Global control of microbial community based on the role of CO2, the most general quormone

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02877
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 上田 賢志 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (00277401)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高野 英晃 日本大学, 生物資源科学部, 准教授 (50385994) ; 西山 辰也 日本大学, 生物資源科学部, 助教 (10759541)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: CO2 / バクテリア / 遺伝子発現 / 群集構造 / セカンドメッセンジャー

Outline of Annual Research Achievements

環境中で最も普遍的なクオルモンとして機能していると考えられるCO2は、様々な微生物によって受容され生態系を形作っていると推測される。ここでは、CO2が微生物に多面的に及ぼすと予想される諸影響を網羅的に解析し、一つの普遍的環境因子が微生物コミュニティーに対して及ぼす影響の多様性を遺伝制御の観点から理解することを目的として検証を進めた。特に、CO2によって一斉にその発現が変動する遺伝子群の実態を解明することで、普遍的かつ有効な代謝活性の指標であるCO2が、最も単純な生物群集の決定要因として作用することを明確にする。
上記の目的のために、まずCO2濃度に依存して形質の変化を示すことが予備的に観察されているグラム陽性および陰性菌合計6株について、通常大気下と5% CO2大気下の間における転写プロファイルの違いを観察した結果、いずれの株についてもAirとhigh-CO2のそれぞれで20-50個の遺伝子について有為な転写量の増加が認められた。しかし、その内容は多様で、共通した遺伝子を見いだすことはできなかった。また、それらの発現に共通して作動していると考えられる調節系についても現在までにその推定には至っていない。一方で、B. subtilisにおいて見いだされたCO2に正および負の依存性を示した遺伝子のうちいくつかについて、RT-PCRによりその再現を確認することができた。それらの中にはアミノ酸代謝に関するものが含まれていた。上記のRNAseqで見いだされた遺伝子群にも様々な一次代謝遺伝子が含まれていたことから、CO2の濃度上昇は代謝調節に連動するシグナルネットワークを形成している可能性が考えられた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

炭酸ガス導入装置による培養液中の炭酸濃度の制御が、装置の構造面の問題から予定通りに構築できなかったため。炭酸ガス導入装置は、本来本年度に実施するさまざまな炭酸濃度条件下における細胞の生理ならびに遺伝子発現への影響を観察するために必要とした。その代替として、従来の炭酸ガスインキュベターを使用する条件をもって高濃度炭酸ガス条件として実験を行った。

Strategy for Future Research Activity

遺伝子発現解析の結果が多様性に富んでいたことの背景には、ひとつには菌ごとの炭酸応答が様々であることが考えられるが、一方で、用いた実験条件では炭酸の濃度を正確に制御できていないことが挙げられる。そこで、上記のように構造面の問題から導入が遅れているが炭酸ガス濃度をコントロールする通気装置を用いて一定の炭酸濃度の条件下で改めて遺伝子発現プロファイルの比較を予定する。