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Advance

Masahiro Ito

    Department of Biological Resources　Professor
    Bio-Nano Electronics Research Center　Researcher
    Course of Life Sciences　Professor
Last Updated :2025/05/21

Researcher Information

URL

Research funding number

  • 80297738

ORCID ID

Researcher ID

  • H-1960-2013

J-Global ID

Profile

  • Masahiro Ito completed his undergraduate studies in the Department of Chemistry at Rikkyo University in Tokyo and earned his Ph.D. in Chemical Engineering from the Graduate School of Science and Engineering at the Tokyo Institute of Technology in 1994. From 1994 to 1997, he worked as a postdoctoral fellow in the Department of Biochemistry at the Mount Sinai School of Medicine in New York. 1997, Professor Ito joined the Faculty of Life Sciences at Toyo University as a full-time lecturer. He has received several awards, including the 2002 International Conference on Extremophiles Young Poster Award, the 2005 Japan Society for Extremophiles Encouragement Award, and the 2011 Japan Society for the Promotion of Science Award for Outstanding Young Scientists. From 2008 to 2010, he served as a Program Officer at the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT). In April 2020, he became the Program Director of the Bio-Resilience Research Project, launched under the theme of "Social Implementation of Advanced Science on Extremophiles for Achieving the Sustainable Development Goals (SDGs)." Toyo University selected This project as a priority research program for the fiscal year 2021.
    Additionally, the project was selected again as a priority research program for the fiscal year 2024, and the second phase of the project, titled "Realizing a Circular Society with Extremophiles, Enriching Living Environments! TOYO SDGs Global 2024-2030-2037," is currently underway. He is an Associate Editor for Frontiers in Microbiology (Extremophiles and Microbial Physiology and Metabolism sections), an Editorial Board Member for Applied and Environmental Microbiology (ASM) and Engineering Microbiology (Elsevier), and an Advisory Board Member for the Journal of Biochemistry. Since 2023, he has also been an expert member of the Cabinet Office's Food Safety Commission. His research program focuses on fundamental and applied aspects of extremophilic microorganisms, particularly alkaliphilic and halophilic microorganisms. For more details, visit the below website. http://www2.toyo.ac.jp/~ito1107/research_en.html

Research Interests

  • Deinococcus radiodurans   radiation-resistant bacteria   Biomass Refinery   Bioethanol production   Na^+/H^+ antiporter   Alkaliphiles   Alkalihalobacillus pseudofirmus   Extremophiles   Alkaline environment adaptation mechanisms   pH homeostasis   Na^+ cycles   イオンチャネル   proton motive force   bacterial flagellar motor   イオンチャンネル   Sodium motive force   アルカリカチオン   

Research Areas

  • Environmental science/Agricultural science / Environmental load reduction/restoration technology
  • Life sciences / Applied microbiology
  • Life sciences / Molecular biology
  • Life sciences / Applied microbiology
  • Life sciences / Biophysics

Academic & Professional Experience

  • 2021/04 - Today  Bio-resilience Research project (BRRP)
  • 2009/04 - Today  Toyo UniversityFactory of Life SciencesProfessor
  • 2001/04 - 2009/03  Toyo UniversityFactory of Life SciencesAssociate professor
  • 1997/04 - 2001/03  Toyo UniversityFactory of Life SciencesLecturer
  • 1994/04 - 1997/03  Mount Sinai School of MedicineDepartment of Biochemistrypostdoctoral researcher

Education

  • 1989/04 - 1994/03  Tokyo Institute of Technology  Graduate School of Science and Engineering  化学工学専攻

Association Memberships

  • 日本ゲノム微生物学会   JAPAN SOCIETY FOR BIOSICENCE, BIOTECHNOLOGY, AND AGROCHEMISTRY   THE JAPANESE SOCIETY FOR EXTREMOPHILES   International society for Extremophiles   American society for Microbiology   

