2017 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

Research Project

Project/Area Number	15K14594
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	濱村奈津子九州大学, 理学研究院, 准教授 (50554466)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords	アンチモン / 微生物生態学 / 微生物ヒ素代謝 / 地球微生物学
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、本研究で得られた生理生態的に多様なアンチモン代謝活性を示す分離培養株およびコンソーシアの継続的な培養を実施し、分子系統学的に同定するとともに、酸素条件やエネルギー源等の異なる条件下での代謝活性について調べた。本研究の結果に加えて近年相次いで発表されたアンチモン代謝細菌群に関する報告事例に基づき、同族元素のヒ素の微生物代謝と同様に、アンチモンの代謝耐性機構もProteobacteriaやFirmicutes門に広く分布していると考えられる。特に、本課題で得られたアンチモン代謝細菌は、現時点でアンチモン酸化能を示す酵素として同定されているアンチモン酸化酵素(Ano)やヒ素酸化酵素(Aio)とは異なる代謝経路を有する可能性がゲノム解読の結果からも示されている。また、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報告事例も少なく、代謝経路も明らかにされていないため、本課題の結果はアンチモン代謝機構の多様性分布に関する新たな知見を提供するものである。本課題で同定され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やヒ素を代謝する細菌も含まれており、毒性元素代謝機構の多様性分布や進化において非常に興味深い結果が得られている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究では、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代謝細菌は、これまでに同定されているアンチモン代謝系とは異なる代謝機構を有する可能性が考えられ、ゲノム解読による同定をすすめている。特に、本課題で得られた嫌気的アンチモン酸化還元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解析において貢献が期待できることからも、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。
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。得られた分離株の近縁種について近年報告事例が発表されたことから、アンチモン代謝酵素を含むターゲット遺伝子のスクリーニングとともに、生理学的特性の比較検討を行う。また、本課題で得られたアンチモン代謝細菌群は、同定されているアンチモン酸化酵素とは異なる代謝機構を有すると考えられることから、分離株のゲノム配列決定をロングリードが得られるNGS解析により実施した。今後はアンチモン代謝に関与していると予測される酵素群の検出および発現解析による代謝酵素の同定を進める。
Causes of Carryover	（理由）本研究では、新規アンチモン代謝細菌の分離培養に成功したが、近縁種株の報告事例が近年に発表されたため、さらに詳細な生理特性および機能遺伝子の同定が必要となった。さらに、ゲノム配列決定の際に、近年細菌ゲノムで活用されるようになったロングリード配列の得られるプラットフォームで実施することとしたため、DNA抽出法の検討また外注先の状況などにより、配列決定に際して想定以上に時間を要することとなったため。（使用計画）引き続き生理学的特性の検討を進めるとともに、ゲノム解析および発現解析を実施する。