無酸素環境下に棲息する未知微生物の生理生態機能の解明

• Project/Area Number: 18J20370
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Civil and environmental engineering
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 坂本(渋谷) 幸子 筑波大学, 生命環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2020: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: 深部地下圏 / 芳香族化合物 / 嫌気性共生微生物 / 深部地下生命圏 / メトキシ芳香族化合物 / ゲノム解析 / 熱力学的解析 / 培養実験 / 深部地下油ガス田環境 / 分離培養

Outline of Annual Research Achievements

深部地下油ガス田環境から得たメトキシ芳香族化合物(MAC)分解メタン生成集積培養系を対象に分離培養を行い、新規嫌気性細菌の純粋分離に成功した。分離株の系統学的・生理生化学的性質の検討を行った結果、本株はFirmicutes門Clostridia綱に属するが、系統学的にも生理生化学的にも他の郡類と異なる特性を有していたことから、新目Koleobacterales目を提唱した。また、本株はメタン生成菌と共生してMACを分解する新規共生細菌であることを明らかとした。
ゲノム解析より分離株のMAC分解経路を検討したところ、MACからギ酸と水素を生成する経路が考えられ、実際にギ酸・水素資化性メタン生成菌との共生下でMAC分解及びメタン生成が確認された。また、エネルギー代謝を検討し、この反応におけるATP合成量を算出したところ、共生細菌の経路は既知のMAC分解経路（メタン生成菌経路及びホモ酢酸生成菌経路）よりも低いエネルギー量で反応が進むことが明らかとなった。これより、地下圏において実際にMAC分解反応でどれくらいのエネルギー量を獲得できるか評価する必要があると考え、熱力学的解析を行った結果、MAC濃度が低い条件 (<1 mM)では、メタン生成菌及びホモ酢酸生成菌は、MAC分解反応に必要なエネルギー量を獲得できず、共生細菌のみ反応が進むことが明らかとなった。地下圏では多様なMACが存在し得るがその濃度は低く維持されていると想定され、地下圏MAC分解メタン生成においては共生細菌がニッチを獲得している可能性が示唆された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Sakamoto S, Nobu MK, Mayumi D, Tamazawa S, Kusada H, Yonebayashi H, Iwama H, Ikarashi M, Wakayama T, Maeda H, Sakata S, Tamura T, Nomura N, (2021)
  • Author(s): Sakamoto S, Nobu MK, Mayumi D, Tamazawa S, Kusada H, Yonebayashi H, Iwama H, Ikarashi M, Wakayama T, Maeda H, Sakata S, Tamura T, Nomura N,
  • Journal Title: Syst. Appl. Microbiol. Volume: 44 Issue: 1 Pages: 126154-126154
  • DOI: 10.1016/j.syapm.2020.126154
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 深部地下圏でメトキシ芳香族化合物分解を担う新規共生細菌の生存戦略 (2021)
  • Author(s): 坂本幸子、Nobu Masaru Konishi、眞弓大介、玉澤聡、中原望、草田裕之、米林英治、岩間弘樹、五十嵐雅之、若山樹、前田治男、坂田将、田村具博、野村暢彦、鎌形洋一、玉木秀幸
  • Organizer: 日本農芸化学学会年会2021大会
• [Presentation] 深部地下圏でメトキシ芳香族化合物分解を担う新規共生細菌の発見及び生存戦略の解明 (2021)
  • Author(s): 坂本幸子、Nobu Masaru Konishi、眞弓大介、玉澤聡、中原望、草田裕之、米林英治、岩間弘樹、五十嵐雅之、若山樹、前田治男、坂田将、田村具博、野村暢彦、鎌形洋一、玉木秀幸
  • Organizer: 第15回日本ゲノム微生物学会年会
• [Presentation] 深部地下圏環境におけるメトキシ芳香族化合物（MACs）分解メタン生成共生系の発見 (2020)
  • Author(s): 坂本幸子、Nobu Masaru Konishi、眞弓大介、玉澤聡、五十嵐雅之、若山樹、前田治男、坂田将、鎌形洋一、玉木秀幸
  • Organizer: 日本農芸化学学会年会2020大会
• [Presentation] 深部地下圏環境におけるメトキシ芳香族化合物分解メタン生成共生系の発見 (2019)
  • Author(s): 坂本幸子、Nobu Masaru Konishi、眞弓大介、玉澤聡、五十嵐雅之、若山樹、前田治男、坂田将、鎌形洋一、玉木秀幸
  • Organizer: 日本微生物生態学会 第33回大会
• [Presentation] Discovery of a novel subsurface syntrophic niche: methoxylated aromatic compound degradation (2019)
  • Author(s): Sachiko Sakamoto、Nobu Masaru Konishi、Daisuke Mayumi、Satoshi Tamazawa、Masayuki Ikarashi、Tatsuki Wakayama、Haruo Maeda、Susumu Sakata、Yoichi Kamagata、Hideyuki Tamaki,
  • Organizer: 8th IWA Microbial Ecology and Water Engineering Specialist Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A novel route from methoxylated aromatic compounds to methane : syntrophic degradation in the deep subsurface (2019)
  • Author(s): Sachiko Sakamoto
  • Organizer: 1st Global Innovation Workshop