Published Papers

Books etc

Conference Activities & Talks

  • 二重管ノズルを用いた高濃度セシウム耐性大腸菌反転膜包埋アルギン酸ゲルを用いたセシウム回収技術の構築  [Not invited]
    小嶋 大喜; 石田 義基; 伊藤 政博
    第24回極限環境生物学会年会  2024/08  Poster presentation
  • Regarding the 'Advances in Extremophile Science Contributing to Sustainable Development Goals (SDGs).' symposium  [Invited]
    Masahiro Ito
    日本農芸化学会2024年度大会シンポジウム  2024/03  Public symposium
  • リボソーム安定性によるセシウム耐性：大腸菌ZX-1株のケーススタディ  [Not invited]
    小嶋 大喜; 黒崎綾音; 伊藤政博
    日本農芸化学会2024年度大会  2024/03  Oral presentation
  • Mg2+ 添加による細菌のセシウム耐性を改善する生理学的重要性とその役割の解明  [Not invited]
    伊藤 政博; 石田 義基; Chongkai Zhang; 佐藤 勝也
    第24回極限環境生物学会年会  2023/08  Oral presentation
  • Elucidation of the function of high-concentration Cs+-resistant bacteria obtained from Escherichia coli expressing the Cs+/H+ antiporter CshA derived from Microbacterium sp. TS-1  [Not invited]
    Masahiro Ito; Xiong Zhiyu; Yoshiki Ishida
    48th Japan BioEnergetics Group  2022/12  Oral presentation
  • A study to implement advanced science on extremophiles in society to achieve the SDGs  [Invited]
    Masahiro Ito
    The 23rd Annual Meeting of the Japanese Society for Extremmophiles  2022/11  Invited oral presentation
  • 2022年11月7日（招待講演）  [Invited]
    Masahiro Ito
    The 70th Annual Meeting of the Japanese Society for Actinomycetes  2022/11  Invited oral presentation
  • A study to implement advanced science on extremophiles in society to achieve the SDGs  [Invited]
    Masahiro Ito
    第20回微生物研究会  2022/10  Invited oral presentation
  • Cs+ tolerance mechanisms of high-concentration Cs+ tolerance bacterium alkaliphilic Microbacterium sp. TS-1  [Not invited]
    Ito M; Ishida Y; Koretsune T; Sato K
    The 13th International Congress on Extremophiles  2022/09  Oral presentation
  • Alkaline pH adaptation mechanism and current applied research of alkaliphilic bacteria  [Invited]
    Masahiro Ito
    Seminar at Rensselaer Polytechnic Institute  2021/12  Others
  • 好アルカリ性細菌研究から派生した創薬研究と環境浄化研究への取り組み  [Invited]
    伊藤政博
    創発セミナー、大隅基礎科学創成財団  2019/10  Nominated symposium
  • Purification and functional reconstitution of the multi-subunit type Na+/H+ antiporter Mrp from thermophilic Anoxybacillus flavithermus WK1.  [Not invited]
    Masahiro Ito
    Thermophiles2019  2019/09  Poster presentation
  • Up-motility phenotype of Methylobacterium sp. ME121 in co-cultivation with Kaistia sp. 32K  [Not invited]
    Y. Usui; Y. Wakabayashi; 〇M. Ito
    The 16th international symposium on Bioscience and Nanotechnology  2018/12  Poster presentation
  • サーマス・サーモフィルス発見・ 好アルカリ性細菌再発見50周年記念セッション「極限環境生物の未来に向けて ～故・掘越弘毅先生による 好アルカリ性細菌再発見から50周年を記念して～」  [Invited]
    伊藤政博
    第19回極限環境生物学会年会  2018/12  Invited oral presentation
  • 好アルカリ性Bacillus属細菌の細胞表層の重要な役割と従来とは異なるカチオン駆動力を利用するべん毛モーターについて  [Invited]
    伊藤政博
    金沢大学理工研究域公開セミナー/NanoLSI異分野融合研究会  2017/12  Public discourse
  • The Mrp-type cation/proton antiporter with major functions is broadly distributed in bacteria and archaea  [Invited]
    Masahiro Ito
    Seminar at The Institute of Science and Technology Austria (IST Austria)  2017/11
  • Nonconventional cation-coupled flagellar motors derived from the alkaliphilic Bacillus and Paenibacillus species.  [Invited]
    Masahiro Ito
    International Symposium on "Harmonized supramolecular motility machinery and its diversity  2017/09
  • Elucidation of ion selectivity and identification of ion transport subunits in the multi-subunit Mrp-type Na+/H+ antiporter.  [Invited]
    Masahiro Ito
    9th ASME (Asian Symposium on Microbial Ecology)  2017/04  Invited oral presentation
  • Characterization of SLH-type cell surface layer proteins and its application in alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4  [Invited]
    Masahiro Ito
    1st International Conference on Applied Microbiology in Vietnam  2016/12  Invited oral presentation
  • In memoriam: Prof. Koki Horikoshi (1932-2016)  [Invited]
    Masahiro Ito
    The 14th international symposium on Bioscience and Nanotechnology  2016/11  Nominated symposium
  • The elucidation of the mechanisms of coupling ion selectivity of alkaliphilic bacterial flagellar motors  [Invited]
    Masahiro Ito
    Extremophiles 2016  2016/09  Invited oral presentation
  • Motility in Neutralophilic and alkaliphilic Bacillus  [Invited]
    Masahiro Ito
    第89回日本細菌学会総会、シンポジウムS3「細菌の運動」  2016/03  Nominated symposium
  • The discovery of a novel divalent cation-driven bacterial flagellar motor  [Invited]
    Masahiro Ito
    Gordon Research Conference on Sensory Transduction in Microorganisms  2016/01  Nominated symposium
  • Physiology and motility of alkaliphilic Bacillus  [Invited]
    Masahiro Ito
    The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem) 2015  2015/12  Nominated symposium
  • 細菌べん毛モーターのイオン選択透過機構を探る  [Invited]
    伊藤政博
    分子研研究会「膜タンパク質内部のプロトン透過を考える」  2015/04  Nominated symposium

