横田 篤 (ヨコタ アツシ)

総長、理事・副学長特任教授
サステイナビリティ推進機構特任教授
国際連携研究教育局特任教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 農学博士, 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 応用微生物学
  • Microbial Biotechnology
  • Microbial Physiology
  • Applied Microbiology
研究分野
  • ライフサイエンス, 応用微生物学

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2000年 - 2006年
    北海道大学 大学院農学研究科 応用生命科学専攻 分子生命科学講座 微生物資源生態学分野 教授
  • 2000年 - 2006年
    Professor,Laboratory of Microbial Resources and Ecology, Research Group of Molecular Bioscience, Division of Applied Bioscience, Graduate School of Agriculture, Hokkaido University
  • 2006年
    - 北海道大学 大学院農学研究院 応用生命科学部門 分子生命科学分野 微生物生理学研究室 教授
  • 2006年
    - Professor,Laboratory of Microbial Physiology, Research Group of Molecular Bioscience, Division of Applied Bioscience, Reseach Faculty of Agriculture, Hokkaido University
  • 1999年 - 2000年
    北海道大学 大学院農学研究科 応用生命科学専攻 分子生命科学講座 微生物資源生態学分野 助教授
  • 1999年 - 2000年
    Associate Professor,Laboratory of Microbial Resources and Ecology, Research Group of Molecular Bioscience, Division of Applied Bioscience, Graduate School of Agriculture, Hokkaido University
  • 1992年 - 1999年
    北海道大学 農学部 農芸化学科 応用菌学講座 助教授, Faculty of Agriculture
  • 1992年 - 1999年
    Associate Professor,Laboratory of Applied Microbiology, Department of Agricultural Chemistry, Faculty of Agriculture, Hokkaido University
  • 1991年 - 1992年
    北海道大学 農学部 農芸化学科 応用菌学講座 講師, Faculty of Agriculture
  • 1991年 - 1992年
    Lecturer,Laboratory of Applied Microbiology, Department of Agricultural Chemistry, Faculty of Agriculture, Hokkaido University
  • 1989年 - 1991年
    北海道大学 農学部 農芸化学科 応用菌学講座 助手, Faculty of Agriculture
  • 1989年 - 1991年
    Research Associate,Laboratory of Applied Microbiology, Department of Agricultural Chemistry, Faculty of Agriculture, Hokkaido University
  • 1984年 - 1989年
    味の素株式会社 中央研究所 微生物化学部 研究員
  • 1984年 - 1989年
    Researcher,Central Research Laboratory of Ajinomoto Co., Inc., Kawasaki, Japan
学歴
  • 1984年, 北海道大学, 農学研究科, 農芸化学専攻, 日本国
  • 1984年, 北海道大学, Graduate School, Division of Agriculture
  • 1981年, 北海道大学, 農学研究科, 農芸化学専攻, 日本国
  • 1981年, 北海道大学, Graduate School, Division of Agriculture
  • 1979年, 北海道大学, 農学部, 農芸化学科, 日本国
  • 1979年, 北海道大学, Faculty of Agriculture
委員歴
  • 2019年 - 現在
    日本生物工学会, 監事, 学協会
  • 2011年 - 2015年
    日本乳酸菌学会, 会長, 学協会
  • 2009年 - 2015年
    日本生物工学会, 理事(国際交流担当), 学協会
  • 2011年 - 2012年
    日本農芸化学会, 代議員, 学協会
  • 2001年11月 - 2010年04月
    FEMS Microbiology Letters, 編集委員, 学協会
  • 2008年 - 2009年
