超好熱性アーキアのチアミン生合成における硫黄転移機構の解明と水素生産への応用

超好熱性アーキアの含硫補因子を生成する硫黄転移機構は不明である。システインデスルフラーゼ（CSD）はL-システインからL-アラニンと硫黄を生成する反応を触媒し、バクテリアやユーカリアにおける硫黄転移に必須な酵素である。興味深いことに、進化系統樹の根に近い超好熱性アーキアの多くはCSD遺伝子ホモログを有していない。一方、Thermococcus kodakarensisは超好熱性アーキアのなかでは珍しくCSDホモログを有している。本研究では、生命起源に近い生物であるT. kodakarensisのCSDに着目し、超好熱性アーキアの硫黄転移の分子基盤を解明することを目的としている。T. kodakarensisは元素硫黄を最終電子受容体として呼吸を行う絶対嫌気性アーキアであるが、元素硫黄が存在しない環境でも糖（またはピルビン酸）を代謝しプロトンを電子受容体として水素発生型呼吸を行うことで生育できる。csd遺伝子を破壊したDCD株を構築し、培地中の元素硫黄の有無での生育を野生株と比較した。その結果、元素硫黄含有培地（+S0培地）では両株の生育に違いは見られなかった一方で、元素硫黄非含有ピルビン酸含有培地（-S0+ピルビン酸培地）では、DCD株は生育しなかった。さらに、-S0+ピルビン酸培地に元素硫黄を加えて生育を比較すると、元素硫黄含量の増加に応じてDCD株は野生株と同等の生育を示した。生化学的な解析により、-S0+ピルビン酸培地におけるT. kodakarensisの生育不能は鉄硫黄クラスター（Fe-S）生合成能の欠損によるものであった。CSDの獲得によって元素硫黄の存在しない環境でのFe-S生合成能を獲得できた結果、元素硫黄の存在しない環境で本菌の生育が可能となったと考えられた。

超好熱性アーキアの含硫補因子を生成する硫黄転移機構は不明である。システインデスルフラーゼ（CSD）はL-システインからL-アラニンと硫黄を生成する反応を触媒し、バクテリアやユーカリアにおける硫黄転移に必須な酵素である。興味深いことに、進化系統樹の根に近い超好熱性アーキアの多くはCSD遺伝子ホモログを有していない。一方、Thermococcus kodakarensisは超好熱性アーキアのなかでは珍しくCSDホモログを有している。本研究では、生命起源に近い生物であるT. kodakarensisのCSDに着目し、超好熱性アーキアの硫黄転移の分子基盤を解明することを目的としている。T. kodakarensisは元素硫黄を最終電子受容体として呼吸を行う絶対嫌気性アーキアであるが、元素硫黄が存在しない環境でも糖（またはピルビン酸）を代謝しプロトンを電子受容体として水素発生型呼吸を行うことで生育できる。csd遺伝子を破壊したDCD株を構築し、培地中の元素硫黄の有無での生育を野生株と比較した。その結果、元素硫黄含有培地（+S0培地）では両株の生育に違いは見られなかった一方で、元素硫黄非含有ピルビン酸含有培地（-S0+ピルビン酸培地）では、DCD株は生育しなかった。さらに、-S0+ピルビン酸培地に元素硫黄を加えて生育を比較すると、元素硫黄含量の増加に応じてDCD株は野生株と同等の生育を示した。生化学的な解析により、-S0+ピルビン酸培地におけるT. kodakarensisの生育不能は鉄硫黄クラスター（Fe-S）生合成能の欠損によるものであった。CSDの獲得によって元素硫黄の存在しない環境でのFe-S生合成能を獲得できた結果、元素硫黄の存在しない環境で本菌の生育が可能となったと考えられた。