井上 晶 (イノウエ アキラ)

水産科学研究院 海洋応用生命科学部門 海洋生物工学分野教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 水産学博士, 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
研究者番号
  • 70396307
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • アワビ
  • アルギン酸
  • 褐藻類
  • ミオシン
  • タンパク質
  • コンブ類
  • アルギン酸リアーゼ
  • ATP分解酵素
  • 組み換え酵素
  • セルラーゼ
  • カルモジュリン
  • 酵素
  • プロトプラスト
  • マコンブ
  • ATPase
  • アクチン
  • モータータンパク質
  • 細胞運動
  • 水産学
  • 海藻多糖
  • 代謝
  • 解凍系
  • ラミナラン
  • 解糖系
  • アメフラシ
  • 糖代謝
  • 多糖分解酵素
  • 腹足類
  • オリゴ糖
  • フコイダン
研究分野
  • ライフサイエンス, 水圏生命科学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2021年09月 - 現在
    北海道大学, 大学院水産科学研究院, 教授
  • 2005年04月 - 2021年08月
    北海道大学, 大学院水産科学研究院, 准教授
委員歴
  • 2017年 - 2023年
    日本水産学会, 編集委員, 学協会

研究活動情報

■ 受賞
  • 2024年, 日本水産学会, 令和5年度 日本水産学会進歩賞
    高機能アルギン酸分解酵素の発見とそれを利用した有用褐藻類の機能タンパク質に関する生化学的研究
    井上 晶, 45161888
  • 2019年, 日本学術振興会, 特別研究員等審査会専門委員(書面担当)の表彰
    井上 晶
  • 2016年, 北海道, 北海道科学技術奨励賞
    井上 晶
  • 2009年, 日本水産学会, 日本水産学会論文賞
    Comparative study on general properties of alginate lyases from some marine gastropod mollusks
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • Encyclopedia of Marine Biotechnology
    Akira Inoue, Degradation and Modification of Alginate by Enzymes in Marine Organisms (Chapter 85)
    WILEY, 2020年10月, 9781119143772, [分担執筆]
  • 新技術開発による東日本大震災からの復興・再生 (水産学シリーズ)
    公益社団法人日本水産学会; 竹内俊郎; 佐藤 實; 渡部終五; 林孝治; 多田千佳; 中野和典; 荒川久幸; 池田吉用; 和泉充; 潮秀樹; 北澤大輔; 水野英則; 佐藤陽一; 阿部知子; 福西暢尚; 浦野直人; 宮川拓也; 井上晶; 宮下和夫; 鈴木徹; 婁小波
    恒星社厚生閣, 2017年03月27日, 4769916019, 140
■ 講演・口頭発表等
■ 主な担当授業
  • 海洋生物工学特論Ⅰ, 2024年, 修士課程, 水産科学院
  • 海洋生物工学特論Ⅱ, 2024年, 修士課程, 水産科学院
  • Introduction to Fisheries Sciences Ⅱ(水産科学汎論Ⅱ), 2024年, 修士課程, 水産科学院
  • 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 細胞生物学, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 海洋分子生物学, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 水圏生化学実験, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 水産増養殖実習, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 卒業研究, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 増殖生命科学演習, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 水産科学英語Ⅰ, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 水産科学英語Ⅱ, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 博物館実習, 2024年, 学士課程, 文学部
  • 水産生物化学, 2024年, 学士課程, 水産学部
  • 基礎生命科学実験, 2024年, 学士課程, 水産学部
■ 所属学協会
  • マリンバイオテクノロジー学会
  • 日本水産学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 褐藻類の有用多糖類およびカロテノイド類代謝関連酵素の探索と機能実証
    科学研究費助成事業
    2019年04月01日 - 2024年03月31日
    井上 晶