    日本農芸化学会, 評議員, 学協会
  • 2008年
    日本生物工学会, 活性化WG委員, 学協会
  • 2005年 - 2007年
    日本生物工学会, 北日本支部支部長, 学協会
  • 2003年 - 2007年
    日本乳酸菌学会, 理事, 学協会
  • 2003年 - 2006年
    日本乳酸菌学会, 理事(広報・渉外担当), 学協会
  • 2003年 - 2006年
    日本農芸化学会, 学術活動強化委員会委員, 学協会
  • 2003年 - 2004年
    日本農芸化学会, 代議員, 学協会
  • 2002年 - 2004年
    日本応用糖質科学会, 北海道支部理事, 学協会
  • 2003年
    (財)バイオインダストリー協会, 「バイオサイエンスとインダストリー」誌編集委員, 学協会
  • 2001年 - 2002年
    日本生物工学会, 理事(英文誌JBB副編集委員長), 学協会
  • 1999年 - 2001年
    日本生物工学会, 英文誌 (J. Biosci. Bioeng.) 編集委員, 学協会
  • 1996年 - 2000年
    日本生物工学会, 北日本支部庶務幹事, 学協会
  • 2000年
    日本農芸化学会, 北海道支部評議員, 学協会
  • 1997年 - 1999年
    日本生物工学会, 和文誌編集委員, 学協会
  • 1995年 - 1999年
    日本生物工学会, 活動強化委員, 学協会
  • 1995年 - 1996年
    日本農芸化学会, 北海道支部幹事, 学協会
  • 1991年 - 1992年
    日本農芸化学会, 北海道支部幹事, 学協会
学内役職歴
  • サステイナビリティ推進機構長, 2024年4月1日 - 2026年3月31日
  • 教育研究評議会評議員, 2013年4月1日 - 2015年3月31日
  • 教育研究評議会評議員, 2015年4月1日 - 2017年3月31日
  • 教育研究評議会評議員, 2017年4月1日 - 2019年3月31日
  • 国際連携機構長, 2020年10月1日 - 2023年3月31日
  • 国際連携研究教育局副局長, 2020年10月1日
  • 施設・環境計画室長, 2024年4月1日 - 2026年3月31日
  • 大学院農学院長, 2015年4月1日 - 2017年3月31日
  • 大学院農学院長, 2017年4月1日 - 2019年3月31日
  • 大学院農学院副学院長, 2013年4月1日 - 2015年3月31日
  • 大学院農学研究院長, 2015年4月1日 - 2017年3月31日
  • 大学院農学研究院長, 2017年4月1日 - 2019年3月31日
  • 大学院農学研究院副研究院長, 2013年4月1日 - 2015年3月31日
  • 大学力強化推進本部副本部長, 2020年10月1日 - 2024年3月31日
  • 農学部長, 2015年4月1日 - 2017年3月31日
  • 農学部長, 2017年4月1日 - 2019年3月31日
  • 農学部副学部長, 2013年4月1日 - 2015年3月31日

研究活動情報

■ 受賞
  • 2019年09月, 公益財団法人 秋山記念生命科学振興財団, 2019年度秋山財団賞
    腸内細菌叢の制御における胆汁酸の役割に関する微生物生理学的研究
    横田 篤
  • 2019年07月, 日本乳酸菌学会, 日本乳酸菌学会賞
    乳酸菌・ビフィズス菌・腸内細菌と胆汁酸の相互作用に関する総合的研究
    横田 篤
  • 2012年10月, 公益社団法人 日本生物工学会, 生物工学功績賞
    有用物質生産菌の中枢代謝強化に関する基盤研究
    横田 篤
  • 1996年03月, 公益社団法人 日本農芸化学会, 農芸化学奨励賞
    エネルギー代謝変異による有用微生物の育種に関する研究
    横田 篤
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • Amino acid fermentation
    Atsushi Yokota; Masato Ikeda
    Springer, 2017年, 9784431565185, 英語, [編者(編著者)]
  • 応用微生物学 第3版
    横田篤; 大西康夫; 小川順
    文永堂出版, 2016年07月, 4830041315, 327, [編者(編著者)]
  • Lactic Acid Bacteria and Bifidobacteria: Current Progress in Advanced Research
    Kenji Sonomoto; Atsushi Yokota
    Caister Academic Press, Norfolk, UK, 2011年, 9781904455820, 英語, [編者(編著者)]
  • 乳酸菌とビフィズス菌のサイエンス
    京都大学出版会, 2010年, [共編者(共編著者)]
  • Handbook of Corynebacterium glutamicum (eds. L. Eggeling and M. Bott)
    CRC Press, 2005年, [分担執筆]
  • 「微生物利用の大展開」今中忠行 監修
    株式会社エヌ・ティー・エス, 2002年
  • 「食による生体機能調節の新展開」栄養・食糧科学セレクション3 <安本教傳,葛西隆則 編集>
    日本食品出版, 2002年
