被食ー捕食ー超捕食系における進化的軍拡競争の微生物実験進化系による解析

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K14763
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 山本 京祐 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (70636472)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 進化動態 / モデル系 / 生態‐進化フィードバック / ミクロコズム / 捕食性細菌

Outline of Annual Research Achievements

被食者（大腸菌）、捕食者（Bdellovibrio bacteriovorus）、超捕食者（B. bacteriovorus感染性ウイルス）の3種を用いた二者および三者混合培養系の確立を目指し、継代培養の実施・評価と連続培養システムの構築およびその評価をおこなった。小スケール（200uL、96ウェルプレート）での継代培養実験（二者系）の結果、それぞれの個体数（被食者はコロニー計数法、捕食者はプラーク計数法で評価）は変動しつつも安定的に被食者と捕食者が共存可能な培養条件を見出した。連続培養システムについては中スケール（20mL、試験管）での培養系を設計し、被食者と捕食者の二者培養を実施したところ、それぞれの個体数が振動しつつ共存する典型的な捕食者‐被食者ダイナミクスを観察することができた。また、培養期間中いくつかの時点で捕食者および被食者を系から単離し、祖先株および単離株間の競合・捕食実験（タイムシフト実験）等によって捕食能とそれに対する防衛能の変化を定量的に解析した。被食者の個体数（濁度）減少速度を指標として導入し捕食能および防衛能の変化を評価したところ、2週間程度の培養期間中において得られた各種単離株では目立った表現型の変化は見られなかった。また、上記二者に超捕食者を加えた三者混合培養系を連続培養システムで実施し、各者の残存性を評価したところ、捕食者の存在量が著しく低下した。その他に、当該ウイルスの全ゲノム解析を実施しその完全長ゲノムを取得した。データベースとの照合によって当該ウイルスは既知のウイルス種と非常に近縁であることを明らかにした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度の主な目標であった混合培養系の構築を済ませ、タイムシフト実験による捕食能・防衛能の評価手法も考案・適用していることから、引き続き円滑に研究を進めていくための素地ができている。三者系の培養条件についてはさらなる検討が必要であるが、二者系に比べ安定共存可能な条件がシビアであることは実験計画の段階から予想されており、条件検討の進捗は概ね当初予想の範囲内である。

Strategy for Future Research Activity

独自に構築した培養システムを用いて共培養・混合培養実験を繰り返し実施し、個体数データを短いスパンで細かく取得していくことでより詳細に群集動態を把握していく。特に長期間の培養実験をおこない、各種進化株の取得および特徴づけ（表現型、ゲノム）を進める。一方、培養システムに関しては稀に発生するコンタミネーションを防除するための改良も進めていく。

Causes of Carryover

培養システムが比較的安価なマテリアルで構築できたこと、システムの構築および安定的運転に時間がかかったため培養実験の試行回数が想定より少なかったことが理由として挙げられる。現在は安定的運転が可能になったので翌年度は当初の計画どおりに培養実験を進める。生じた次年度使用額の大部分は、比較的多く経費を計上している塩基配列の外注分析にさらに積み増しすることで、より多数のサンプルを解析する予定である。