MISC

Industrial Property Rights

  • 特願2024-155447:好アルカリ性細菌による醤油諸味粕の培地利用および減量化  2024年/09/10
    伊藤政博  学校法人東洋大学
  • 特許7593608:Screening Methods for Specific Inhibitors of Na⁺/H⁺ Antiporters  
    伊藤政博  Toyo University
  • 特開2021-036860:微生物のイオン耐性を向上させるための添加剤組成物および方法  2021/03/11
    伊藤政博  学校法人東洋大学
  • 特開2020-83809(P2020-83809A):セシウム輸送膜タンパク質を含む組成物  2020/06/04
    伊藤政博  学校法人東洋大学

Awards & Honors

  • 2023/08 Kanto Branch, Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry (JSBBA) Excellent poster award
     Analysis of the Cs resistance mechanism in the Escherichia coli Cs-resistant strain ZX-1. 
    受賞者: Daiki Kojima;Shunsuke Tanaka;Masahiro Ito
  • 2019/09 日本農芸化学会関東支部 優秀発表賞（ポスター発表部門）
     高濃度セシウム耐性菌Microbacterium sp. TS-1株の新規セシウム耐性機構の同定 
    受賞者: 是恒貴宏;石内絵梨;手島美結;石田義基;伊藤政博
  • 2018/12 Japanese Society for Extremophiles Excellent Poster Award
     好アルカリ性細菌Microbacterium sp. TS-1株の高濃度セシウム耐性機構の解明 
    受賞者: Takahiro Koretsune;Masahiro Ito
  • 2016/12 The 1st international Conference on Applied Microbiology in Vietnam Young Scientist Poster Award (1st)
     Elucidation ion selectivity and identification of ion transport subunits in the Mrp type antiporter 
    受賞者: Mitsue Matsui;Masahiro Ito
  • 2015/11 The 16th Annual Meeting of the Japanese society for Extremophiles Poster award
     A functional analysis of stator complex of flagellar motor from Bacillus trypoxylicola 
    受賞者: Riku Imazawa;Shun Naganawa;Masahiro Ito
  • 2014/12 The 15th Annual Meeting of the Japanese society for Extremophiles Poster award
     Elucidation of the differences in Na+ affinity in a neutral pH environment of the Na+-driven stator MotPS in alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4 and Bacillus subtilis 
    受賞者: Yuka Takahashi;Yukina Noguchi;Masahiro Ito
  • 2014/11 The 15th Annual Meeting of the Japanese society for Extremophiles Poster award
     Identification for a factor affecting of stimulation of motility in Methylobacterium sp. 121 
    受賞者: Wakabayashi Yuu;Tetsu Shimizu;Akira Nakamura;Masahiro Ito
  • 2014/09 International Congress on Extremophiles 2014 ISE Young Scientist Poster Award
     The clarification of the differences between alkaliphilic and neutralophilic Bacillus influx control of Na+ near neutral pH in the Na+-driven flagellar motor stator MotPS 
    受賞者: Yuka Taakahashi;Yukina Noguchi;Masahiro Ito
  • 2013/03 Blue Earth 2013 (JAMSTEC) Young Scientist Poster Award
     Analytical results of microbiological diversity in the seismogenic zone (Japan trench) sediment at 3 months and 17 months after Tohoku Region Pacific Offshore Earthquake occurred 
    受賞者: Sayumi Kinoshita;Masahiro Ito
  • 2012/11 The 2012 Annual Meeting of the Kanto Branch of the Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry Poster award
     Elucidation of rotation mechanism of hybrid biomotor that can utilize two types of coupling ions 
    受賞者: Yuka Takahashi;Masahiro Ito
  • 2012/06 Toyo University Inoue Enryo Prize
     Research on Hybrid Bacterial Flagellar Motor 
    受賞者: Masahiro Ito
  • 2011/11 The 12th Annual Meeting of the Japanese society for Extremophiles Poster award
     A novel K+-stimulated flagellar motor from alkaliphilic Bacillus alcalophilus. 
    受賞者: Motohiko Sano;Naoya Terahara;Masahiro Ito
  • 2011/10 The 2011 Annual Meeting of the Kanto Branch of the Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry Poster award
     Identification of amino acid residues in the flagellar stator involved in the reduction of motility under the neutral environment of the alkalophilic Bacillus pseudofirmus OF4 
    受賞者: Yukina Noguchi;Masahiro Ito
  • 2011/03 the Japan Society for the Promotion of Science JSPS Prize
     Properties of Bacterial Flagellar Motor Powered by Hybrid Stators 
    受賞者: Masahiro Ito
  • 2009/11 The 10th Annual Meeting of the Japanese society for Extremophiles Poster award
     Identification and characterization of functional residues in a Multi-subunit type Na+/H+ antiporter Mrp complex from alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4. 
    受賞者: Masato Morino;Shinsuke Natsui;Tomohiro Ono;Talia H. Swartz;Terry A. Krulwich;Masahiro Ito
  • 2009/10 The 10th Annual Meeting of the Japanese society for Extremophiles Poster award
     Identification and analysis of amino acid residues important for the rotation mechanism of flagellar stator MotAB, MotPS of Bacillus subtilis 
    受賞者: Yuka Takahashi;Naoya Terahara;Sachiyo Koizumi;Masahiro Ito
  • 2008/11 The 9th Annual Meeting of the Japanese society for Extremophiles Poster award
     A conversion of the coupling ion specificity of stators in a Bacillus flagellar motor 
    受賞者: Naoya Terahara;Terry Ann Krulwich;Masahiro Ito
  • 2008/06 The 3rd Japan transporter research association Outstanding performance award(Oral presentation)
     A flagellarstator MotAB from alkaliphilic Bacillus clausii can utilize two types of ions as coupling ions 
    受賞者: Naoya Terahara;Masahiro Ito
  • 2007/11 Kanto Branch meeting of the Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry Young Scientist Award (oral presentation)
     Bacillus subtilis flagellar motor is a hybrid motor that can utilize two kinds of energy 
    受賞者: Naoya Terahara;Masahiro Ito
  • 2007/11 The 8th Annual Meeting of the Japanese society for Extremophiles Poster award
     The visualization of the voltage-gated Na+ channel of Alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4 by using fluorescent protein fusion. 
    受賞者: Shun Fujinami;Masahiro Ito
  • 2005/11 the Japan Society for Extremophiles Young Scientist Award
     