  • Food for Health in the Pacific Rim (eds. J. R. Whitaker, N. F. Haard, C. F. Shoemaker and R. P. Singh)
    Food & Nutrition Press, Inc., 1999年
■ 所属学協会
  • (財)日本ビフィズス菌センター
  • (財)バイオインダストリー協会
  • 日本応用糖質科学会
  • American Society for Microbiology
  • 日本乳酸菌学会
  • 日本生物工学会
  • 日本農芸化学会
  • Japan Bifidus Foundation
  • Japan Bioindustry Association (JBA)
  • The Japanese Society of Applied Glycoscience
  • Japan Society for Lactic Acid Bacteria (JSLAB)
  • The Society for Biotechnology, Japan
  • and Agrochemistry
  • Biotechnology
  • Japan Society for Bioscience
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 適応的実験室進化による産業微生物のエネルギー欠乏への潜在的な適応能力の解明
    科学研究費助成事業
    2021年04月01日 - 2024年03月31日
    前田 智也; 横田 篤
    本研究では、発酵産業に重要な大腸菌やコリネ型細菌の発酵生産効率の向上を目的として、中枢代謝が活性化している様々な呼吸鎖酵素欠損株の適応的実験室進化を行うことで、産業微生物の細胞増殖と目的物質生産のバランスを最適化させる方法を明らかにすることを最終目的としている。
    大腸菌やコリネ型細菌において、酸化的リン酸化の阻害によるエネルギー欠乏の誘導が糖代謝などの中枢代謝を活性化させる一方、著しい増殖悪化を引き起こすことが先行研究から明らかにされている。申請者は、本研究において、エネルギー欠乏株の多くが酢酸を単一炭素源として生育できない、または著しく生育が阻害されることを見出した。酢酸を単一炭素源とした場合、取り込んだ酢酸をまず活性化してアセチルリン酸へ変換する過程で1分子のATPを消費し、その後基質レベルのリン酸化では1分子のATPしか合成できないため、ATP合成は酸化的リン酸化に依存していると考えられる。そのため、酢酸を単一炭素源とする選択圧をかける実験室進化を行うことで、酸化的リン酸化が阻害されているエネルギー欠乏株において、エネルギー欠乏への潜在的な適応能力が活性化された進化株が出現し得るのではないかと考えた。そこで今年度は、まず大腸菌の様々な呼吸鎖酵素を欠損したエネルギー欠乏株6株を親株として、酢酸最少培地を用いた適応的実験室進化を行った。適応的実験室進化は、コントロールとして呼吸鎖を欠損していない野生株を用い、また同一培養条件における反復数4として合計28系列行った。このような適応的実験室進化により、酢酸最少培地における生育が回復または、増殖速度が向上した進化株を取得することに成功した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 21K06142
  • 大腸菌の呼吸鎖欠損株が示す異常な糖代謝の機構解明と発酵生産ロバスト化への応用
    科学研究費助成事業
    2019年04月01日 - 2022年03月31日
    横田 篤; 前田 智也; 片岡 尚也; 和田 大
    本研究では、野生株W1485から取得したΔΔ株(NDH-IとCytbo3を共に欠損)が糖消費活性と呼吸活性の著しい上昇、酢酸の生成、NADHの滞留、グルタミン酸(Glu)の著量蓄積などの異常な糖代謝を示すことを発見した。さらにメタボローム解析、RNA-Seqにより、ペントースリン酸経路、酢酸生成経路に加えて、Gluをγ-アミノ酪酸(GABA)に変換するグルタミン酸脱炭酸酵素遺伝子gadABなどの発現上昇が認められた。また、ΔΔ株を用いた発酵生産の効率化について、1,3-ブタンジオールとGABAの高生産化を目指し、どちらの物質に対してもΔΔ変異が生産性向上に寄与することを実証した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19H02863
  • 食事と腸内細菌叢:西欧食による腸内細菌叢崩壊機構の解明
    科学研究費助成事業
    2013年04月01日 - 2014年03月31日
    横田 篤
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 25292042
  • 革新的な腸管発酵制御法:腸内細菌の嫌気呼吸の促進による発癌性二次胆汁酸生成の抑制
    科学研究費助成事業
    2011年 - 2012年
    横田 篤; 石塚 敏
    大腸癌のリスク因子として大腸内に生成される発がん性二次胆汁酸が知られている.本研究では,腸内細菌による胆汁酸の還元的代謝により生成される発がん性二次胆汁酸を低減させる新しい手法として,腸内細菌の嫌気呼吸を促進させ,胆汁酸の酸化的代謝を活性化させることを試みた.そこでラットにフマル酸を添加した飼料を摂取させ,盲腸内の嫌気呼吸の誘導を試みたところ,代表的な発がん性二次胆汁酸であるデオキシコール酸の低減可能性は示された.しかし,5~10%と高濃度のフマル酸添加必要であり,この濃度ではラットが下痢を起こすことから、実用的な抑制にはフマル酸のカプセル化等,添加方法の検討が必要である.
