多くのバクテリアは細胞内にタンパク質や膜小胞でかたちづくられた超分子複合体をもち、細胞の形や分裂、染色体の娘細胞への分配などのはたらきを担っている。また、アナモックス細菌のアナモキソーム(anammoxosome)やシアノバクテリアの炭酸固定を担うカルボキシソームのような、「特化した形態と機能を持つ細胞内構造物」が存在しており、原核細胞オルガネラと呼ばれている。私たちは、磁性細菌とよばれる磁気を感知できる細菌の原核細胞オルガネラ「マグネトソーム」の構造や機能の解明を目的に研究を行っている。マグネトソームはMagnetospirillum magnetotacticum などの磁性細菌がもつ磁気オルガネラで、細胞内で合成された磁鉄鉱（マグネタイト）の結晶がリン脂質膜小胞で覆われたナノサイズの磁気微粒子である。マグネトソームは細胞質に直鎖状に配置され、細胞骨格やマグネトソームマトリクス、粒子間物質などの複雑な構造で組織されている。磁性細菌が細胞分裂する際には、マグネトソームが細胞中央に位置することにより，娘細胞に分配され、子孫に伝達される。磁性細菌はどのようにして、磁気微粒子をつくりだし、直鎖構造を形成し、細胞中央へ配置しているのだろうか？

進行中の研究：分子・細胞研究部門では、バイオAFMを用いた、分子生物学的、細胞生物学的現象の解明を目指し、バイオAFMのための生物試料の開発を行う。私たちは、AFMを用いてマグネトソームの可視化に初めて成功した[Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107: 9382-9387 (2010)]。また、磁性細菌のもつ新規アクチン様タンパク質MamKが細胞中央に局在する細胞骨格を形成し、マグネトソームと結合していることを免疫染色法で確認した[J.Bact., 189: 8737-8740 (2007)]。現在、MamKタンパク質の細胞骨格繊維への重合過程の可視化を目指した研究を行っている。

Selected Publications

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D. Yamamoto, A. Taoka, T. Uchihashi, H. Sasaki, H. Watanabe, T. Ando, and Y. Fukumori,  “Visualization and structural analysis of the bacterial magnetic organelle magnetosome using atomic force microscopy”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107: 9382-9387 (2010).

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A. Taoka, R. Asada, LF. Wu and Y. Fukumori Y, “The Polymerization of Actin-Like Protein MamK Associated with Magnetosomes”, J. Bacteriol., 189: 8737-8740 (2007).

N. Pradel, CL. Santini, A. Bernadac, Y. Fukumori and LF. Wu, “Biogenesis of actin-like bacterial cytoskeletal filaments destined for positioning prokaryotic magnetic organelles”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103: 17485-17493 (2006).

A. Taoka, R. Asada, H. Sasaki, K. Anzawa, L.F. Wu, and Y. Fukumori, “Spatial localizations of Mam22 and Mam12 in the magnetosomes of Magnetospirillum magnetotacticum”, J.Bacteriol., 188, 3805-3812 (2006).

N. Numoto, T. Nakagawa, A. Kita, Y. Sasayama, Y. Fukumori and K.Miki, “Structure of an extracellular giant hemoglobin of the gutless beard worm Oligobrachia mashikoi”,  Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 14521-14526 (2005).