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The stability and maintenance mechanisms of the microbial ecosystem

Research Project

Project/Area Number 20K15544
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 39060:Conservation of biological resources-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Suzuki Kenshi  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任助教 (80870188)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords微生物生態系 / 代謝ネットワーク / 環境保全 / 環境保全再生 / 環境再生 / モデル微生物生態系
Outline of Research at the Start

生物資源の保全は社会にとって必要不可欠である一方で、自然環境は刻々と減少しており、失われた自然を再生することが重要な課題となっている。本研究では生命に必須な物質循環の中核を担う微生物生態系の形成プロセス解明を目指す。その為に、複数種の分離菌株を用いたモデル微生物生態系を構築し、その動態を個々の微生物の代謝とその繋がり(代謝ネットワーク)として捉る。また、代謝ネットワークを化学反応式に落とし込むことでし、これまで概念として捉えられてきた微生物生態系の安定性の熱力学的定量評価方法の構築を目指す。

Outline of Final Research Achievements

The maintenance mechanisms of a microbial ecosystem and its stability were investigated in this study. Since the natural microbial community is too complex to analyze, five different phenol-degrading bacteria were incubated in phenol-fed chemostat culture as a model microbial community. Several equilibrium points of microbial communities were observed when the five strains were sequentially inoculated with several patterns. RNA-seq analysis suggested that phenol was occupied by the dominant strain and others utilized metabolites from the dominant strain when the community structure stabilized at an early incubation phase. On the other hand, it was more competitive for phenol in unstable culture. These results suggested that the emergence of metabolic network among microbial strains were significantly important in stabilizing a microbial community structure. Thus, the design of the metabolic network is essential to design and to control microbial community.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では微生物生態系の形成過程が最終的な微生物群集構造を変化させることを示した。また、微生物間で代謝ネットワークが形成できるか否かがシステムの安定性に重要であることを示唆しており、微生物生態系の形成、維持変遷に関わる根幹的知見を得ることができたと判断できる。また、複合微生物群のデザイン、制御において、微生物種だけでなく形成される代謝ネットワークを考慮する重要性を示し、微生物利用技術の発展そして地球環境保全および再生に寄与できることから社会的意義も高いと評価できる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Imbalance in Carbon and Nitrogen Metabolism in <i>Comamonas testosteroni</i> R2 Is Caused by Negative Feedback and Rescued by L-arginine2021

    • Author(s)
      Abd Rahman Jabir Mohd Din, Kenshi Suzuki, Masahiro Honjo, Koki Amano, Tomoka Nishimura, Ryota Moriuchi, Hideo Dohra, Hidehiro Ishizawa, Motohiko Kimura, Yosuke Tashiro, and Hiroyuki Futamata
    • Journal Title

      Microbes and Environments

      Volume: 36 Issue: 4 Pages: n/a

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME21050

    • NAID

      130008103594

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Coexisting mechanisms of bacterial community are changeable even under similar stable conditions in a chemostat culture2021

    • Author(s)
      Fatma Azwani Abdul Aziz, Kenshi Suzuki, Masahiro Honjo, Koki Amano, Abd Rahman Jabir Bin Mohd Din, Yosuke Tashiro, and Hiroyuki Futamata
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 131 Issue: 1 Pages: 7783-7783

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2020.09.009

    • NAID

      40022457739

    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 複合微生物群集における安定的共存の理解に向けた合成微生物群集の解析2022

    • Author(s)
      本荘雅宏、鈴木研志、齋藤保久、武田和宏、木村元彦、石澤秀紘、田代陽介、二又裕之
    • Organizer
      日本土壌微生物学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 複合系の好適制御のために:Dry & Wet解析から見えてきた三菌株の安定的共存系の仕組み2022

    • Author(s)
      本荘雅宏、鈴木研志、齋藤保久、武田和宏、木村元彦、石澤秀紘、田代陽介、二又裕之
    • Organizer
      日本生物工学会中部支部
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  • [Presentation] Functional stability and instability observed in engineered microbial complex systems, 人工的微生物複合系において観察された機能的安定性と不安定性2022

    • Author(s)
      池田麗、天野光喜、本荘雅宏、高橋宣博、鈴木研志、栗栖太、木村元彦、田代陽介、二又裕之
    • Organizer
      日本生物物理学会
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  • [Presentation] 微生物群集の好適制御に向けた複合微生物系の機能的構造解析2022

    • Author(s)
      池田麗、天野光喜、本荘雅宏、高橋宣博、鈴木研志、栗栖太、木村元彦、田代陽介、二又裕之
    • Organizer
      日本生物工学会
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  • [Presentation] 複合微生物系の好適制御に向けた微生物群集の機能的構造解析2022

    • Author(s)
      池田麗、天野光喜、本荘雅宏、高橋宣博、鈴木研志、栗栖太、木村元彦、田代陽介、二又裕之
    • Organizer
      日本微生物生態学会
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  • [Presentation] 複合微生物群集における安定的共存には微生物間相互作用の変化が重要2022

    • Author(s)
      本荘雅宏、鈴木研志、齋藤保久、武田和宏、木村元彦、石澤秀紘、田代陽介、二又裕之
    • Organizer
      日本微生物生態学会
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  • [Presentation] 代謝ネットワーク形成プロセスと微生物共存2022

    • Author(s)
      鈴木 研志、上原 悠太郎、栗栖 太、野尻 秀昭
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
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  • [Presentation] Fluctuation of Bacterial Interactions Enables Coexistence of Different Bacterial Strains in Chemostat Conditions2021

    • Author(s)
      M. Honjo, K. Suzuki, K. Amano, Y. Saito, K. Takeda, M. Kimura, H. Ishizawa, Y. Tashiro, H. Futamata
    • Organizer
      World Microbe Forum, American Society for Microbiology, Federation of European Microbiological Societies
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collapse of Phenol-utilizing Bacterium Comamonas testosteroni Strain R2 Under a Chemostat Condition Supplied with Phenol as Sole Carbon Source2021

    • Author(s)
      A. Mohd Din, K. Suzuki, K. Amano, M. Kimura, H. Ishizawa, Y. Tashiro, H. Futamata
    • Organizer
      World Microbe Forum, American Society for Microbiology, Federation of European Microbiological Societies
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 基質競合下における微生物間代謝ネットワーク形成と多種共存2021

    • Author(s)
      鈴木 研志、上原 悠太郎、栗栖 太、野尻 秀昭
    • Organizer
      日本農芸化学会関東支部2021年度大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 微生物群集の創造に向けた共存系における微生物間相互作用の理解2021

    • Author(s)
      本荘雅宏、鈴木研志、天野光喜、齋藤保久、武田和宏、木村元彦、石澤秀紘、田代陽介、二又裕之
    • Organizer
      環境バイオテクノロジー学会2021年度大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 基質競合下における代謝ネットワークの進化と微生物共存2021

    • Author(s)
      鈴木研志, 上原悠太郎, 栗栖太, 野尻秀昭
    • Organizer
      第73回日本生物工学会大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ケモスタット培養系における微生物間相互作用の揺らぎが生み出す異属三菌株の共存機構2021

    • Author(s)
      本荘 雅宏, 鈴木 研志, 天野 光喜, 齋藤 保久, 武田 和宏, 木村 元彦 , 石澤 秀紘, 田代 陽介, 二又 裕之
    • Organizer
      第73回日本生物工学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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