    コンブやワカメなどの褐藻類は、食糧としてだけでなく有用成分の供給源としても重要である。特に多糖類やカロテノイド類には他の藻類や陸上植物にみられないものが多く、それらのいくつかはヒトの暮らしの改善にも関わっている。一方、褐藻自身がそれらをどのようにして合成し、利用しているのかについては、不明な点が多い。本研究では、褐藻の有用化合物の代謝機構を解明するために、それに関わる酵素の同定と有用酵素の大量生産法の確立を目的としている。
    前年度までに、褐藻由来の酵素の基質となるアルギン酸分解物を細菌の酵素を用いて準備を進めたが、その過程で未知の化合物が検出された。そのため、これを生じる酵素の同定を進め、アルギン酸酸化代謝機構の全容を解明した。この成果は定説とは異なり、アルギン酸分解・代謝時に細胞内で還元力が蓄積されることを初めて実証したものであり、新技術開発への貢献が期待される。
    さらに、アルギン酸のマンヌロン酸とグルロン酸の配列を制御する酵素のマンヌロン酸C5-エピメラーゼについても組換え酵素の発現と機能解析を進めた。13種類のアイソザイムの発現系を構築したが、最も組換え酵素の収量が高かったものについて、詳細に酵素性状を解析した。注目すべき点としては、本酵素が比較的高い熱安定性をもつことがあげられ、40℃で1時間加熱後も95%以上の活性が残存していた。
    フコイダン分解酵素については、これまでに知見は少ないもののいくつかの細菌から同酵素が発見されている。本研究では、それらと配列相同性をもつ2つの褐藻のタンパク質の発現に成功したが、フコイダン分解活性は検出できなかった。そのため、他生物のフコイダン分解酵素の一次構造情報を得るために、新規細菌のスクリーニングを行い、1種類のフコイダン分解細菌を単離した。そのゲノム解析を行った結果、少なくとも3種類の候補タンパク質が存在することが分かった。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H03039
  • 生分解性ポリマーPHBを高効率で分解する真菌由来新奇酵素に関する研究
    科学研究費助成事業
    2020年07月30日 - 2023年03月31日
    井上 晶
    近年、石油系プラスチックが地球環境や生態系に及ぼす影響が懸念されており、その代替素材として生分解性ポリマーの利用が注目されている。本研究では、それらのうちバイオマスが原料となるポリヒドロキシ酪酸(PHB)に着目した。先に、申請者は海砂からPHB分解能をもつ新しい真菌を単離した。同菌の培養液上清にはPHB分解酵素活性が検出されたため、その酵素の同定と性状解析を目的として研究を進めた。さらに、同酵素の遺伝子を用いて組換え酵素の大量発現システムの構築に取り組んだ。
    PHBを含む培養液で本菌を培養すると、その上清中には2つの主要タンパク質(約35 kDaと40 kDa)がSDS-ポリアクリルアミドゲル(PAGE)上で検出された。これらのタンパク質を泳動前に加熱処理を行わなかった場合には、同じSDS-PAGE条件下では検出されず、約110 kDaのタンパク質が出現した。そのため、これらのタンパク質はSDSが存在していても複合体を形成できる可能性が示唆された。加熱処理後の各タンパク質について、N末端配列を調べた結果、それぞれ7アミノ酸が決定されたが、互いに一致しない配列であった。これらの実験と並行して、本菌からmRNAを抽出し、次世代シーケンサーを用いてトランスクリプトームデータベースを構築した。各N末端配列を照合した結果、それぞれ完全に一致するアミノ酸配列をコードするタンパク質の遺伝子が一つずつ見出された。次に、各cDNAのクローニングを行いアミノ酸配列を決定した結果、いずれもN末端側に分泌シグナルと予測される配列が存在し、PHB分解に必須と考えられる触媒残基も保存されていた。これらについて、昆虫細胞分泌発現系を構築し、組換えタンパク質を発現した結果、約40 kDaのタンパク質だけがPHBを分解できることが分かった。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 20K21324
  • 褐藻類にみられる有用物質の代謝関連酵素の同定と高度変換技術の開発
    科学研究費助成事業
    2016年04月01日 - 2020年03月31日
    井上 晶; 尾島 孝男
    褐藻は、他の生物にはほとんど見られないユニークな多糖類やカロテノイド類を含む。それらの成分のいくつかは、人類にとって有用な成分であることが知られており、注目されている。しかしながら、褐藻がこれらの成分をどのような酵素を利用して生合成しているのかについては、ゲノムや遺伝子解析から部分的に推定されているにすぎなかった。本研究では、多糖類であるアルギン酸の配列決定に関わるマンヌロン酸C5-エピメラーゼや遺伝子レベルではその存在が見出されなかった褐藻のアルギン酸分解酵素の機能をタンパク質レベルで解明した。また、褐藻のβ-カロテン生合成を担う酵素についてもリコペン合成大腸菌を作出し、その機能を実証した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 16H04977
  • アワビの褐藻食性を支える新しい糖質代謝系
    科学研究費助成事業
    2016年04月01日 - 2019年03月31日
    尾島 孝男; 井上 晶
    アワビなどの藻食性腹足類が、摂餌した褐藻に含まれるアルギン酸(ポリウロン酸)を、どのような糖質代謝系を用いて炭素栄養源として利用しているのかは長年不明であった。本研究では、アワビのアルギン酸分解酵素の作用によりアルギン酸から生じた不飽和ウロン酸単糖(DEH)が、DEH還元酵素(HdRed)によりケトデオキシグルコン酸(KDG)に還元されること、さらにKDGは特異的アルドラーゼHdAldにより最終的にピルビン酸とグリセルアルデヒドに分解されることを明らかにした。これらはアセチルCoAとなってTCA回路に導入されると考えられる。このような代謝系は他の藻食性腹足類にも存在すると考えられた。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 16K07864
