野生酵母×情報解析で生命の多様性に迫る

● 研究テーマ

• ❖ 酵母の「性のしくみ」がどのように進化してきたのかを研究しています
• ❖ ショウジョウバエや果実、植物などから野生酵母を見つけ出し、その多様な特徴を調べています
• ❖ 集めた遺伝子情報や表現型データを情報解析し、進化の仕組みを明らかにしています

● 分野

ゲノム生物学、システム生物学、応用微生物学

● キーワード

酵母、進化、多様性、有性生殖、フェロモン、ゲノム解析、情報解析、フィールドワーク、発酵、育種

● 実施中の研究概要

酵母を用いて、「生命の多様性はどのように生まれるのか？」という問いに取り組んでいます。特に、生殖に関わる「フェロモン」と「受容体」に注目し、生き物がどのように相手を選び、種として分かれていくのかを研究しています。
モデル生物として使用しているのは、「分裂酵母」と呼ばれる単細胞の微生物です。この酵母は私たちヒトの細胞と共通点も多く、細胞分裂や遺伝子の仕組みを調べるのに適しています。酵母が異性の細胞を見つけて交配する過程では、フェロモンという小さなペプチドと、それを受け取る受容体のやりとりが重要な役割を果たしています。私たちは、この「鍵と鍵穴」のような分子の組み合わせが、どのように変化しながらも機能を維持してきたのかを、遺伝子やタンパク質の配列データから解析しています。
また、実験室での研究に加えて、自然環境に生息する酵母の探索も行っています。ショウジョウバエ、果実、植物などから野生酵母を実際に単離し、遺伝子配列や性質を調べることで、自然界に存在する多様な酵母の姿を明らかにしています。すでにいくつかの新種も見つかっており、これらが持つ代謝能力や環境への適応能力は、食品発酵やバイオ素材の開発など、産業応用にもつながると期待されています。
さらに、集めたデータを情報科学の手法で解析し、酵母の進化や生態を数理的に理解する「ゲノム生物学」や「システム生物学」の視点から研究を進めています。こうした生命現象の基本原理を解明するとともに、その知見を社会に還元できるような応用技術の開発にも挑戦しています。

● 今後進めたい研究

今後は、酵母が環境の変化にどのように応答し、生殖のしくみを調節しているのかに注目したいと考えています。たとえば、環境中の栄養素、温度やpH、他の微生物の存在といった条件の違いによって、「相手を選ぶ」しくみがどのように変化するのかを、多様なデータや数理モデルを用いて明らかにしていきたいと考えています。さらに、野生酵母が持つ生育能力や代謝の特徴と、遺伝子・ゲノムとの関係性や隠れた相関にも注目し、酵母の多様な能力の背景にある仕組みを探っていきたいと考えています。

● 特徴ある実験機器、設備

1. エビデント, システム生物顕微鏡BX53
2. ミネルヴァテック株式会社, 四分子解析顕微鏡スポープレイ
3. Tecan, プレートリーダーInfinite200 PRO F Nano+
4. Bio-Rad Laboratories, Gene Pulser Xcell PCシステム
5. TaKaRa, PCR Thermal Cycler Dice® Touch
6. Clontech, PCR Thermal Cycler GP
7. ナノポア, MinION Mk1C

● 知的財産権（技術シーズ）

１）原清敬, 原(弘埜)陽子, 伊藤創平, 中野祥吾, 佐藤良樹, 川崎真由, 松田史生, 戸谷吉博, 清家泰介, 大塚健介, 発明の名称: ロドプシンの新規変異体, 出願番号: 特願2022-162218, 2022年10月7日 (出願), 公開番号: 特開2023-057064 (公開)
２）清家泰介, 藤森一浩, 小林洋介, 佐原健彦, 扇谷悟, 鎌形洋一, 発明の名称: 変異型キシロース代謝酵素とその利用, 出願番号: 特願2016-62838, 2016年3月25日 (出願), 国際公開番号: WO/2017/164388 (公開)

● 過去の共同研究、受託研究、産業界への技術移転などの実績

１） 国立研究開発法人科学技術振興機構: 戦略的創造研究推進事業 (さきがけ) 「時空間マルチスケール計測に基づく生物の復元あるいは多様化を実現する機構の解明」領域 (代表)　「酵母のフェロモン認識の二面性と環境適応メカニズムの解明 」(JPMJPR24N9) 研究期間: 2024年10月 - 2028年3月
２） 国立研究開発法人科学技術振興機構: 革新的GX技術創出事業 (GteX): チーム型研究 (代表) 研究開発課題「多様な微生物機能の開拓のためのバイオものづくりDBTL 技術の開発」(JPMJGX23B4) 「バイオマス資源からの有用物質生産のための次世代酵母資源の探索と機能開発」 研究期間: 2023年10月 - 2028年3月
３） 発酵研究所: 一般研究助成 (代表)　「ショウジョウバエ体内に存在する酵母叢の多様性解析」(G-2023-1-026) 研究期間: 2023年4月 - 2025年3月
４） 国立研究開発法人科学技術振興機構: 戦略的創造研究推進事業 (ACT-X) 「環境とバイオテクノロジー」領域 (代表)　「昆虫等から単離された野生酵母の評価と有用酵母の構築」(JPMJAX21B9) 研究期間: 2021年10月 - 2024年3月
５） 日本学術振興会: 科学研究費助成事業 (基盤研究(C)) (代表) 「ショウジョウバエからの酵母の単離と産業利用への展開」(21K05342) 研究期間: 2021年4月 - 2024年3月
６） 日本学術振興会: 科学研究費助成事業 (新学術領域研究・公募研究) (代表)　「フェロモンを介した酵母の非対称な異性間コミュニケーションの仕組みの解明」(20H04790) 研究期間: 2020年4月 - 2022年3月
７） 日本学術振興会: 科学研究費助成事業 (若手研究) (代表)　「酵母から学ぶ: フェロモンと受容体が共進化する仕組み」(19K16197) 研究期間: 2019年4月 - 2021年3月
８） 酵母細胞研究会: 地神芳文記念研究助成 (代表)　「酵母の性フェロモンが非対称的に多様化する生物学的意義の考察」 研究期間: 2017年9月 - 2018年8月
９） 日本学術振興会: 科学研究費助成事業 (若手研究(B)) (代表)　「酵母のフェロモン/受容体の新しい組み合わせができる分子メカニズム」(17K15181) 研究期間: 2017年4月 - 2019年3月
１０） 住友財団: 基礎科学研究助成 (代表) 「種の維持と多様性創出を生み出す酵母の2つのフェロモン認識機構の解析」(160924) 研究期間: 2016年11月 - 2017年11月

