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Exploring functional differentiation of anammox bacteria: actually diverse anammox

Research Project

Project/Area Number 19H04241
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

Kuroiwa Megumi  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00761024)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高見 英人  東京大学, 大気海洋研究所, 特任研究員 (70359165)
大久保 卓  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海底資源研究開発センター, ポストドクトラル研究員 (70749275)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Keywords窒素安定同位体 / トレーサー / anammox / メタゲノム / 機能ポテンシャル解析 / 15Nトレーサー / 代謝ポテンシャル解析 / 15N トレーサー / メタトランスクリプトーム / アナモックス
Outline of Research at the Start

本研究では、申請者らが集積・ゲノム再構築を行った新種のanammox細菌を対象に、メタトランスクリプトーム解析と独自に開発した同位体化学的手法とを駆使することで、詳細なanammox代謝経路とそれを担う遺伝子の解析を行う。さらに、独自に開発した最新の生理・代謝機能評価システム(MAPLE)と種々の比較ゲノム解析ツールを用いて、複数のanammox細菌の機能ポテンシャルとゲノム構造の詳細な解析を行う。これらの知見を統合し、これまで注目されてこなかったanammox代謝経路の多様性を明らかにするとともに、原始的anammox反応から多様化した進化プロセスの謎に迫る。

Outline of Final Research Achievements

Substrate utilization characteristics were determined by nitrogen stable isotope(15N) tracing methods for anammox community enriched in up-flow anammox reactors fed with inorganic synthetic media. We added 15N-labeled substrate or intermediate and monitored gas metabolisms by GCMS. Metagenomic analysis was used to investigate changes in bacterial composition and functional potential and to infer interactions between anammox and denitrifying bacterial community. Synthesizing these results with comparative genomic analysis of anammox bacteria, we proposed that a common characteristic of anammox is its ability to produce N2- from NO and NH4+. We also showed that there is diversity in the NO2- availability or in the enzymes used and in the patterns of possession of the hao-like genes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、環境への窒素負荷は産業革命以前の2倍以上に拡大し、我々の健康や生活に対して多面的な損失を引き起こしている。anammox反応は無機態窒素を無害な窒素ガスに還元する生物反応であり、環境中における機能解明に加え、排水処理での利用が期待されている。一方、anammox細菌の、培養の困難さ・ゲノム情報の不十分さ・生理生態機能の情報不足、が障壁となっている。本研究は、独自に開発した解析手法を活用し、anammox細菌の基質利用能・共在細菌との相互作用・ゲノム情報に基づく機能ポテンシャルの知見を拡充し理解を深めるとともに、今後の関連研究におけるホットトピックを提起した。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2022 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] The physiological potential of anammox bacteria as revealed by their core genome structure2020

    • Author(s)
      Okubo Takashi、Toyoda Atsushi、Fukuhara Kohei、Uchiyama Ikuo、Harigaya Yuhki、Kuroiwa Megumi、Suzuki Takuma、Murakami Yuka、Suwa Yuichi、Takami Hideto
    • Journal Title

      DNA Research

      Volume: 28 Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1093/dnares/dsaa028

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] アナモックスと共在細菌の関係に着目したアナモックスアバンダンス制御 因子の探索2022

    • Author(s)
      黒岩 恵、村井 沙妃、川面 佑登、寺田 昭彦、利谷 翔平、安田 昌平、諏訪 裕一、高見 英人
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] anammox 反応の原型はNOを電子受容体として利用していた2020

    • Author(s)
      大久保 卓、豊田 敦、福原 康平、内山 郁夫、黒岩 恵、針ヶ谷 優生、鈴木 拓磨、村上 由夏、諏訪 裕一、高見 英人
    • Organizer
      日本ゲノム微生物学会 第14回年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 分散操作によるアナモクス活性の阻害とヒドロキシルアミン添加による回復2020

    • Author(s)
      鈴木拓磨,黒岩 恵,川面佑登,諏訪裕一
    • Organizer
      第54回日本水環境学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] アナモクスリアクターにおける窒素代謝の速度 論的解析2020

    • Author(s)
      黒岩恵、鈴木拓磨、髙見英人、大久保卓、諏訪裕一
    • Organizer
      日本生態学会 第67回全国大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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