2022 Fiscal Year Annual Research Report
Novel function of the post-Koch ecosystem found only on microbial consortia
| Project Area | Post-Koch Ecology: The next-era microbial ecology that elucidates the super-terrestrial organism system |
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| Project/Area Number |
19H05686
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
野尻 秀昭 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (90272468)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新谷 政己 静岡大学, 工学部, 准教授 (20572647)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 微生物間相互作用 / 複合系 / 環境汚染物質 / 分解菌 / プラスミド / 接合伝達 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
疎水性芳香族化合物分解に関連するサブコンソーシアムの取得では、①マイクロウェルアレイの利用、②油中水型（ｗ/o）マイクロドロップレットの利用、③フローサイトメーター（FCM）の利用の3つの方法を駆使して、人工サブコンソーシアムを多数取得し、分解力を定量すると共に、菌叢解析を行った。これらの結果から、特に②の解析からナフタレン分解菌と考えられるParaburkholderia caledonicaとPseudomonasの共生関係や、③よりピレン分解菌Mycolicibacterium属細菌とDermacoccus属細菌間の共生関係を強く支持する結果を得ている。また、FCMでランダムに2種の細菌を組み合わせた③の実験系からは、従来ピレン分解菌としては知られていなかった細菌を軸とする分解菌群を多数得ることができ、この方法論を駆使することで、未知の機能性分解菌群を取得可能なことが実証できた。
相互作用としての遺伝情報の移動については、昨年度までに収集し全塩基配列を解読した接合伝達性プラスミドの性状を、分子遺伝学的手法により比較した。その結果、同じプラスミド群（IncP群やPromA群）に属するプラスミドであっても、複製起点の配列、コピー数、接合伝達頻度に違いが認められた。そこで、特にPromA群プラスミドについて、ポストコッホ技術（FCMとw/oマイクロドロップレット）を用い、伝播する細菌の種類（行き先）と、天然の宿主（持ち主）を決定した。その結果、PromA群プラスミドは亜群ごとに行き先が異なること、また、そのうちγ亜群については未培養・難培養性細菌を含む自然界での持ち主候補を一細胞レベルで同定することに成功した。また、圃場由来の全DNA配列情報（メタゲノム）を利用して、圃場内におけるプラスミドの動態を理解するには高精度のプラスミドデータベース整備が不可欠であることも判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
疎水性芳香族化合物分解系をモデルとした分解菌－他細菌間相互作用については、共生関係を複数検出すると共に、より多様性の高い接種源（集積などを経ない土壌中などから直接取得した細菌群など）を用いる事で、一層広範な相互作用を簡便に検出可能である可能性を示す事ができた。この点は、当初は想定していなかった成果と言えるが、分解力が低いために、現在も、より性格な分解データ／菌叢データを取得するために解析は継続している。この部分は当初計画よりも若干遅れ気味であるため、令和5年度の早期に終了できるように進めている所である。また、高等生物と微生物の間の相互作用解析についても、令和4年度より本計画班内で確立したポストコッホ技術を用いて、植物（藻類）－微生物間相互作用を対象に絞って解析しており、順調に進捗していると言える。
一方、環境中で機能菌群（分解菌群または抗生物質耐性菌群）がどう形成されたのかを理解する上で重要な、プラスミドの持ち主と行き先を解明するポストコッホ技術を確立した。特に広宿主域プラスミド群であるPromA群プラスミドについては、未培養・難培養性細菌を天然の持ち主としていることが示唆された。並行して、プラスミドと細菌の染色体の塩基配列から、PromA群プラスミドの行き先をある程度予測できることも示した（現在論文改訂中）。一方、モデル圃場のメタゲノムから、プラスミドの動態を予測・追跡し、機能微生物群の形成過程を理解するには、どのDNA配列がどのプラスミド由来であるかを正確に同定する必要がある。そのためには，高精度のプラスミドデータベースが必要となるが、既存のものは、情報が不足していたり、誤りがあったりすることが判明した。これは想定外の事であったが、この状況を打破するために公的DNAデータバンクに登録されたプラスミドの塩基配列に基づき、その分類や性状の整理にも着手した。
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| Strategy for Future Research Activity |
相互作用の検出と解析については、昨年までの解析を継続し、より広範な範囲での相互作用の検出と、その一部については相互作用の実体解明を目指す。ただし、現在検出している相互作用に関わる細菌のいくらかは難培養と考えられるため（現状では、どの程度なのかは判別が着いていない）、実験的な証明が行えない細菌の機能については、分子生態学的な手法を駆使して、相互作用の実体を考察する必要がある。また、高等植物－微生物間の相互作用については、早急にスクリーニングを進め、令和5年度末の研究期間終了までに、多くの相互作用を検出すると共に、その機構について考察できる結果を得る必要がある。他の計画班から得られた機能性微生物と相互作用する他の微生物の検出も、藻類の場合と同様に行う。
プラスミド関連の課題についても、引き続き、環境中を伝播可能なプラスミドについて、モデル複合微生物系（全塩基配列既知の細菌で構成）内のどの微生物間を移動するのかフローサイトメトリーを用いて網羅的に明らかにし、プラスミドの宿主域を高確度に予測する手法の改善を図る。また、w/oドロップレットと並行してアガロースゲルを利用したドロップレットとFCMを組み合わせることで、より網羅的に各プラスミドの天然の持ち主の同定を図る。加えて、これまでに環境中における機能微生物群の構築に重要な可動性遺伝子の挙動を左右する因子として候補に挙がった複数の遺伝子について、その有無によって、プラスミドを含む可動性遺伝因子の動態が変化するかどうか検証する。さらに、メタゲノム情報を利用してプラスミドの動態を予測・追跡し、機能微生物群の形成過程を理解するために必須となるプラスミドのデータベースについて、得られた知見を基に整備を進める。
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[Presentation] Evaluation of defined consortium in biodegradation of hydrocarbons applicable for bioremediation under climate change scenarios2022
Author(s)
Kallayanee Naloka, Natthariga Laothamteep, Felipe Vejarano, Nuttapon Pombubpa, Prinpida Sonthipahnd, Chawalit Charoenpong, Kenshi Suzuki, Chiho Suzuki-Minakuchi, Masaki Shintani, Hideaki Nojiri, Onruthai Pinyakong
Organizer
The 34th Annual Meeting of the Thai Society for Biotechnology and International Conference “Sustainable Bioeconomy: Challenge and Opportunities”
Int'l Joint Research
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