原核生物の「隠された生命の樹」: "培養"で見出す排水処理プロセスにおける生態

• Project/Area Number: 20J01007
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 中原 望 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門 生物資源情報基盤研究グループ, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 陸域地下生命圏 / C1代謝 / 共生 / 遺伝子の水平伝搬 / 極小微生物

Outline of Research at the Start

本研究では、環境ゲノム解析 (メタゲノム・メタトランスクリプトーム解析) を駆使し、排水処理プロセスを含む環境中に存在するCPR/DPANN群などの極小微生物が物質循環にどのように寄与しているのか、培養をベースとしたその生理代謝機能を明らかにする。そして、確かな生理学的・形態学的特徴に関する知見を提供し、少しずつ系統の不完全性を補完していくことを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、環境ゲノム解析を用いた陸域地下圏生息する極小微生物が物質循環にどのように寄与しているのか、培養をベースとしたその生理代謝機能明らかにすることを目的として、極小微生物の培養を試みた。最終年度において、目的としているActinobacteriota門の新目の純粋培養物は得られず、集積培養系に留まった。しかしながら、ゲノム解析からは芳香族メトキシ化合物の脱メチル化遺伝子の系統解析により、アーキア・バクテリアのドメインを超えた水平伝搬が起こっていることが明らかになった。つまり、メトキシ化合物は、地下圏生命圏を支える有機物として普遍的なエネルギー源であり、このエネルギー獲得機構を利用した系統的に多様な微生物の存在を推定ですることができた。また、本集積培養系に対して行ったLC/MSによる代謝産物の同定では、メトキシ化合物を唯一の炭素源とするメタン生成アーキアと同様の機能を持っていることを明らかにすることができた。
加えて、本研究で対象とした極小微生物であるActinobacteriota門の同目に属するバクテリアのゲノム系統樹の作成を行ったところ、本Actinobacteriota門の目レベルを代表とする未培養性バクテリアは、諸性質とする好気性・嫌気性のような特徴が系統学的に明らかに分岐していた。このような嫌気・好気の性質を持つ微生物が同じ目に混在することは珍しく、より深い解析を実施することで嫌気性から好気性への進化の過程を紐解くことできることが期待される。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Metagenome-Assembled Genome Sequence of Marine Rhizobiaceae sp. Strain MnEN-MB40S, Obtained from Manganese-Oxidizing Enrichment Culture (2022)
  • Author(s): Masataka Aoki, Nozomi Nakahara, Masataka Kusube, Kazuaki Syutsubo
  • Journal Title: Microbiology Resource Announcement Volume: 1 Issue: 9 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1128/mra.00645-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-rate cotreatment of purified terephthalate and dimethyl terephthalate manufacturing wastewater by a mesophilic upflow anaerobic sludge blanket reactor and the microbial ecology relevant to aromatic compound degradation (2022)
  • Author(s): Kuroda Kyohei、Narihiro Takashi、Shinshima Futaba、Yoshida Mio、Yamaguchi Haruka、Kurashita Hazuki、Nakahara Nozomi、Nobu Masaru K.、Noguchi Taro Q.P.、Yamauchi Masahito、Yamada Masayoshi
  • Journal Title: Water Research Volume: 0 Pages: 118581-118581
  • DOI: 10.1016/j.watres.2022.118581
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Actinobacteriota 門の新目のC1 代謝経路の理解と生態学的意義 (2023)
  • Author(s): 中原望, 延優, 原英里, 眞弓大介, 前田治男, 坂田将, 玉澤聡, 玉木秀幸, 鎌形洋一
  • Organizer: 日本水環境学会
• [Presentation] 嫌気性プロピオン酸分解と複合微生物系の関係 (2022)
  • Author(s): 中原 望, 延 優, 関口 勇地, 井口 晃徳
  • Organizer: 第35回 日本微生物生態学会
• [Presentation] イルカ口腔内に共生する特異な細菌群集 (2022)
  • Author(s): 中島 悠, 中原 望, 玉木 秀幸
  • Organizer: 第35回 日本微生物生態学会
• [Presentation] 核膜様構造を持つ新規 Atribacterota門地下細菌の培養化と機能解明 (2022)
  • Author(s): 川本 大輝，渡邊 美穂，持丸 華子，中原 望，孟 憲英，片山 泰樹, 吉岡 秀佳，野村 暢彦，玉木 秀幸
  • Organizer: 第35回 日本微生物生態学会
• [Presentation] 原油を分解するメタン生成菌を発見 (2021)
  • Author(s): 眞弓 大介,中原 望,風呂田 郷史,金子 雅紀, 延 優, 玉澤 聡, 須田 好,前田 治男,鎌形 洋一, 坂田 将, 玉木 秀幸
  • Organizer: 日本微生物生態学会第34回大会
• [Presentation] 高負荷PET製造廃水処理UASBリアクター内保持汚泥のマイクロバイオーム解析 (2021)
  • Author(s): 新島二葉,吉田実桜,山口陽香,蔵下はづき,中原望,延優,成廣隆,野口太郎,山田真義,山内正仁,黒田恭平
  • Organizer: 日本微生物生態学会第34回大会
• [Presentation] 3.し尿汚泥土壌改良資材の優占微生物群が保持する植物寄生性線虫害抑制関連遺伝子の探索 (2021)
  • Author(s): 蔵下はづき,延優,中原望,野口太郎,幡本将史,成廣隆,山口隆司,青井透,黒田恭平
  • Organizer: 第55回水環境学会年会
• [Presentation] 無酸素環境における新規Anaerolineae 綱バクテリアの栄養蓄積機能の発見 (2020)
  • Author(s): 中原望,Chihong Song,小河原美幸,田角栄二,宮崎征行,高木善弘,延優,玉木秀幸,玉木秀幸,村田和義,井町寛之
  • Organizer: 第54回日本水環境学会年会