Development of methods for isolation of uncultured microorganisms by artificial introduction of functional genes
Publicly Offered Research
| Project Area | Post-Koch Ecology: The next-era microbial ecology that elucidates the super-terrestrial organism system |
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| Project/Area Number |
20H05594
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
加藤 創一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (30597787)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
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| Keywords | 微生物 / 難培養 / 単離 / 遺伝子導入 / 分離培養 / 広宿主域ベクター / 酸化ストレス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では以下の４項目に沿って研究開発を進める。
① 遺伝子導入による微生物の可培養化の原理実証：既存の手法・遺伝子ベクターを使用し、環境微生物群への遺伝子導入により分離される微生物種数を増やせることを実証する。
② 遺伝子導入法の検討：エレクトロポレーション法や人工脂質膜小胞を利用した細胞融合法などを利用し、環境中の多様な微生物種に遺伝子導入が可能な方法を確立する。
③ 遺伝子ベクターの開発・検討：多様な微生物系統群、もしくは特定の未培養系統群で機能する遺伝子ベクターを開発・検討する。
④ 未知微生物の分離培養：項目1-3の技術を活用し多様な環境サンプルから新規微生物の分離を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに人類が分離培養に成功した微生物は環境中の全微生物種のうちわずか1%程度に過ぎない。環境中の微生物を分離培養できない要因は、微生物が住む自然環境と実験室内での培養環境との乖離にある。本研究では従来法（研究室内での培養条件の改変）に代わるポストコッホ技術として、難培養微生物を人為的に改変することで可培養化する、という逆転の発想に基づき、未知微生物を含む多様な微生物系統群に対する遺伝子操作技術の開発、および難培養微生物に特定機能を人為的に付与することで分離培養を可能にする革新的な技術の構築を試みた。本研究では、外来遺伝子を導入する対象として (1)分離例が非常に少ない希少系統群微生物（Verrucomicrobia門）および(2)一般的な培地調整の過程で発生するレベルの活性酸素に感受性を持つ微生物、の2つを選択した。それぞれの微生物に対する遺伝子導入法の検討を行った後、遺伝子導入による機能付加・培養可能化を検証した。(1)Verrucomicrobia門の既知単離株7株を使用し遺伝子導入法を検討した。様々な遺伝子導入法、複数の広宿主域プラスミドを検討したが安定に機能するものは得られなかったが、トランスポゾームを用いる方法により一部の菌種にはゲノムへの外来遺伝子導入が可能であることを見出した。(2)寒天培地中の活性酸素濃度を変えた条件で微生物の分離培養を試み、目レベルで新規な微生物を含む活性酸素感受性菌を多数得ることができた。その単離株について遺伝子導入法を検討し、一部の株で安定に遺伝子導入ができる系を構築した。感受性下部に大腸菌由来の抗酸化酵素を導入することで、培地調整時に発生する活性酸素に対する抵抗性を付与可能であり、一般的な培地でコロニーを形成させうることを実証した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