● 過去の論文や著書などの業績

【論文】
１） *Seike T, Takekata H, Kono K, Sakata N, Kotani H, Furusawa C, Matsuda F (2025) Discovery and identification of a novel yeast species, Hanseniaspora drosophilae sp. nov., from Drosophila in Okinawa, Japan. Int J Syst Evol Microbiol, 75(2): 006661
２） *Seike T, Takekata H, Sakata N, Furusawa C, Matsuda F (2024) Yamadazyma thunbergiae sp. nov., a novel yeast species associated with Bengal clock vines and soil in Okinawa, Japan. Int J Syst Evol Microbiol, 74(10): 006537
３） #Yatabe F, #Seike T, Okahashi N, Ishii J, *Matsuda F (2023) Improvement of ethanol and 2,3-butanediol production in Saccharomyces cerevisiae by ATP wasting. Microb Cell Fact, 22(1): 204
４） *Seike T, Takekata H, Uchida Y, Sakata N, Furusawa C, Matsuda F (2023) Wickerhamiella bidentis sp. nov., a novel yeast species isolated from flowers and insects in Japan. Int J Syst Evol Microbiol, 73(3): 005739
５） *Seike T, Niki H (2022) Pheromone response and mating behavior in fission yeast. Microbiol Mol Biol Rev, 86(4): e0013022
６） *Seike T, Sakata N, Shimoda C, Niki H, Furusawa C (2021) The sixth transmembrane region of a pheromone G-protein coupled receptor, Map3, is implicated in discrimination of closely related pheromones in Schizosaccharomyces pombe., Genetics, 219(4): iyab150
７） *Seike T, Sakata N, Matsuda F, Furusawa C (2021) Elevated sporulation efficiency in fission yeast Schizosaccharomyces japonicus strains isolated from Drosophila., J Fungi, 7(5): 350
８） Seike T, Narazaki Y, Kaneko Y, Shimizu H, *Matsuda F (2021) Random transfer of Ogataea polymorpha genes into Saccharomyces cerevisiae reveals a complex background of heat tolerance., J Fungi, 7(4): 302
９） *Seike T, Maekawa H, Nakamura T, Shimoda C (2019) The asymmetric chemical structures of two mating pheromones reflect their differential roles in mating of fission yeast., J Cell Sci, 132(12): jcs230722
１０） Seike T, Kobayashi Y, Sahara T, Ohgiya S, Kamagata Y, *Fujimori KE (2019) Molecular evolutionary engineering to improve catalytic activity and performance of Saccharomyces cerevisiae xylose isomerase for micro-aerobic glucose/xylose co-fermentation., Biotechnol Biofuels, 12: 139
１１） *Seike T (2019) The evolution of peptide mating pheromones in fission yeast., Curr Genet, 65(5): 1107-1111
１２） *Seike T, Shimoda C (2019) Role of pheromone recognition systems in creating new species of fission yeast., Microb Cell, 6(4): 209-211
１３） *Seike T, Shimoda C, Niki H (2019) Asymmetric diversification of mating pheromones in fission yeast., PLoS Biol, 17(1): e3000101
１４） Seike T, *Niki H (2017) Mating response and construction of heterothallic strains of the fission yeast Schizosaccharomyces octosporus., FEMS Yeast Res, 17(5): fox045
１５） Seike T, Nakamura T, *Shimoda C (2015) Molecular coevolution of a sex pheromone and its receptor triggers reproductive isolation in Schizosaccharomyces pombe., Proc Natl Acad Sci USA, 112(14): 4405-4410
１６） *Seike T, Nakamura T, Shimoda C (2013) Distal and proximal actions of peptide pheromone M-factor control different conjugation steps in fission yeast., PLoS ONE, 8(7): e69491
１７） Seike T, Yamagishi Y, Iio H, Nakamura T, *Shimoda C (2012) Remarkably simple sequence requirement of the M-factor pheromone of Schizosaccharomyces pombe., Genetics, 191(3): 815-825
【著書】
１） 生き物と匂い・フェロモンの事典（2025）東原 和成・新村 芳人・吉原 良浩・横須賀 誠・菊水 健史・岡本 雅子(編)　共同執筆

● 関連リンク先

❖ 研究室ホームページ

https://tbtsjlpmghrs.wixsite.com/saypombe

❖ より詳しい研究者データ

https://hyokadb02.jimu.kyutech.ac.jp/html/100001891_ja.html