    受賞者: Masahiro Ito
  • 2004/11 The 5th Annual Meeting of the Japanese society for Extremophiles Poster award
     好アルカリ性細菌Bacillus halodurans C-125株の細胞形態形に関する研究 
    受賞者: Shun Fujinami;Masahiro Ito
  • 2002/09 International Society for Extremophiles (ISE) ISE Award
     
    受賞者: Masahiro Ito

Research Grants & Projects

  • Development of Cesium and Strontium Removal Technology Using Alginate Gel-Encapsulated Inverted Membrane Vesicles
    Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    Date (from‐to) : 2025/04 -2028/03 
    Author : Masahiro Ito
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    Date (from‐to) : 2019/04 -2022/03 
    Author : Ito Masahiro
     
    The Mrp-type Na+/H+ antiporter is ubiquitous in many bacteria and archaea. To search for inhibitors specific to this Na+ transport pathway of Mrp from S. aureus, I utilize a library of about 11,000 small molecule compounds. The purpose was to search for inhibitors and elucidate their mechanism of action. A reproducibility experiment of a candidate compound of an inhibitor was performed, and several candidate reproducibility was confirmed for the compound. Next, an inverted membrane was prepared from the E. coli expressing Mrp. The fluorescence quenching method for measuring the Na+/H+ antiport activity on the presence or absence of the candidate compound. As a problem, it was confirmed that the autofluorescence of the candidate compound interferes with the measurement of the fluorescence of dye. The challenge is to improve the measurement system for secondary screening.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    Date (from‐to) : 2015/04 -2018/03 
    Author : Ito Masairo
     
