biotechnol. 100, 3137-3145 (2016)

Doi, Y., and Takaya, N.: A novel A3 group aconitase tolerating oxidation and nitric oxide. J. Biol. Chem. 290, 1412-1421 (2015)

Shimizu, M., Kaneko, Y., Ishihara, S., Mochizuki, M., Sakai, K., Yamada, M., Murata, S., Itoh, E., Yamamoto, T., Sugimura, Y., Hirano, T., Takaya, N., Kobayashi, T., and Kato, M.: Novel -1,4-mannanase belonging to a new glycoside hydrolase family in Aspergillus nidulans. J. Biol. Chem. 27914-27927(2015)

Oinuma, K.I., Takuwa, A., Doi, Y., and Takaya, N.: Hydrazidase; A novel amidase signature enzyme that hydrolyzes acylhydrazides. J. Bacteriol. 197, 1115-1124 (2015)

Masuo, S., Osada, L., Zhou, S., Fujita, T., and Takaya, N.: Aspergillus oryzae pathways for converting phenylalanine into flavor volatile 2-phenylethanol. Fungal Genet. Biol. 77, 22-30 (2015)

Kawaguchi, H., Teramura, K., Uematsu, K., Hara, Y., Hasunuma, T., Hirano, K., Sazuka, T., Kitano, H., Tsuge, Y., Kahar, P., Niimi-Nakamura, S., Oinuma, K.-I., Takaya, N., Kasuga, S., Ogino, C., and Kondo, A.: Phenyllactic acid production by simultaneous saccharification and fermentation of pretreated sorghum bagasse. Bioresource Technol. 182, 169-178 (2015)

Graminho, E., Takaya, N., Nakamura, A., and Hoshino, T.: Purification, biochemical characterization, and genetic cloning of the phytase produced by Burkholderia sp. strain a13. J. Gen. Appl. Micorbiol. 61, 15-23 (2015)

Doi, Y., Shimizu, M., Fujita, T., Nakamura, A., Takizawa, N., and Takaya, N.: Achromobacter denitrificans YD35 pyruvate dehydrogenase controls NADH production to tolerate extremely high nitrite levels. Appl. Environ. Microbiol. 80, 1910-1918 (2014) [Selected as "Spotlight"]

Toyofuku, M., Zhou, S., Sawada, I., Takaya, N., Uchiyama, H., and Nomura, N.; Membrane vesicle formation is associated with pyocin production under denitrifying conditions in Pseudomonas aeruginosa PAO1, Environment. Microbiol. 16, 2927-2938 (2014)

Suvannasara, P., Tateyama, S., Miyazato, A., Matsumura, K., Shimoda, T., Ito, T., Fujita, T., Yamagata, Y., Takaya, N., Kaneko, T.: Bio-based polyimides from 4-aminocinnamic acid photodimer. Macromolecules. 47, 1586-1593 (2014)

Siriwan, W., Takaya, N., Roytrakul, S., and Chowpongpang, S.: Study of interaction between Papaya ringspot virus HC-Pro and Papaya (Carica papaya) Proteins. J. Gen. Plant Pathol. 80, 264-271 (2014)

Sasaki, Y., Takaya, N., Morita, A., Nakamura, A., and Shoun, H.: Nitrite formation from organic nitrogen by Streptomyces antibioticus supporting bacterial cell growth and possible involvement of nitric oxide as an intermediate. Biosci. Biotechnol. Biochem. 78, 1592-1602 (2014)

Kawaguchi, H., Uematsu, K., Ogino, C., Teramura, H., Niimi-Nakamura, S., Tsuge, Y., Hasunuma, T., Oinuma, K. Takaya, N., and Kondo, A. Simultaneous saccharification and fermentation of kraft pulp by recombinant Escherichia coli for phenyllactic acid production. Biochem. Eng. J. 88, 188-194 (2014)

Zhou, S., Narukami, T., Masuo, S., Shimizu, M., Fujita, T., Kamimura, Y., and Takaya, N.: NO-inducible nitrosothionein mediates NO removal in tandem with thioredoxin. Nat. Chem. Biol. 9, 657-663 (2013)

Fujita, T., Nguyen, Nieu Duc, Ito, T., Zhou, S., Osada, L., Tateyama, S., Kaneko, T., and Takaya, N.: Microbial monomers custom-synthesized to build true bio-derived aromatic polymers. Appl. Microbiol. Biothechnol. 97, 8887-8894 (2013)

Shimizu, M., and Takaya, N.: Nudix hydrolase controls nucleotides and glycolytic mechanisms in hypoxic Aspergillus nidulans. Biosci. Biotechnol. Biochem. 77, 1888-1893 (2013)