  • ATPを分解しないミオシンの機能と存在意義の解明
    科学研究費助成事業
    2014年04月01日 - 2017年03月31日
    井上 晶; 尾島 孝男
    褐藻類マコンブのプロトプラスト細胞に見出されたタンパク質であるSjMLPの一次構造は、他種ミオシンと高い相同性を示すが、コンバーター領域以後が欠損している特徴をもつ。SjMLPは、ATPの有無に関わらずアクチンと結合したが、ATPが存在する場合にはアクチンを束化した。また、SjMLPはプロトプラストに特異的に発現し、プロトプラスト化処理前の藻体には、SjMLPのC末端部が伸長した典型的なミオシン構造をもつタンパク質が発現することが示唆された。自然界でマコンブが生息する環境は、種々の要因により浸透圧が変動するが、SjMLPは細胞強度を高めて、そのような変化に適応するために存在すると考えられた。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 26660166
  • アワビの海藻多糖代謝機構の解明
    科学研究費助成事業
    2007年 - 2010年
    尾島 孝男; 井上 晶; 田中 啓之; 澤辺 智雄
    アワビやアメフラシなどの食藻性腹足類は、アルギン酸やラミラナン、マンナン、キシラン、セルロースなどの海藻多糖を特異的に分解する酵素をもつ。これらの酵素によって分解された海藻多糖は、腹足類の解糖系やTCA回路により代謝される。本研究では、腹足類の海藻多糖代謝機構に関する理解を深めるために、消化液に含まれる一連の多糖代謝系酵素、特にアルギン酸、ラミナラン、マンナンの分解に関連する酵素の性状を解析した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19380117
  • レバーアーム構造をもたない褐藻類ミオシン様タンパク質の機能解析
    科学研究費助成事業
    2008年 - 2009年
    井上 晶
    有用大型褐藻類であるマコンブからcDNAクローニング法により得られた634アミノ酸から構成されるミオシン様タンパク質(以下LjMLPと称する)の昆虫細胞発現系を構築し、その機能について調べた。その結果、LjMLPはマコンブ カルモジュリンと共発現した場合には、アクチン非存在下、25℃では0.26 1/secのMg-ATPase活性を示し、その活性はアクチンにより増大し、40μMアクチン存在下では0.68 1/secで最大となった。さらに、invitro motility assayにより、LjMLPは0.03μm/secの速度でアクチンの滑り運動を示した。また、LjMLP遺伝子の構造解析によりLjMLPの翻訳領域は3つのイントロンで分断された4つのイントロンから構成されることが分かった。様々な時期に採取した藻体における発現パターンについてRT-PCR法で調べた結果、LjMLPは採取時期に依存せずに藻体内で発現していることが示唆された。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 20780150
  • 海洋無脊椎動物海藻多糖分解酵素の昆虫細胞系による発現生産
    科学研究費助成事業
    2005年 - 2006年
    井上 晶
    本研究では、申請者らのグループによりクローン化されたエゾアワビ・アルギン酸リアーゼ(HdAly)および同セルラーゼ(HdEG66)をコードするcDNAを用いて、組み換えバキュロウィルスを調製し、昆虫細胞Sf9に感染後、組み換え酵素を分泌発現させた。精製組み換え酵素は、SDS-PAGE上で、ほぼ単一のバンドとして検出された。組み換えHdAlyの性状解析を行った結果、至適温度および同pHは、天然のHdAlyと同等であったが、熱安定性は天然のものと比べて約5℃低かった。これは、組み換えHdAlyの糖鎖修飾が天然のものと異なっているためと考えられた。また、組み換えHdEG66の性状を調べた結果、比活性は天然のものとほぼ同じ値をもつことが明らかになり、至適温度、同pH、および熱安定性も天然のものと同等であった。
    組み換え酵素およびセルラーゼオノズカを用いて、マコンブのプロトプラスト化能を検討した結果、組み換えHdAly 150 U/mlとセルラーゼオノズカ 5 U/mlを加えて藻体を人工海水中で3時間、17℃で処理したときにプロトプラスト作出能が最大(2x10^7 cells/g fresh weight)となった。一方、セルラーゼオノズカを同活性の組み換えHdEG66に置換した場合には、プロトプラストは観察されなかった。組み換えHdEG66を最大100 U/mlとなるように加えた場合でも同様であった。これらの結果は、組み換えHdAlyはセルラーゼオノズカと混合使用することにより、マコンブからプロトプラストの調製は可能であるが、組み換えHdEG66はプロトプラストの調製には適さないことを示唆している。また、上記のプロトプラスト作出条件は、ワカメおよびチガイソにも適用可能であったことから、本法は褐藻類のプロトプラスト調製において汎用性が高いと考えられた。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 17780164
■ 産業財産権
  • アルギン酸の分解方法
    特許権, 井上 晶; 中川 聡, 国立大学法人北海道大学
    特願2012-507011, 2011年03月22日
    特許第5858542号
    201603009455492856
  • アルギン酸の分解方法
    特許権, 井上 晶; 中川 聡, 国立大学法人北海道大学
    JP2011056835, 2011年03月22日
    WO2011-118582, 2011年09月29日
    201303080291547909