    In this study, clarification of the ion transport route of Mrp type Na+/H+ antiporter was carried out. It has been reported that Ca2+ is transported in addition to Na+ and K+ among homologous proteins of this enzyme. Therefore, we attempted to elucidate the purpose of this research by using three different Mrp homologs of cations to be transported. As a result, it was revealed that the coupling cation transport route of this enzyme was formed at the fifth transmembrane segment of MrpA and the twelfth transmembrane segment of MrpD which are the interface between the two subunits.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    Date (from‐to) : 2012/06 -2017/03 
    Author : MIYATA Makoto; MORI Hiroyuki; UYEDA Q. Taro; KOJIMA Seiji; KATAYAMA Eisaku; KODERA Noriyuki; TAOKA Azuma; KAWAKAMI Masaru; KOUYAMA Tsutomu; ISHIWATA Shin'ichi; KITA Kiyoshi; SASAKAWA Chihiro; NAMBA Kiichi
     
    Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), “Harmonized supramolecular motility machinery and its diversity” is aimed at promoting "Studies on motility supramolecular motility machinery” at each stage and eventually clarifying them at atomic level. The general team of this area seriously received the significance of the existence of the research expenses category "Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas New academic area" and aimed to give synergy effects to the whole area that cannot be obtained with other research funds. We performed the activities difficult for individual research groups, (1) activation of discussion, (2) development and provision of technology necessary for the development of the area, and (3) outreach activities.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
    Date (from‐to) : 2012/06 -2017/03 
    Author : ITO MASAHIRO; IMADA Katsumi; TAKAHASHI Yuka; SOWA Yoshiyuki; FUJINAMI Shun; TAGUCHI Atsuko; YAMAMOTO Mami; TERAHARA Naoya; NOGUCHI Yukina; SANO Motohiko; IMAZAWA Riku; WAKABAYASHI Yu; NAGANAWA Shun; USUI Yoshiaki
     
    Many bacteria migrate through the environment using the flagellar apparatus which is a motion organelle. Until now, the flagellar motor was known to be driven by an ion motive force such as proton and sodium ion. In this study, we succeeded to isolate Paenibacillus sp. TCA20 with flagellar motors driven by divalent cations such as calcium ions and magnesium ions for the first time in the world. Besides this, we also characterized nonconventional cation-coupled flagellar motors derived from the alkaliphilic Bacillus. Differences in ion selective permeability between these flagellar motors and conventional motors were elucidated using molecular biological techniques. Based on the results of this study, it is expected to create artificial nanomachines and molecular switches that can selectively use driving energy.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    Date (from‐to) : 2009 -2012 
    Author : ITO Masahiro; TERAHARA Naoya; IMADA Katsumi
     
    At first, we identified that the flagellar motor of B. subtilis was a hybrid motor and it rotated by using both ion motive forces, H+ and Na+, by a single molecular mechanism. Next, the critical charged amino acid residues between the second and third transmembrane cytoplasmic loop region in MotA and MotP subunits of B. subtilis were identified by using site-directed mutagenesis. Moreover, we identified a novel type flagellar motor from alkaliphilic Bacillus alcalophilus which stimulates swimming speed under elevated K+ or Rb+ concentrations. This is the first report that describes aflagellar motor that can use both K+ and Rb+ as coupling ions.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    Date (from‐to) : 2005 -2007 
    Author : ITO Masahiro
     
    The bacterial ion channels are useful for the structural analysis of the eukaryotic ion channels. The elucidation of physiologic functions and effecter proteins of the bacterial ion channels is important in research of the ion channels. NavBP is the member of the bacterial voltage-gated Na+ channel superfamily that is found in alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4. NavBP has recently been shown to have a role in pH homeostasis, motility and chemotaxis. The chemotaxis phenotype of NavBP deletion mutant was particularly striking in that the response of the mutants to chemoattractants was inverted compared to the wild-type strain. Therefore, we have studied to elucidate the relation of the deficit of Na channel and the abnormalities in chemotaxis. We have already reported the following things. First, in the wild-type strain, colocalization of NavBP and the putative chemotaxis receptor McpX was observed at cell pole by immuno fluorescent microscopy (IFM). Second, in the NavBP deletion mutant, although the expression level of McpX did not change mostly, but the localization of that was decreased. Then, in order to observe cellullar localization of NavBP in a live cell, the plasmid which express the NavBP-CFP fusion protein was constructed, the transformation was carried out to NavBP deletion mutant. As a result, polar localization of functional NavBP-CFP was observed. The polar localization of NavBP in alkaliphilic Bacillus pseudofirmus OF4 was strongly suggested. In order for a chemotaxis receptor to function, it is necessary to localized at cell pole. The results suggest interactions between NavBP and McpX that affect their co-localization at cell pole. The inverse chemotaxis phenotype of NavBP deletion mutants may result in part from delocalization of McpX.
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 特定領域研究
    Date (from‐to) : 2004 -2004 
    Author : 伊藤 政博
     
