地下根源有機物を巡る微生物生存戦略の解明

• Project/Area Number: 22KJ3180
• Project/Area Number (Other): 21J40221 (2021-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2021-2022)
• 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: 坂本(渋谷) 幸子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 深部地下圏 / 共生細菌 / メトキシ芳香族化合物 / メタン生成 / ゲノム解析 / 嫌気培養 / 深部地下生命圏 / 嫌気性微生物

Outline of Research at the Start

継続課題のため、記入しない。

Outline of Annual Research Achievements

深部地下圏の根源有機物分解メタン生成において中核的な役割を担う微生物群の動態とエネルギー獲得を巡る生存戦略の解明を目的とし、特に地下の重要な根源有機物の一つであるメトキシ芳香族化合物（略称MAC）に焦点を当てた。
MACは、地下圏に広く賦存する根源有機物であるが、実際にMAC分解微生物（ホモ酢酸生成細菌、メタン生成菌、共生細菌）が、地下圏でどのように分布するのか不明である。そこで、まずGenome Taxonomy Databaseに登録されているゲノム全てを対象に、MAC分解微生物の多様性や環境中での分布を評価した。その結果、共生細菌の分解経路を有す微生物はこれまでに一種しか報告がないが、複数の門の微生物が共生細菌のMAC分解能を有すことが明らかになった。ホモ酢酸生成細菌、メタン生成菌の分解経路を有する微生物も、これまで分解能が報告されていない門に属する微生物がMAC分解経路を有すことが明らかになった。これより、これまでに考えられているよりも幅広い系統でMAC分解が行われている可能性が示唆された。次に、それぞれの経路を有す微生物のゲノムがどのような環境由来であるか調べたところ、ホモ酢酸生成細菌の経路を有す微生物のゲノムの多くがHost associated由来だったのに対して、共生細菌及びメタン生成菌の経路を有する微生物のゲノムの多くが極限環境由来であった。そこで、それぞれの経路のエネルギー効率を評価したところ、共生細菌やメタン生成細菌の経路はホモ酢酸生成菌の経路と比較して、MAC分解を進めるために必要なエネルギーが小さく、共生細菌やメタン生成菌の経路を有す微生物のゲノムが、一般的にエネルギー状態がより低い極限環境で多く検出されたことを裏付ける結果となった。このように、深部地下圏の根源有機物分解メタン生成において中核的な役割を担う微生物群の生存戦略の一端を明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Novel quantitative method for individual isotopomer of organic acids from 13C tracer experiments determines carbon flow in acetogenesis (2023)
  • Author(s): Suda Konomi、Sakamoto Sachiko、Iguchi Akira、Tamaki Hideyuki
  • Journal Title: Talanta Volume: 257 Pages: 124328-124328
  • DOI: 10.1016/j.talanta.2023.124328
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 地下根源有機物を巡るFirmicutes門新目細菌の生存戦略 (2022)
  • Author(s): 坂本幸子, Nobu Masaru Konishi, 眞弓大介, 玉澤聡, 中原望, 草田裕之, 坂田将, 田村具博, 野村暢彦, 鎌形洋一, 玉木秀幸
  • Organizer: 第 35 回日本微生物生態学会