Sugimoto, N., Takakura, Y., Shiraki, K., Honda, S., Takaya, N., Hoshino, T., and Nakamura, A.: Directed Evolution for Thermostabilization of a Hygromycin B Phosphotransferase from Streptomyces hygroscopicus. Biosci. Biotechnol. Biochem. 77, 2234-2241 (2013)

Siriwan, W., Roytrakul, S., Shimizu, M., Takaya, N., and Chowpongpang, S.: Proteomics of papaya ringspot virus-infected papaya leaves. Kasetsart J. (Nat. Sci.) 47, 589-602 (2013)

Shimizu, M., Masuo, S., Fujita, T., Doi, Y., Kamimura, Y., Takaya, N.: Hydrolase controls cellular nicotinamide adenine dinucleotide, sirtuin and secondary metabolites. Mol. Cell. Biol. 32, 3743-3755 (2012)

Shimizu, T., Takaya, N., Nakamura, A.: An L-glucose catabolic pathway in Paracoccus sp. 43P, J. Biol. Chem. 287, 40448-40456 (2012)

Taniyama, K., Sasaki, Y., Toyofuku, M., Nomura., N., Itoh, H., Hoshino, T., and Takaya, N.: Group X aldehyde dehydrogenases of Pseudomonas aeruginosa PAO1 degrade hydrazones. J. Bacteriol. 194, 1447-1456 (2012)

Zhou, S., Narukami, T., Nameki, M., Ozawa, T., Kamimura,Y., Hoshino, T., and Takaya, N.: Heme-biosynthetic porphobilinogen deaminase protects Aspergillus nidulans from nitrosative stress. Appl. Environ. Microbiol. 78, 103-109 (2012)

Terabayashi, Y., Shimizu, M., Kitazume, T., Masuo, S., Fujii, T., and Takaya, N.: Conserved and specific responses to hypoxia in Aspergillus oryzae and Aspergillus nidulans determined by comparative transcriptomics. Appl. Microbiol. Biothechnol. 93, 305-317 (2012)

Fujii, T., Shimizu, M., Doi, Y., Fujita, T., Ito, T., Miura, D., Wariishi, and Takaya, N.: Novel fungal phenylpyruvate reductase belongs to D-isomer-specific 2-hydroxyacid dehydrogenase family. Biochim. Biophys. Acta. 1814, 1669-1676 (2011)

Sato, I., Shimatani, K., Fujita, K., Abe, T., Shimizu, M., Fujii, T., Hoshino, T., and Takaya, N.: Glutathione reductase/glutathione is responsible for cytotoxic elemental sulfur tolerance via polysulfide shuttle in fungi J. Biol. Chem. 286, 20283-20291 (2011)

2010年以前はこちら。

2005年以前はこちら。



(2)著書

Zhang, L., Kudo, T., Takaya, N., and Shoun, H.: Distribution, structure and function of fungal nitric oxide reductase P450nor-recent advances, in Excerpta Medica International Congress Series vol. 1233, p197-202, Y. Ishimura, M. Nozaki, S. Yamamoto, T. Shimizu, S. Narumiya, and F. Mitani,. Eds., Elsevier, Amsterdam, The Netherlands (2002).

Shoun H., and Takaya, N.: Cytochrome P450nor and P450foxy from the fungus Fusarium oxysporum, in Excerpta Medica International Congress Series vol. 1233, p89-97, Y. Ishimura, M. Nozaki, S. Yamamoto, T. Shimizu, S. Narumiya, and F. Mitani,. Eds., Elsevier, Amsterdam, The Netherlands (2002).

Kitazume, T., Tanaka, A., Matsuyama, S., Takaya, N. and Shoun, H.: Analysis of fungal P450foxy (CYP505), a fused protein of cytochrome P450 and its reductase. in Excerpta Medica International Congress Series vol. 1233, p143-149, Y. Ishimura, M. Nozaki, S. Yamamoto, T. Shimizu, S. Narumiya, and F. Mitani,. Eds., Elsevier, Amsterdam, The Netherlands (2002).

Takaya, N., Kobayashi, M., and Shoun, H.: Fungal denitrification, possible occurrence of a natural horizontal gene transfer from prokaryote to eukaryote. in 'Proceedings of Fallen Leaf Conference on Horizontal Gene Transfer: Implications and Consequences' eds. M. Syvanen and C. Kado, Chapsman & Hall, p321-327 (1998).

Takaya, N., Kudo, T., and Shoun, H.: Analysis of NAD(P)H binding site of cytochrome P450nor. in 'Oxygen homeostasis and its dynamics' Ishimura, Ed., Springer-Verlag Tokyo, Tokyo, Japan. p163-167 (1997).