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 23658064
  • 腸内乳酸菌の消化管内生き残り戦略:胆汁酸適応に関わる細胞表層機能の解析
    科学研究費助成事業
    2009年 - 2011年
    横田 篤; 吹谷 智; 森田 直樹; 横田 伸一
    遊離胆汁酸はその細胞膜損傷作用により腸内細菌にとって最も過酷な環境ストレス因子になっている.これまでの研究で,研究代表者らはLactobacillus gasseri JCM1131Tにヒトの主要な胆汁酸であるコール酸に対する適応現象を見出している.これは,対数増殖期の細胞を非致死濃度である4mMのコール酸に30分間暴露した後,致死濃度の15mMのコール酸で処理したところ,7時間後でも生残率がほぼ100%であったのに対し,何も処理しない細胞は生残率が千分の一あるいは一万分の一に急速に低下したというものである.この際の適応細胞では,致死濃度のコール酸による細胞膜の損傷が軽減されていて,適応に伴う細胞膜脂質組成の変化が示唆された.
    そこで適応細胞と非適応細胞から全脂質を抽出し,それらを中性脂質,糖脂質,リン脂質の3区分に分画した.それぞれの画分の比率は適応前後で変化なく,それぞれの画分の脂肪酸組成についても変化がなかった.しかし,糖脂質とリン脂質の組成に有意な変動があった.糖脂質では糖鎖の鎖長が長くなった.またリン脂質ではカルジオリピンの比率が有意に増大した.
    コール酸適応におけるカルジオリピンの役割について調べるため,ベシクル実験を行った.その結果,カルジオリピンはコール酸による攻撃に対してベシクルに抵抗性を付与することが分かり,カルジオリピンが適応機構に深く関わっていることが示唆された.
    本菌のゲノム上には,カルジオリピンの合成に作用すると考えられる2つのカルジオリピン合成酵素遺伝子が存在する.この遺伝子を単独又は両方欠損させた変異株を構築し,それらの株のコール酸適応能を調べた.単独欠損株ではいずれの株でもリン脂質画分におけるカルジオリピンの存在比が低下したが,コール酸適応により野生株並みに増大し,野生株と変わらないコール酸適応を示した.二重変異株ではカルジオリピンが殆ど検出されなかったが,それにも拘わらず,コール酸適応を示した.したがって,カルジオリピンはコール酸適応に必須ではないことが分かった.しかしこの二重変異株では,糖脂質含量の有意な減少とリン脂質含量の有意な増大が見られ,その変化は適応後により顕著になった.このことはカルジオリピンが細胞膜の脂質組成を決定する重要な役割を担っていることを示している.
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 21380053
  • 新規二次胆汁酸生成腸内細菌の探索と大腸ガン発症プロモーター生成機構の解明
    科学研究費助成事業
    2004年 - 2006年
    横田 篤; 吹谷 智; 湯本 勳; 和田 大
    糞便サンプルから,一次胆汁酸であるコール酸(CA)とケノデオキシコール酸(CDCA)をそれぞれ大腸ガンのプロモーター活性を持つ二次胆汁酸,デオキシコール酸(DCA)とリトコール酸(LCA),に変換する7α-脱水酸化活性を持つ未知の腸内細菌の分離を目的として研究を行った.
    嫌気チャンバー内で糞便サンプルから合計619株の腸内細菌を分離し,これらのCAあるいはCDCAからの二次胆汁酸生成活性をTLC,HPLC,GC-MS分析により検出した.その結果,8株の二次胆汁酸生成菌を取得した.16SrRNA遺伝子の塩基配列の決定により,DCAやLCA生成菌株としてClostridum scindensとC.leptumを得たが,これらは既知の変換菌であった。他の6株はCDCAからLCAとは異なる代謝産物として7-オキソリトコール酸(3α-hydroxy-7-oxo-5β-cholanoic acid,7-keto-LCA)を生成していた.これら6株は7-keto-LCA生成菌としては既知のEscherichia coli(3株)やBacteroides fragilis(2株)に加えて,今まで報告のなかったBeacteroides intestinalsを含むことが判明した.本株をB.intestinalis AM-1と命名した.AM-1株はCAからは7-keto-DCAを生成した.基準株JCM13265^Tでも同様の活性が確認された.