    枯草菌のホメオスタシスに関与するアルカリカチオン輸送系の研究は、全ゲノムが明らかになったことがきっかけとなり解明が進んでいる。枯草菌では、Na^+またはK^+を細胞内のpH調節、物質輸送の共役イオン、膨圧の維持などに利用する。枯草菌のホメオスタシスに関わるアルカリカチオン輸送系タンパク質の生理的機能を解明し、その制御機構を明らかにすることは、ポストゲノム研究における基軸微生物である枯草菌細胞の環境適応戦略機構の体系的な理解に貢献することが期待された。データベースを調べると枯草菌には、アルカリカチオン輸送系に関与することが推定される機能未同定タンパク質が複数存在する。本研究では、アルカリカチオン輸送系に関与する機能未同定タンパク質の機能解明から関連する他のタンパク質との発現制御や環境適応戦略としての相互関係についての解明を行い、枯草菌におけるアルカリカチオンの循環機構を体系的に解明することを目的としている。平成16年度は、各候補遺伝子の多重欠損株や各種ストレス環境での各候補遺伝子のpMutin破壊株を用い、各遺伝子の発現パターンの変化を複数の実験方法を用いて詳しく調べた。生理機能解明を始めている機能未同定遺伝子のうち以下の知見を得た。(1)YvgPが、Na^+、Li^+、K^+、Rb^+を基質とするH^+とのアンチポーター活性を持つこと。YvgPが常に発現していること。(2)YjbQは、低K^+環境ではK^+の取り込みに、高K^+環境ではK^+の排出に関与すること。(3)YfkEは、Ca^<2+>/H^+アンチポーターとして機能し、SigBとSigG依存であること。おそらく、YfkEの生理的役割は、細胞内のCa^<2+>ホメオスタシスにかかわることがわかってきた。(4)枯草菌の鞭毛モーター固定子としてNa^+チャンネルとして働くMotPSを同定し、枯草菌でもH^+駆動力以外にNa^+駆動力で鞭毛を回転させることを明らかにした。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 若手研究(B)
    Date (from‐to) : 2003 -2004 
    Author : 伊藤 政博
     
    好アルカリ性BaCillus pseudofirmus OF4の新規複合体型Na^+/H^+アンチポーターMrpの生理的機能を明らかにするため、平成16年度は、以下のような実験を行ない、有用な結果を得た。 まず、はじめにMrpシステムは二次能動輸送系のNa^+/H^+アンチポートを触媒し、さらに一次能動輸送モードを持っていると仮定されていた。この仮定は、大腸菌の呼吸鎖欠損変異株を用いた非発酵条件での生育でMrpに依存した相補が観察されたことが理由の一つであった。しかし、この相補には、大腸菌由来のリンゴ酸キノン酸化還元酵素の増加が関係し、Mrpの触媒活性ではないことを明らかにした。 また、Mrpシステムの各サブユニットそれぞれのHis-tag融合タンパク質の発現、精製およびHis-tag抗体を用いたウエスタンブロットによる検出に成功した。また、各Mrpサブユニットに対するポリクローナル抗体を作製し、その検出を試みた。その結果、MrpEとMrpGに対するポリクローナル抗体以外の抗体を用いた場合は、各His-tag融合タンパク質をHis-tag抗体と同様にウエスタンブロットで検出することができた。検出できなかったMrpGに関しては、7つのサブユニットを同時に発現させる場合、His-tagやS-tagを付加して、発現させるので、複合体精製の実験でのウエスタンブロットでの検出に問題が生じなかったが、MrpEに関しては、現在、再度新しいポリクローナル抗体を作製中である。 Mrp複合体の精製は、現在までに成功していないが、各サブユニットの一部にtagを付加し、活性に影響を与えないことを確認した発現プラスミドを構築したので、これを用いて大量精製をおこなう予定である。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 特定領域研究
    Date (from‐to) : 2003 -2004 
    Author : 伊藤 政博
     
