環境周期変動に対する転写・翻訳応答機構の実験進化による創出

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14J02139
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高野 壮太朗 大阪大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: 飢餓 / バクテリア / 個体密度

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目標は、貧栄養・富栄養環境が変動する環境下で生物の生存・増殖に有利に働く戦略を解明することである。富栄養環境下では、増殖速度を高めた変異体が有利になることが定説であるが、貧環境下での生存に有利な戦略については自明では無い。貧栄養・富栄養変動環境下での進化を考える上では、まず貧栄養環境への適応について考えることが重要である。そこで、26年度は、エネルギー源として重要なグルコース欠乏条件下で、祖先型よりも長期間生存可能な大腸菌を取得することを目指してきた。
変異体取得にあたって、重要な性質が明らかになった。大腸菌を低細胞濃度で貧栄養環境に曝すと、ほぼ全ての個体が短期間に死滅するのに対し、ある一定以上の細胞濃度では、一定の生細胞数が長期間にわたって生存を続けることが明らかになった。そして、高細胞濃度では、死細胞由来の栄養分を利用し多くの個体が生存可能であることが明らかになった。
高細胞濃度で貧栄養環境に長期間曝しても、栄養欠乏に耐えるような進化を遂げた細胞の取得は難しいため、低細胞濃度で貧栄養環境に曝し、死細胞由来の栄養の混入を小さくすることでより栄養欠乏条件に適応した個体を取得可能であると予想される。一方で、細胞濃度を小さくすると、集団中に含まれる変異体の数も低下するため、貧栄養環境に適応した変異体の取得も難しくなる。より効率良く変異体を取得するには、蓄積される変異の数を上昇させる必要がある。そこで、変異率を上昇させた大腸菌を用いて、貧栄養環境に適応した個体の取得を試みた。すると、変異率の上昇により、低細胞濃度でも、貧栄養状態で長期間生存可能な個体をより多く取得することが可能となった。
低細胞濃度で生存していた個体は、祖先型に比べ栄養欠乏環境下で顕著に生存率を上昇させており、栄養欠乏に耐えるような進化を行った個体を取得することに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

26年度は、変異体の取得を目標としてきた。当初の計画通り、貧栄養環境で、従来よりも長期間生存可能であり、かつ富栄養環境下でも増殖可能な変異体の取得に成功している。27年度は、さらにこれらの変異体を進化させ、得られた一連の系統株について、いくつかの解析を行うことで、当初の目標であった進化時系列の作成に着手することが可能になると予想される。
したがって、現在のところ、研究の進捗は順調に推移していると考えられ、今後2年間で当初の研究目的を達成することが可能であると判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、まず貧栄養環境に適応した個体がどのような生存戦略をとるのかを解明し、今まで明らかにされてきた富栄養環境下のみでの適応的な戦略と合わせて、考察を重ねることで、貧栄養・富栄養が切り替わる環境下では、どのような戦略が有利となるのかを解明したいと考えている。
本研究では、細胞内での制御機構、転写・翻訳産物の変化に着目し、貧栄養・富栄養変動環境下で有利な戦略の解明を目指すため、取得された株を使って、ゲノムシークエンスやマイクロアレイ等の解析を行うことを予定している。