2016 Fiscal Year Research-status Report
毒性元素の生物利用機構から解き明かす微生物エネルギー代謝の多様性進化
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15K14594
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
濱村 奈津子 九州大学, 理学研究院, 准教授 (50554466)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | レアメタル / 微生物生態学 / 微生物酸化還元反応 / 地球微生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、毒性元素を利用した微生物エネルギー代謝の多様性進化を解き明かすことを目的に、ヒ素と同族の毒性元素であるアンチモンに着目し、新規アンチモン代謝細菌群の同定および多様性解析を進めている。
当該年度は、新規アンチモン代謝菌群の分離培養および分子系統的同定、および代謝機構の多様性解析を実施した。特に生理生態的に多様なアンチモン代謝菌群を探るため、酸素条件（好気的・嫌気的）、炭素源やエネルギー源の異なる条件で集積培養を継続したところ、以下の代謝活性を確認した：1) 酸素を利用し３価アンチモン（SbIII)を酸化する好気的アンチモン酸化菌、2) 嫌気的にSbIIIを酸化する嫌気的アンチモン酸化菌、 そして、３）嫌気呼吸によりSbIIIをSbVへと還元する嫌気的アンチモン還元コンソーシア。本課題で新規に得られたアンチモン酸化菌群は、同族元素であるヒ素の酸化は行わないことが確認されており、これまでに報告のあるヒ素およびアンチモン酸化細菌とは異なる代謝機構を有する可能性が示唆された。また、上記３のアンチモン還元活性を示したコンソーシア内には数種の優占種が存在するが、直接プレート培養法と限界希釈法を用いた優占種の分離培養と活性測定結果から、ヒ素やその他金属の還元菌と系統的類似度の高いFirmicutes属がアンチモン還元を司っている可能性が示された。特に嫌気的アンチモン酸化細菌およびアンチモン還元細菌については未だ数株の報告例にとどまっており、本課題の結果はアンチモン代謝機構の多様性および系統分布に関する新たな知見を提供するものである
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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
当該年度は、生理生態的に多様なアンチモン代謝細菌群の分離培養および分子系統的同定を行い、さらに新規の細菌群にアンチモン代謝機構が分布していることを明らかにした。また、本課題で得られたアンチモン酸化菌群は、同族元素であるヒ素の酸化は行わないことが確認されており、現時点で唯一報告されているアンチモンおよびヒ素酸化細菌Agrobacteriumで同定されたアンチモン酸化酵素 (AnoA)とは異なる代謝機構を有する可能性がある。そこでアンチモン代謝機構については、新規に同定されたアンチモン酸化酵素を含むマーカー遺伝子のPCRによる検出を実施するとともに、ゲノム解読の準備を進めている。本課題で得られたアンチモン還元菌や嫌気的酸化菌によるアンチモン代謝機構は未だ同定されておらず、毒性元素代謝機構の多様性分布において新規性の高い結果が得られており、概ね当初の目的に沿って順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画していた多様なアンチモン代謝機構を有する分離株が順調に得られており、分子系統学的な同定も実施済みである。当初はアンチモン代謝微生物の系統マーカーをターゲットに環境DNAのスクリーニングを行う予定であったが、本課題で新規に同定したアンチモン代謝細菌の近縁種には、アンチモン以外の重金属・ヒ素等を代謝する細菌も含まれていることから、系統マーカーによるスクリーニングは困難であると考えられる。そこで、アンチモン代謝機構の多様性分布に関してはアンチモン関連代謝酵素遺伝子をターゲットにして実施する。さらに、新規代謝機構が予測される分離株においてはゲノム配列決定後に、アンチモン代謝に関与していると予測される酵素群の遺伝子配列を検出し、発現解析により代謝酵素の同定を試みる。
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| Causes of Carryover |
当該年度には新規分離株のゲノム解析を実施する予定であったが、近年新規にアンチモン酸化酵素遺伝子が同定されたことから、まずはそれらを含むターゲット遺伝子のPCRスクリーニングを実施することとしたため、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２９年度に、スクリーニングで代謝遺伝子が確認されなかった分離株、および新規代謝機構が予測される分離株においてはゲノム解析および発現解析を実施するため、当初予定通りの使用計画である。
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