    枯草菌のホメオスタシスに関与するアルカリカチオン輸送系の研究は、全ゲノムが明らかになったことがきっかけとなり解明が進んでいる。大腸菌などのグラム陰性菌と枯草菌とでは、細胞のホメオスタシスに関わるアルカリカチオンの循環機構に関与する既知遺伝子同士に相同性は見られない。よって枯草菌においては、新規な機構の発見が期待される。枯草菌のデータベースを調べると少なくともあと6つのNa^+の排出に関わる候補と4つのK^+の取り込みに関与する候補と2つのK^+の排出に関与する候補が存在する。本研究では、これらの機能未同定タンパク質の機能を明らかにすることにより、ポストゲノム研究における基軸生物として位置づけられている枯草菌のアルカリカチオン循環機構の全貌を解明することを目的とする。2003年度の成果としては、生理機能解明を始めている機能未同定遺伝子のうち以下の知見を得た。 1.Na^+/H^+アンチポーターと相同性のあるyhaUを含むyhaSTUオペロンが、高アルカリ性pHや高塩濃度で転写が促進されること。 2.YhaUによるK^+排出は、同じオペロンにコードされたYhaSのC-末端側とYhaTによって調節されること。 3.KtrA-KtrBが高親和性のK^+取込み機構であり、KtrC-KtrDが低親和性のK^+取込み機構として働くこと。 4.これら2種類のK+取り込み系を欠損した変異株は、低K^+濃度でも生育が可能なことからこれら以外にK+取り込みを行うシステムが存在することが示唆された。 5.YvgPが、アルカリ性に至適pHを持つNa^+/H^+アンチポーターであること。 6.新たにyrvCDオペロンの遺伝子産物がK^+取り込みに関与すること。 7.YfkEは、Ca^<2+>/H^+アンチポーターとして機能し、Na^+/H^+アンチポーター活性を持たないこと。 8.yfkEDオペロンは、SigBおよびSigG依存であること。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 特定領域研究
    Date (from‐to) : 2002 -2002 
    Author : 伊藤 政博
     
    枯草菌のホメオスタシスに関与するアルカリカチオン輸送系の研究は、全ゲノムが明らかになったことがきっかけとなり解明が進んでいる。大腸菌などのグラム陰性菌と枯草菌とでは、細胞のホメオスタシスに関わるアルカリカチオンの循環機構に関与する既知遺伝子同士に相同性は見られない。よって枯草菌においては、新規な機構の発見が期待される。枯草菌のデータベースを調べると少なくともあと7つのNa^+の排出に関わる候補と4つのK^+の取り込みに関与する候補と2つのK^+の排出に関与する候補が存在する。本研究では、これらの機能未同定タンパク質の機能を明らかにすることにより、枯草菌におけるアルカリカチオンの循環機構の全貌を解明することを目的としている。2002年度の成果としては、生理機能解明を始めている機能未同定遺伝子のうち以下の知見を得た。 1、Na^+/H^+アンチポーターと相同性のあるyhaUが、高アルカリ性pHや高塩濃度で転写が促進されること。 2、YhaUによるK^+輸送は、同じオペロンにコードされたYhaSとYhaTによって調節されること。 3、YuaA-YubGが高親和性のK^+取込み機構であり、YkrM-YkqBが低親和性のK^+取込み機構として働くこと。 4、YvgPが、Na^+/H^+アンチポーター活性を持つこと。 5、yjbQ欠損株は、定常期後期で溶菌すること。 6、YybF、YhcAは、Na^+とK^+の輸送に直接的には、関わらないこと。 7、YfkEは、Ca2^+/H^+アンチポーターとして機能し、Na^+/H^+アンチポーター活性を持たないこと。 8、yfkEDオペロンは、SigG依存であること。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 特定領域研究(C)
    Date (from‐to) : 2001 -2001 
    Author : 伊藤 政博
     
    枯草菌のホメオスタシスにおけるアルカリカチオン輸送系の役割を明らかにするため、平成13年度は、以下のような実験を行ない、有用な結果を得た。まず、枯草菌のゲノムデータベース上からアルカリカチオン輸送系に関わる機能未同定タンパク質を検索し、7つのNa^+の排出に関わる候補と4つのK^+の排出に関わる候補と2つのK^+の取り込みに関わる候補が存在することを明らかにし、遺伝子のクローニングを行うこととそれらの欠損変異株の構築および取得を行った。そして、一部の遺伝子のクローニングを残してはいるが、ほぼこの目的を達成した。これらは、平成14年度以降に本格化する各遺伝子の生理的機能解明や枯草菌細胞内でのそれぞれの遺伝子産物の役割を網羅的に解析するための実験材料として利用する予定でいる。また、クローニングが完了した候補遺伝子を、塩基配列を確認後、順次、大腸菌や枯草菌のNa^+/H^+アンチポーターやK^+の取り込みと排出に関与する遺伝子を欠損した変異株への形質転換を行い、相補実験を行っている。そして、これまでに以下のような新たな知見を得た。(1)Na^+/H^+アンチポーターと相同性のあるYhaUがK^+を排出すること。(2)YhaUのK^+排出は、同じオペロンにコードされたYhaSとYhaTによって抑制されること。(3)YuaA、YubG、YkrM、YkqBが枯草菌における主要なK^+取り込み系であること。今後、クローニングした残りの遺伝子に関しても生理学的及び遺伝子工学的アプローチを行い、機能解明を進める予定でいる。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    Date (from‐to) : 2000 -2001 
    Author : 伊藤 政博
     