    変換反応を既知の変換株E.coli HB101およびB.fragilis JCM11019^Tと比較したところ,AM-1株は変換反応培養時の生育量は他株に比べて低いが,変換率は90%以上であり,菌体当たりの変換活性が格段に高いことが分かった.本反応を触媒する酵素7α-hydroxysteroid dehydrogenase活性はこれら3株間に大差を認めなかった.
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 16380054
  • 大腸菌の酸化的リン酸化欠損株のプロテオーム解析と遺伝子発現のマクロアレイ解析
    科学研究費助成事業
    2001年 - 2002年
    横田 篤; 冨田 房男
    酸化的リン酸化欠損変異(F_1-ATPase欠損変異)に伴うエネルギー代謝の撹乱が大腸菌細胞におよぼす影響を,プロテオーム変動解析とDNAマクロアレイ法によるトランスクリプトーム解析により検討した。
    [方法]
    (1)サンプル調製:大腸菌K-12野生株W1485と,そのF_1-ATPase欠損変異株をグルコース最少培地でケモスタット培養し,解析の試料とした.
    (2)プロテオーム解析:両株の全発現タンパク質を2次元電気泳動によって分離し,両株で差異の認められるタンパク質のスポットを飛行時間型質量分析計を用いて同定した.
    (3)DNAアレイ法による遺伝子発現解析:両株の細胞より全RNAを抽出し,33PラベルcDNAを合成した.これをDNAマクロアレイとハイブリダイゼーションさせ,アレイ画像読み取りと画像解析を行い,野生株と変異株の遺伝子発現の差を解析した.
    [結果]
    解糖系諸酵素ではプロテオーム解析と活性測定により変異株での発現上昇が認められたものがいくつかあったが(phosphoglycerate kinase, enolase, pyruvate kinase I, pyruvate dehydrogenase), DNAアレイでの発現上昇はPyruvate dehydrogenaseのみであった.TCAサイクルの多くの酵素では発現低下が認められ,上記3項目全てにおいて一致したのはcitrate synthase, succinyl-coA syntehtase, malate dehydrogenase, isocitrate lyase, malate synthaseであった.一方succinate dehydrogenase, fumarate hydrataseでは活性とプロテオームにおいてのみ発現低下が確認された.呼吸鎖ではNADH dehydrogenase-2とcytochrome bdの活性上昇がDNAアレイにおいても確認された.
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 13660072
  • エネルギー代謝変異による有用微生物の育種と解析
    科学研究費助成事業
    1998年 - 2000年
    横田 篤; 富田 房男
    産業上重要な次の3種類の菌株について,エネルギー代謝に関わるH^+-ATPaseに着目した微生物機能の解析と応用について検討し,以下の結果を得た.以下の一連の検討は,エネルギー代謝の操作が微生物機能の新しい改変を可能にすることを示している.
    1.大腸菌:野生株から取得したF_1-ATPase活性欠損株を最少培地で連続培養して調製した生理学的に均一な細胞について,中枢代謝を検討した.欠損株では解糖系酵素活性は上昇,TCAサイクル関連酵素活性は低下し,呼吸鎖の成分であるNADHデヒドロゲナーゼの活性は増大した.大腸菌のゲノム情報に基づき,2次元電気泳動により発現タンパク質のプロテオーム変動解析を行い,F_1-ATPase欠損変異株においては細胞成分が質的に作り変えられていることを明らかにした.
    2.コリネ型グルタミン酸生産菌:Corynebacterium glutamicumのH^+-ATPase活性低下変異株の発酵経過を調べた.変異株では菌体当たりの糖消費量が増大していること,また,グルタミン酸はほとんど生産されなくなり,代わりにピルビン酸,アラニン,乳酸の生成量が増加することを見出した.H^+-ATPase遺伝子のクローニングを行い,完全長の遺伝子を得た.本遣伝子を大腸菌-コリネバクテリウムシャトルベクターに連結し,C.glutamicum野生株の形質転換を行った.その結果,形質転換体のH^+-ATPase活性は野生株の約2.7倍に上昇した.
