Cultivation, isolation and characterization of yet-uncultivated microorganisms dominated in sedimentary environments

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K15183
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 片山 泰樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究グループ付 (40549896)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 微生物 / 培養 / 堆積物環境 / 共生

Outline of Annual Research Achievements

海底の堆積物環境に優占する微生物群について、分離培養・遺伝子解析手法によりその生理機能及び生理学的役割の解明を行っている。今年度は、海成由来堆積物試料を採取し、様々な基質を用いて集積培養を行い、下記３つの成果を得た。
１）分離の対象としている微生物種について、優占的に検出される培養系の構築に成功した。さらに、物理化学的な培養条件の検討を行い、対象種の優占度を保ったまま、集積培養物に含まれる微生物種の数を削減すること、安定的に継代培養することに成功した。本培養物に含まれる微生物の多様性を16S rRNA遺伝子に基づいて系統解析したところ、対象種以外にFirmicutes門細菌、Spirochaeta門細菌、Methanobacterium属等の水素利用性メタン生成アーキア、Methanosaeta属等の酢酸利用性メタン生成アーキアが検出された。本培養物に含まれる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・メタトランスクリプトームショットガンシーケンスを行った。
２）上記の培養の過程で、系統的な新規性の高い微生物種の純粋培養に成功した。生理学的実験の結果、従属栄養細菌であるこの種はメタン生成アーキアやその他の従属栄養細菌と共培養させることで、増殖が大きく促進されることが明らかとなった。16S rRNA遺伝子に基づく系統解析では、本細菌は、主に堆積物環境、それ以外の嫌気環境にも普遍的に検出される系統群に帰属することが明らかとなり、これらの嫌気環境において様々な微生物種との共生が生態学的ニッチを生み出していることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

計画通り、堆積物試料から目的とする微生物種の安定的かつ優占的に培養できる条件を見いだすことに成功した。１度の培養に時間を要したため、当初予定していたメタゲノム・メタトランスクリプトーム解析は大量データ取得のみに留まったが、その前段階となる集積培養をさらに推し進め、系の微生物群の種数を減らすことで、より効果的なオミクス解析に供することができた。培養実験の過程で、当初予定していなかった、系統的に新規性の高い微生物種の純粋培養に成功したため、その種の生理学的・分類学的実験を進め、分類学的・生態学的な位置づけを行った。

Strategy for Future Research Activity

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ンニングを行い、集積培養系に存在する微生物ドラフトゲノムを再構築する。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、集積培養系に存在する微生物種の代謝機能の推定し、発現mRNAシーケンスデータから発現遺伝子を特定することで、培養系における微生物種間の関係性（競合あるいは共生関係）を推定する。これらの知見に基づいて、さらなる集積培養、純粋培養を行い、分離・培養を試みる。純粋培養あるいはそれに準ずる培養（例えば、二者共生等）の段階まで成功したら、培養実験に基づく生理学的諸性質並びに分類学的特徴を解明する。

Causes of Carryover

現在までの進捗に示した通り、当初予定していたオミクス解析の一部を次年度以降に行うこととし、その解析に必要な外注分析費が繰り越されたために次年度使用額が生じた。
次年度使用額は、計画の内容通り外注分析費のために今年度使用する予定である。