Construction of artificial symbiosis by newly isolated chemosynthetic sulfate-reducing bacteria

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K05783
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 宮崎 淳一 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究開発プログラム), 副主任研究員 (50435848)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 深海熱水活動域 / 水素酸化硫酸還元菌 / 嫌気的メタン酸化 / 細胞間共生

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、深海熱水活動域から分離培養され、系統学的に嫌気的メタン酸化の一員として機能している硫酸還元菌に近い2種の化学合成水素酸化硫酸還元菌と、既に分離培養されているメタン生成アーキアを人工的に細胞間共生させることによって、嫌気的メタン酸化を誘導させることを目的として行っている。この人工的な細胞間共生により、これまで難培養でかつ細胞倍加速度が極端に遅いため代謝システムがほとんど明らかとなっていない嫌気的メタン酸化のエネルギー代謝システムおよび細胞間共生のシステムを明らかにすることができると期待している。これまでは2種の水素酸化硫酸還元菌のゲノム解析および特性解析を行っており、おおよその菌のもつ代謝システムや性状が明らかにしてきた。本研究を通して共生実験を進めていたが、分離培養した水素酸化硫酸還元菌(SRB)の共生は残念ながら未だに成功できなかった。しかしながら、昨年度に本研究のターゲットとする水素酸化硫酸還元菌の1つが水素の代わりに電気を利用して生育することが明らかになったことから電気による培養を確実に行える方法論を本年度は構築した。環境中の嫌気的メタン酸化は嫌気的メタン酸化アーキアと硫酸還元菌が電気的に共生していることが明らかとなっている。共生自体は現状まだ成功していないものの、水素と電気の2種類の培養から得られる情報を比較することによって共生に関与するメカニズムを明らかにできることが示唆された。本研究では深海熱水活動域から分離培養した水素酸化硫酸還元菌に関して、開始当初の2種に加え、さらに2種類を分離培養できた。ゲノム解析と特性解析から、水素酸化硫酸還元菌は環境変化に応じて2種類のエネルギー獲得経路を使い分け、適応することを明らかにした。さらに電気によるエネルギー獲得ができる水素酸化硫酸還元菌は他微生物と細胞間共生をすることで、生存戦略を構築していることが示唆された。