    3.乳酸菌:チーズスターター乳酸菌Lactococcus lactisにおいて,H^+-ATPase活性の低下は酸性感受性を与え,細胞内pHの恒常性維持にH^+-ATPaseが深く関わることが明らかになった.本菌のH^+-ATPaseオペロン全遺伝子をクローニングした.
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 10460033
  • 変異株を用いる抗真菌剤の探索
    科学研究費助成事業
    1998年 - 1999年
    冨田 房男; 横田 篤
    先に得られた物質AM-1及びNCA-D6関連物質の単離精製、を行った。
    AM-1関連物質と想定されるAM-2を単離した。
    AM-2はキチン合成酵素の一部を欠損した株にのみ生育阻害をもたらし、同時に行った野生株には生育阻害は見られなかった。また、その他の糸状菌Aiternaria sp.、Fusarium oxysporum、細菌Salmonella typhymurium、Bacillus subtillisにも生育阻害は見られなかった。AM-2の機器分析の結果分子量が303、分子式がC_<21>H_<37>Nであることがわかった。AM-2は、野生株の粗精製キチン合成酵素反応を阻害することが確認された。また、^3H-uracil、^3H-thymidine、^3H-leucineを用いた取り込み実験の結果、AM-2が3H-uracilと^3H-leucineの取り組みを阻害しており、AM-2によるRNAおよびタンパク合成が影響を受けていると示唆された。
    NCA-D6関連の少なくとも4つの物質が確認された。NCA-D6も、キチン合成酵素の一部欠損株にのみ生育阻害をもたらし、同時に行った野生株には生育阻害は見られなかった。また、その他の糸状菌Aiternaria sp.、Fusarium oxysporum、細菌Salmomella typhymurium、Bacillus subtillisにも生育阻害は見られなかった。分子量646、分子式C_<37>H_<58>O_9であり、その構造を明らかにした。NCA-D6は野生株の粗精製キチン合成酵素反応を阻害し また、^3H-uracil、^3H-thymidine、^3H-leucineを用いた取り込み実験の結果、3H-leucineの取り込みを阻害しており、タンパク合成が影響を受けていると示唆された。既知の物質ではあったものの、キチン合成を阻害するという報告は本研究が初めてである。関連物質について単離精製を進め、機器分析にかける段階である。
    日本学術振興会, 萌芽的研究, 北海道大学, 10876015
  • 微生物による新規オリゴ糖の生産及び機能評価に関する研究
    科学研究費助成事業
    1995年 - 1997年
    冨田 房男; 佐山 晃司; 原 博; 葛西 隆則; 横田 篤
    1.製造原料の供給:チコリよりイヌリンを抽出精製するプロセスをビ-トからの蔗糖精製と同様の工程で検討し、イヌリン調製法を確立した。レバンについてもレバン生産菌のジャー培養法の確立を行い、その培養液からの回収、精製プロセスを確立した。また、粗抽出液や培養液中にオリゴ糖生産酵素を添加するなどの方法で原料精製プロセスの省略化を図ったオリゴ糖生産についても検討している。2.オリゴ糖生産菌の探索、生産菌の育種改良:オリゴ糖生産菌の探索を土壌微生物に加え植物内生菌より行い、その中からオリゴ糖生産株としてキシロビオースを生産する糸状菌を新たに単離した。また、DFAIII、DFAIVの生成酵素遺伝子(ift、lft)のクローニングと塩基配列の決定を行い、大腸菌での高発現系を構築し、それぞれ共に元株より高活性のオリゴ糖生成酵素の調製に成功した。3.オリゴ糖生産プロセスの構築:オリゴ糖生産菌株の培養法またはクローン化し高発現し生産された酵素の諸性質をそれぞれ決定し、DFAIII、DFAIV,イヌロトリオース、レバンビオースの生成酵素生産条件、酵素反応条件を確立した。DFAIII、DFAIVについては酵素反応液中からの精製方法を確立し、酵母による発酵、イオン交換カラム、結晶化することにより精製オリゴ糖標品を大量に調製した。4.オリゴ糖の栄養・機能性評価:3により大量調製したDFAIIIの加工特性や腸内細菌による利用性ラットや人での栄養評価を行った。そのうちラットを用いたカルシウム吸収促進効果を調べたところ、DFAIIIはラフィノースやフラクトオリゴ糖以上のカルシウム吸収促進を有することがわかり、その促進部位・作用は大腸部位での腸内細菌による発酵基質としての他、小腸部位でも濃度依存的にカルシウム吸収を促進することがわかった。DFAIIIについてもDFAIIIと同様の評価を検討している。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 07556087
