2021 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
19H03310
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
加藤 真悟 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 開発研究員 (40554548)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 庸平 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00359168)
伊藤 隆 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 特別嘱託研究員 (80321727)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 鉄酸化菌 / 鉄還元菌 / バイオミネラル / メタゲノム / 分離培養 / ナノ鉱物 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「多種多様な未培養微生物が酸化鉄ナノ鉱物の生成・溶解を駆動し、地球表層環境における様々な元素の挙動・循環を支配している」という作業仮説の検証を通じて、それらの未培養微生物を分離培養により同定し、地球表層環境における「酸化鉄ナノ鉱物の生成・溶解プロセスの実態」と「微生物－酸化鉄ナノ鉱物－多元素の相互作用」を解明することを目的とした。本研究によって得られる成果は、自然界の元素循環に対する新たな視点を提示するものであり、さらには資源枯渇や環境汚染問題解決へ向けた応用バイオ技術の飛躍的な発展に貢献する可能性を秘めている。
2021年度は、本計画で得た中性pH付近で単独で鉄酸化および鉄還元によって増殖できるMIZ03株について追加の性状実験を行い、これをまとめた論文がMicrobiology Spectrum誌に受理された。MIZ03株には暫定的にRhodoferax lithotrophicusと名付けた。本成果については、学会やシンポジウムでの発表、プレスリリース、さらには解説文をウェブにて公開した。また、本計画で分離培養した、中性pH付近で鉄酸化によりエネルギーを獲得する微好気性バクテリアの分離株MIZ01株について、全ゲノム決定および系統解析、さらには形態・性状解析を実施した。得られた結果に基づいて、MIZ01株にSideroxyarcus emersoniiと名付け、新属新種としてIJSEM誌にて誌上発表した。新たなモデル地として、国内温泉地の堆積物試料を対象として、PacBioロングリードメタゲノム解析を実施し、鉄還元をすると推定される新規バクテリアの存在を示唆した。本成果は国内学会にて発表した。以上、上記の仮説検証に必要な知見を着実に積み重ねている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度までに、モデル地とした国内の湿地帯堆積物より、鉄酸化菌および鉄還元菌の分離培養株を複数獲得できた。そのうち５株（MIZ01, MIZ03, MIZ09, MIZ13, MIZ14）は新種レベル以上で新規であることがゲノム解析から示唆されていた。本年度は、中性pH付近で単独で鉄酸化および鉄還元によって増殖できるMIZ03株について追加の性状実験を行い、本株から得られた成果をまとめた論文がMicrobiology Spectrum誌に受理された。MIZ03株には暫定的にRhodoferax lithotrophicusと名付けた。本成果については、学会やシンポジウムでの発表、プレスリリース、さらには解説文をウェブにて公開し、一般への周知に努めた。また、中性pH付近で鉄酸化によりエネルギーを獲得する微好気性バクテリアの分離株MIZ01株について、全ゲノム決定および系統解析、さらには形態・性状解析を実施した。本株は、鉄の他にも、チオ硫酸を酸化して増殖できることが明らかになった。ゲノム解析からは、dsr-apr-sat遺伝子群が見つかっており、この遺伝子群がチオ硫酸酸化に関わっていると示唆された。系統解析の結果、未承認種のSideroxydans lithotrophicusと近縁であることがわかった。得られた結果に基づいて、MIZ01株にSideroxyarcus emersoniiと名付け、新属新種としてIJSEM誌にて誌上発表した。新たなモデル地として、国内温泉地の堆積物試料を対象として、ロングリードメタゲノム解析を実施した。その結果、環状ゲノム１２個を含む５６個の高品質MAGを得ることができた。鉄酸化もしくは還元に関与すると予想される遺伝子を持つMAGが見出され、未培養の鉄酸化・鉄還元バクテリアの存在が示唆された。以上、上記の仮説検証に必要な知見を着実に積み重ねている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでに獲得できた分離株の性状、特にナノ鉱物の産出・溶解について、その形態や鉱物組成、反応速度を調べる。まだ記載が完了していない株については、必要なデータを取得し、論文化を目指す。分離株から得られた情報と、環境試料の鉱物・メタゲノム解析をまとめ、それらを統合し、同環境における「酸化鉄ナノ鉱物の生成・溶解プロセスの実態」と「微生物－酸化鉄ナノ鉱物－多元素の相互作用」について議論し、論文としてまとめる。昨年度新たに設定した国内温泉地（高温）、さらには環境条件の異なる複数の国内地点（海洋性、pH酸性、嫌気性など）において、サンプリングを実施し、これまでの経験を生かして、さらなる新規鉄酸化菌および鉄還元菌の分離培養を実施する。得られた結果を統合して、地球表層環境における「酸化鉄ナノ鉱物の生成・溶解プロセスの実態」と「微生物－酸化鉄ナノ鉱物－多元素の相互作用」の理解を深める。
|
