2017 Fiscal Year Annual Research Report
高感度同位体追跡と分離培養で拓く地下圏炭素・エネルギー動態の基軸をなす新生物機能
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16H05886
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
堀 知行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (20509533)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 環境分析 / 深海環境 / 地球化学 / 環境 / 微生物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、地下微生物－鉄鉱物相互作用を利用した集積・分離培養法に加え、申請者自身が近年開発した未培養微生物機能同定法「超高感度Stable Isotope Probing（SIP）」と次世代シークエンサーによる大規模遺伝子解読とを有機的に組み合わせて活用することで、地下圏炭素・エネルギー動態の中核微生物群（鉄還元とカップリングする嫌気的メタン酸化菌と嫌気的酢酸酸化菌）の種類・分布・新機能を解明する。海底地下コアの微生物菌体量の乏しさを打開するために、解析スケールや分析感度を上げるのはもちろんであるが、本研究では海底地下試料を直接解析するのではなく、第一ステップとして地下圏微生物－鉄鉱物相互作用を利用した微生物集積培養系を構築し、その中から中核微生物候補群を抽出する。2017年度の成果として、メタンまたは酢酸と結晶性酸化鉄を基質とする集積培養を長期間継続し、その中の一部で結晶性酸化鉄の還元が観察された。また、地下微生物と鉄鉱物（結晶性酸化鉄）の電子伝達の際に形成される相互作用を利用した培養法により、嫌気的メタン酸化菌としてMethanosarcinales目アーキア、未培養・新門に属する新規微生物群、嫌気的酢酸酸化菌としてFirmicutes門に属する新規細菌群の高度集積系を取得した。得られた高度集積系の中には、標的微生物が相対存在量の80%以上を占めるものも確認された。エネルギー順位の高い電子受容体基質である溶解性鉄を用いた培地による限界希釈培養を行い、次世代シークエンサー解析を用いて、その集積度を追跡した。さらにその他の考えられうる高エネルギー順位の電子受容体基質（硝酸、亜硝酸、硫酸）、または酢酸以外の電子供与体基質（糖類）による限界希釈培養条件を考案した。加えて、超高感度SIPを環境試料の適用に成功し、地下微生物機能の高感度解析のための基盤整備を行った。
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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
メタンによる集積培養系において、鉄還元型の嫌気的メタン酸化菌として2016年に報告されたMethanosarcinales目アーキアの高頻度検出に加えて、系統学的に極めて新しい細菌が全体の80%以上を占める高度集積培養系が得られ、高エネルギー基質である溶解性鉄培地にて限界希釈培養を開始したことは進展として評価できる。さらに酢酸による培養系では、陸域地下圏で主要な鉄還元菌とは異なる細菌が、結晶性酸化鉄で特異的に集積されることを見出した点、分離培養に向けて溶解性鉄培地にて二段目培養を開始した点も、成果として捉えられる。電子受容体基質、電子供与体基質の条件をさらに増やして限界希釈培養を仕掛けることで、分離培養を加速化させる。また超高感度SIPの環境適用にも成功しており、研究が概ね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
鉄還元型の嫌気的メタン酸化菌Methanosarcinales目アーキアや未培養・新門に属する新規細菌が優占化したメタン集積培養系やFirmicutes門に属する細菌が集積された酢酸集積培養系を対象として、二段目培養での高エネルギー順位基質の種類をさらに増やすことで、標的微生物の純粋分離を試みる。引き続き、次世代シークエンサーによる網羅的微生物種同定法を適用することにより、標的微生物の集積具合を綿密に追跡する。分離培養が難しい場合、申請者独自の超高感度 SIPを一部改変し、増殖の遅い地下微生物の機能解明を試みる。さらに成果結実の加速化を図るため、専門の実験補助員を雇用する。
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Research Products
(2 results)
