2016 Fiscal Year Annual Research Report
Multistep syntrophy in the degradation of amino acids and branched-chain fatty acids in anaerobic ecosystem
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15H05331
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
成廣 隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 主任研究員 (20421844)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | シントロフィー / メタン発酵 / アミノ酸分解 / メタゲノム / 微生物ゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、様々なアミノ酸を高濃度に含む食品系工場廃水を処理する嫌気性リアクターから汚泥試料を採取し、その汚泥に含まれる微生物群の多様性を、MiSeqシークエンサーを用いた16S rRNA遺伝子プロファイリングにより解析した。その結果、Firmicutes門に属するSyntrophomonas属とPelotomaculum属、およびDeltaproteobacteria綱のSyntrophorhabdus属に近縁の嫌気共生細菌の一群、Methanobacterium属やMethanospirillum属等の水素利用メタン生成アーキア、Methanosaeta属やMethanosarcina属等の酢酸利用メタン生成アーキア、Bacteroidetes、Synergistetes、Chloroflexi、Thermotogae等の既知の門に属する微生物群が高頻度で検出されることが明らかとなった。また、これらの優占微生物群の代謝機能を解明することを目的としたメタゲノムショットガンシークエンスを実施し、各種バイオインフォマティクス系ソフトウェアを用いて遺伝子リードのアセンブルと、得られたコンティグのビニングを行い、約25個の微生物ドラフトゲノムを再構築することに成功した。さらに、アノテーション解析を実施して各ドラフトゲノムに含まれる機能遺伝子から代謝機能の推定を試みたところ、Syntrophomonas属に近縁の微生物が、分枝鎖アミノ酸（ロイシン、イソロイシン、バリン）の分解から生じるイソ酪酸、イソ吉草酸、2-メチル酪酸の酸化分解能力を有しており、Methanobacterium属やMethanospirillum属等の水素利用メタン生成アーキアとのシントロフィーにおいて重要な役割を果たしていることが示唆された。
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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
嫌気エコシステムのモデルとしてアミノ酸を高濃度に含む食品系工場廃水を処理する嫌気性リアクターに着目し、アミノ酸、およびその分解過程で生じる分枝鎖脂肪酸の分解を担う微生物の多様性に関する基盤的な知見を得ることができた。また、当該リアクターから採取した汚泥試料を対象としたメタゲノム解析に着手し、その遺伝子データからリアクター内部に生息する主要な微生物群のドラフトゲノム情報を獲得することができた。さらに、前年度までに実施したSyntrophomonas属細菌のゲノム解析で得られた知見を基盤とし、リアクター内でイソ酪酸、イソ吉草酸、2-メチル酪酸等の分枝鎖脂肪酸を分解する微生物を特定し、その代謝機能を比較ゲノム解析により明らかにすることができた。また、アミノ酸や分枝鎖脂肪酸を高効率に分解する集積培養物の構築に関しても昨年度から引き続き実験を続けており、最終年度に予定している各種実験に向けた準備が整いつつある。また、アメリカ合衆国イリノイ大学の研究協力者と連携してゲノム・メタゲノム解析を効率的に実施することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
アミノ酸を高濃度に含む食品系工場廃水を処理する嫌気性リアクターから得られた主要な微生物群（Pelotomaculum、Syntrophorhabdus、Methanobacterium、Methanospirillum、Methanosaeta、Methanosarcina属、Bacteroidetes、Synergistetes、Chloroflexi、Thermotogae等）のドラフトゲノムを引き続き解析し、アミノ酸からメタンに至るまでの完全分解を担う微生物群の代謝機能と、Syntrophomonas属細菌を含む２-３種の嫌気性共生細菌が関与していると考えられる多段シントロフィーを形成する微生物群を特定する。さらに、これまでに培った解析技術を活用して、消化汚泥等の他の嫌気環境を対象とした微生物群衆構造・メタゲノム解析を実施し、嫌気環境におけるアミノ酸や分枝鎖脂肪酸の普遍的な分解経路の推定と、その分解経路を維持するエネルギー保存・電子伝達系を担う遺伝子群の特定を試みる。さらに、初年度から継続している、各種アミノ酸および分子鎖脂肪酸を唯一の基質とした混合集積培養物の高密度集積を引き続き継続し、それらの培養物を構成する微生物群集の代謝機能を解析するため、メタゲノム・メタとランスクリプトーム解析を実施する予定である。ゲノム・メタゲノムなどのオミクス解析は、引き続き、産業技術総合研究所、イリノイ大学等の研究協力者の助力を得ながら実施する。
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