  • 大腸菌及びコリネ型細菌のエネルギー代謝変異株の解析と発酵生産
    科学研究費助成事業
    1996年 - 1996年
    横田 篤; 須藤 学; 冨田 房男
    大腸菌及びコリネ型細菌のH^+-ATPアーゼの活性低下変異株について研究を進め下に示す結果を得た。
    1)これまでに当研究室で得られていた大腸菌のH^+-ATPアーゼ欠損株の炭素の流れを解糖系の酸素及び糖の取込み系について解析した。ピルビン酸キナーゼ-1とホスホグリセリン酸キナーゼの活性が元株の約1.5倍、グルコース取込み系(ホスホトランスフェラーゼ系)が約2.1倍、チトクロームb含有量が約1.4倍(呼吸が約1.7倍)に上昇しており、これらの共同作用で炭素の流れ(フラックス)に変化がでたものと結論した。中でもグルコース取込み系の増大は、ピルビン酸の生産向上と協同してフラックスの変化に最も大きな寄与があるものと考えられる。
    2)コリネ型細菌のH^+-ATPアーゼの活性が元株の約30%にまで低下した変異株を得てその解析を試みた。本変異株は生育初期には元株よりも生育が遅いが最終的な生育量はほとんど同じであった。本菌においても大腸菌と同様にピルビン酸の生産が増大し、オキソグルタール酸の生産はなくなり、クエン酸サイクルが動いていないことが示された。その結果グルタミン酸の生産はほとんどなくなり、アラニンの生産が増大した。また本菌でも糖消費が増大していたがこれもグルコース取込み系(ホスホトランスフェラーゼ系)の増大が大きく寄与していることが示された。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 08660083
  • 2. 腸内細菌と胆汁酸の相互作用に関する総合的研究
    1996年
    競争的資金
  • 大腸菌のエネルギー代謝変異株の解析-糖代謝の新規制御機構と発酵生産の効率化-
    科学研究費助成事業
    1995年 - 1995年
    横田 篤; 冨田 房男
    大腸菌K-12株由来のリボ酸要求性ピルビン酸生産菌を新株として、形質導入法によりF_1-ATPaseの欠損変異遺伝子atpA401を導入して得られたTBLA-1株では、生育は親株の70%に低下したが、菌体当りのグルコース消費速度及びピルビン酸生産速度が親株の2倍及び2.5倍に増大し、その結果ピルビン酸の生産効率が大幅に向上した。平成7年度はTBLA-1株の性質解明とともに、新たに大腸菌K-12株野生株からも同様なF_1-ATPaseの欠損変異株を導き、この株についての性質も検討し、以下の結果を得た。
    1.TBLA-1株における解糖系諸酵素活性の変化:グルコースの取込みにかかわるホスホトランスフェラーゼ系を除く解糖系の全ての酵素活性の測定を行い、ホスホグリセリン酸キナーゼ及びピルビン酸キナーゼIの活性が対数増殖期において親株の最大1.5倍に増大していることを認めた。この二つの酵素は共に基質レベルのリン酸化を触媒するものであり、F_1-ATPaseの欠損変異におけるエネルギー(ATP)欠乏を補うレスポンスとして合目的的と考えられた。その他の酵素については両株間で有意な差が認められなかった。
    2.大腸菌K-12株野生株からのF_1-ATPase欠損変異株の取得:大腸菌K-12株野生株W1485に、形質導入法によりF_1-ATPaseの欠損変異遺伝子atpA401を導入しHBA-1株を取得した。
    3.培養条件の検討:TBLA-1、HBA-1両株の培養条件を検討し、鉄イオンの添加と、有機窒素源としてポリペプトンの添加が有効であることを認めた。
    4.HBA-1の糖代謝:3の条件でTBLA-1、HBA-1両株を培養した結果、HBA-1株の培養では著量のピルビン酸が生成した。ピルビン酸生産株でない野生株由来のF_1-ATPaseの欠損株でもピルビン酸が蓄積することから、F_1-ATPaseの欠損株では解糖系が強く活性化されていることが示唆された。
    日本学術振興会, 一般研究(C), 北海道大学, 07806010
  • 大腸菌のピルビン酸発酵をモデルとしたエネルギー代謝変異株による発酵生産の効率化
    科学研究費助成事業