    好アルカリ性Bacillus pseudofirmus OF4の新規複合体型Na^+/H^+アンチポーターMrpの生理的機能を明らかにするため、平成13年度は、以下のような実験を行ない、有用な結果を得た。 まず、平成12年度にMrpが膜電位に依存した二次輸送系としてばかりではなく一次輸送系としても機能しうることが示唆されたことを踏まえて、次のような実験を行った。7つのサブユニットからなるMrpの各サブユニットの役割を明らかにする第一歩としてMrpAとMrpCの部位特異的変異プラスミドを構築した。これらの変異プラスミドをNa^+/H^+アンチポーターや呼吸鎖の一部を欠損した大腸菌変異株に形質転換し、相補実験を行った。実験の結果、MrpAでは一次輸送系と二次輸送系の両方の機能の同時に喪失することが明らかになった。これからMrpAは、これらの機能に必要不可欠であることが示唆された。次にMrpCでは二次輸送系で機能するNa^+/H^+アンチポーター活性は保持するが、膜電位を消失させてしまうと一次輸送系として機能する細胞内Na^+濃度の維持機能を喪失するが明らかになった。これからMrpCは、一次輸送系の機能に関わる重要なサブユニットであることが示唆された。今後、同様の実験系で他のサブユニットの役割についても明らかにする予定でいる。 次に、平成12年度にOF4株にとってmrpオペロンを欠損することが致死的であることが示唆され、今年度は、染色体上のMrpオペロンのプロモーターをP_プロモーターに改変し、条件致死変異株の構築を試みたが、成功しなかった。この理由としては、実験に使用した温度感受性プラスミドの温度感受性が喪失してプラスミドの除去がうまくいかなかったことなどが考えられる。今後、他のアプローチによりMrp変異株の構築を検討中である。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    Date (from‐to) : 1998 -1999 
    Author : 伊藤 政博
     
    昨年度までにNa^+イオンの排出や細胞内pHホメオスタシスに関与する遺伝子群mrpオペロンを好アルカリ性Bacillus firmus OF4株からクローニングすることに成功した。本遺伝子群の全塩基配列は、GenBankに登録した(アクセス番号:AF097740)。本年度は、OF4株の全mrpオペロンを含む遺伝子断片をベクターpMW118に連結し、主要なNa^+/H^+アンチポーターを欠損している大腸菌Knabc株に形質転換し生理的機能解析を試みた。形質転換株は、Knabc株が生育できない0.2M-NaCl濃度以上の培地で良好に生育した。また、形質転換株から調製した反転膜小胞を用いた実験より、本遺伝子にコードされているタンパク質が、Na^+/H^+アンチポーター活性を持つことを明らかにした。遺伝子の一部をプラスミド上で欠失させるとNa^+/H^+アンチポーター活性が消失し、Knabs株の欠損を相補できなくなった。このことから、本遺伝子群のNa^+/H^+アンチポーター活性には、少なくとも7つすべての遺伝子産物が関与していることが明らかになった。しかし、7つの遺伝子産物すべてで大きな複合体を形成してNa^+/H^+アンチポーターとして機能しているのか、一部はシャペロンや複合体の安定性に関与するだけなのかは現在のところ不明である。今後、本遺伝子産物の精製を試みることによりこのことが明らかになることが期待される。別のアプローチとして相同的組み換え技術を用いて染色体上のmrpオペロンの欠失を試みた。しかし、この遺伝子群の欠失変異株を取得することは全く出来なかった。同様の実験を枯草菌で行った場合、欠失変異株が容易に取得できた。このことは、枯草菌が、Na^+とK^+どちらかのカチオンを用いて生育を維持できるのに対し、好アルカリ性細菌Bacillus firmus OF4株は、生育にNa^+を必須とし、おそらく菌のNa^+サイクルの主要な役割を果たしているため、mrpオペロンの欠損が菌にとって致死的な変異になるためと考えられた。

Committee Membership

  • 2025/03 - Today   Extremophiles   Editorial Board Member
  • 2023/10 - Today   Special Committee on Genetically Modified Foods, The Food Safety Commission of Japan (FSCJ) , Cabinet Office   Expert committee
  • 2013/01 - Today   Japanese Society for Extremophiles   General affairs secretary
  • 2013/04 -2020/03   Toyo University   Center for Academic Research Promotion Deputy-Directors
  • 2008/08 -2010/07   Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT)   Program officer

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