(3)総説

老沼研一、高谷直樹:ヒドラジン類縁化合物の微生物代謝―明らかとなった新規分解機構、化学と生物

桝尾俊介、土肥裕希、高谷直樹:酸化ストレスに強いカビと細菌のストレス耐性機構、生物工学会誌2015年8号、457-459 (2015)

金子達雄、高谷直樹:セ氏425度という高温に耐えられるバイオプラスチックを開発―微生物と光化学反応によるポリイミド合成、化学と生物、53、270-272 (2015)

周勝敏、高谷直樹:ニトロソチオネインの発見と真菌の一酸化窒素耐性化、バイオサイエンスとインダストリー、72, 132-133 (2014)

桝尾俊介、老沼研一、高谷直樹: 多様な微生物代謝を利用した芳香族バイオ素材の開発、ケミカルエンジニヤリング(2013)

Takaya, N.: Response to hypoxia, reduction of electron acceptors, and subsequent survival by filamentous fungi,Biosci. Biotech. Biochem.73, 1-8 (2009)

安部剛史、高谷直樹:カビによる新規な異化代謝の機能解明とその利用の可能性、J. Environmental Biotechnology.6, 79-85 (2007)

高谷直樹、志水元亨:息づまる闘い-カビの生き残り戦略?、生物工学会誌、85、416 (2007)

高谷直樹、祥雲弘文:低酸素環境下でのカビの呼吸と発酵、バイオサイエンスとインダストリー、63、233-236 (2005)佐々木康幸、高谷直樹、祥雲弘文:廃水からの窒素除去システムの現状と展望、生物工学会誌、83、202 (2005)

高谷直樹、祥雲弘文:低酸素状態でのカビの生き残り戦略―わかってきたカビ脱窒系の役割。呼吸系の進化や窒素サイクルを考えるヒントに、化学と生物、40巻,356-358 (2002)

Takaya, N.: Dissimilatory nitrate reduction metabolisms and their control in fungi, J. Biosci. Bioeng. 94, 506-510 (2002)

Zhou, Z., Takaya, N., and Shoun, H.: Denitrification by eukaryotic microorganisms, Recent Research Developments in Microbiology, vol. 6, 259-268, Research Signpost, Kerala, India (2002)

Takaya, N., Horiuchi, H., and Takagi, M.: 糸状菌による異種蛋白質生産の現状と展望, 食品工業 37巻, 16-21 (1994).


(4)受賞

第8回日本学術振興会賞
糸状菌の多様な電子伝達反応系の発見と機構解明

平成19年度科学技術分野の文部科学大臣表彰若手科学者賞
真菌の新規呼吸発酵機構とその制御に関する研究
(2007年4月)

第4回日本農学進歩賞
糸状菌の低酸素応答・適応機構の解明(2005年11月)

2005年度農芸化学奨励賞
カビの嫌気的エネルギー獲得機構の多様性(2005年3月)


[ ポスター発表賞 ]
若手口頭発表部門 優秀発表賞:金澤拓史, 柳榮美, 高谷直樹
環境中のビタミン恒常性を担う複合微生物系
日本農芸化学会関東支部大会(平成27年9月)、つくば

ポスター賞受賞:阿部央行,桝尾俊介,高谷直樹
Aspergillus nidulans の低酸素誘導性脱ユビキチン化酵素の機能
第14回糸状菌分子生物学コンファレンス(平成26年11月)、
仙台

ポスター賞受賞:中澤奈美,老沼研一,高谷直樹
糸状菌 Aspergillus nidulans による土壌フミン酸の代謝機構
第13回糸状菌分子生物学コンファレンス(平成25年11月)、
つくば

ポスター賞受賞:伊藤英里子、志水元亨、桝尾俊介、高谷直樹
Aspergillus nidulans の sirtuin 様タンパク質 SirA の機能解析
第12回糸状菌分子生物学コンファレンス(平成24年11月)、
名古屋

若手奨励賞:上村曜介、鳴神寿昭、桝尾俊介、高谷直樹
糸状菌 Aspergillus nidulans の二次代謝産物生合成における
転写因子AmyRの役割
日本農芸化学会関東支部大会(平成23年10月)、群馬

ポスター賞受賞:上村曜介、鳴神寿昭、桝尾俊介、高谷直樹
転写因子AmyRが Aspergillus nidulans の二次代謝に及ぼす
影響の解析
第10回糸状菌分子生物学コンファレンス(平成22年11月)、広島

日本醸造学会若手の会ポスター賞受賞:上村曜介、鳴神寿昭、桝尾俊介、高谷直樹
転写因子AmyRが Aspergillus nidulans の二次代謝に及ぼす
影響の解析
日本醸造学会若手の会(平成22 年9月)、東京

第21回日本微生物生態学会大会優秀ポスター発表賞:豊福雅典・野村暢彦・高谷直樹・藤井達也・中島敏明・内山裕夫
Pseudomonas aeruginosa における細胞間情報伝達シグナルの
脱窒への関与
(2005年11月)