    1994年 - 1994年
    横田 篤; 富田 房男
    大腸菌K-12株由来のリポ酸要求性ピルビン酸生産菌を親株として、形質導入法によりF_1-ATPaseの欠損変異遺伝子atpA401を導入して得られたTBLA-1株では、生育は親株の70%に低下したが、菌体当たりのグルコース消費速度およびピルビン酸生産速度が親株の2倍および2.5倍に増大し、その結果ピルビン酸生産効率が大幅に向上した。平成6年度はTBLA-1株の性質を解明することを目的として検討し、次に示す成果を得た。
    1.F_1-ATPaseレベルとピルビン酸生産効率との関連性の検討:TBLA-1株から親株の10%の活性を持つF_1-ATPaseの部分復帰変異株を取得した。この株のピルビン酸生産能は親株と同じであった。従って、ピルビン酸生産の効率化のためには、F_1-ATPaseがさらに低下する必要があることが分かった。
    2.TBLA-1株における酸素消費量の変化:ピルビン酸生産培養時のTBLA-1株の酸素消費量は親株の1.7倍に増大していた。
    3.電子伝達系のチトクロムb含有量の測定:分光学的な測定の結果、TBLA-1株では含有量が親株の3倍に増大していた。2.の結果と合わせて考えると、TBLA-1株では糖消費の増大の結果過剰に生成されるNADHを再酸化するために、これらの変化が起こったと考察された。
    4.TBLA-1株における解糖系諸酵素活性の変化:glucose phosphate isomerase,phosphofructokinase,fructose bisphosphate aldolase,phosphoglycerate mutase,pyruvate kinaseの5種類の酵素活性について測定したところ、pyruvate kinaseの活性がTBLA-1において約50%増大しており、解糖系が活性化されていることが見出された。
    日本学術振興会, 一般研究(C), 北海道大学, 06806009
  • 微生物酵素を用いた未利用多糖類からの有用オリゴ糖の生産
    科学研究費助成事業
    1992年 - 1994年
    富田 房男; 須藤 学; 横田 篤
    オリゴ糖は抗う蝕作用、便秘改善、血清脂質改善などの生理作用や、低カロリー甘味物質として注目を集めている。またオリゴ糖は植物や微生物の健康に対しても有効であることが示されてきた。このようにオリゴ糖の重要性が認識されるにつれて、その効率的な生産手段が求められるようになってきた。そこで我々はイヌリンやレバンなどの未利用多糖類から微生物によってオリゴ糖を生産することとし、土壌サンプルからこれらの多糖分解菌を分離し、オリゴ糖生産菌をスクリーニングした。
    1.イヌリンからのオリゴ糖生産:イヌリンからDFAIIIを生産するArthrobacter sp.H65‐7は菌体内DFAIII分解酵素によってDFAIIIをイヌロビオースに変換することが分かった。菌体反応をにより、DFAIIIからイヌロビオース生産が可能であることを示した。Streptomyces rocheiE87はイヌリンからイヌロトリオースを生産するエキソ型酵素を生産することが分かった。本酵素の精製を行い、酵素化学的性質を解明した。
    2.レバンからのオリゴ糖生産:土壌から分離されたレバン分解菌Streptomyces exfoliatus F3‐2とArthrobacter nicotinovorans SG9は、レバンからレバンビオースとDFAIVをそれぞれ効率よく生産することが分かった。レバンビオース生成酵素を精製し、性質を解明した。
    3.糖転移反応を用いるオリゴ糖生産:Arthrobacter sp.MS9と同定された土壌分離菌のレバンビオース生成酵素を高濃度のイヌロビオースに作用させたところ、糖転移生成物と思われる3糖が生成された。構造解析の結果、このオリゴ糖はイヌロビオースの還元末端側のフラクトース残基にβ2‐6結合でフラクトースが1残基結合した新規3糖であった。
    日本学術振興会, 一般研究(B), 北海道大学, 04454074
  • 1. エネルギー代謝に着目した有用微生物の機能解析と産業利用
    1988年
    競争的資金
■ 産業財産権
  • 新規二次胆汁酸生成抑制剤(もしくは方法)
    特許権
    2010-048241
  • 乳酸菌利用による発酵即席麺の物性改良法
    特許権
    3873129
  • 乳酸菌利用による発酵即席麺
    特許権
    3769616