シングルセル解析を駆使した水圏における細菌増殖特性の精密解析

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12308
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 日下部 武敏 京都大学, 工学研究科, 助教 (40462585)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 芳久 京都大学, 工学研究科, 教授 (20226260)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 琵琶湖 / 細菌群集 / 増殖解析 / シングルセル解析 / 難分解性溶存有機物

Outline of Annual Research Achievements

琵琶湖では、微生物に分解されにくい難分解性有機物が増加・蓄積しており、生態系や水利用への悪影響が懸念されている。本研究では、微生物食物網で重要な位置を占める細菌群集が、琵琶湖において微生物炭素ポンプ（MCP）を駆動することで難分解性有機物を産生しているのではないかと考えた。難分解性有機物の生成機構を深く理解するためには、細菌生産量（総量）だけでは不十分であり、活発に増殖している細菌鍵種の同定とその寄与、季節的・空間的変動等を明らかにしなければならない。また、増殖活性のみならず、環境条件（水温や栄養塩類濃度など）が異なると、たとえ同じ細菌種であっても細胞のサイズや形状、元素組成が異なることが知られており、これらの情報も併せて取得しなければ、物質循環の真の究明にはつながらない。そこで、本研究では、水圏における細菌群集の増殖特性をより精密に解明することを目的に、シングルセル解析を駆使した新たな方法論を確立し、琵琶湖の物質循環に果たす細菌群集の役割を解明することとした。
令和２年度は、新型コロナウイルスの感染拡大の影響もあり、継続的な現場調査の実施が困難な状況が続いたため、河川水中の細菌群集や微生物株（大腸菌等）を用いたラボ実験により基礎的な条件検討を行った。藻類などの真核細胞除去および原核細胞捕集のためのメンブレンフィルター選定（孔径、材質など）、メンブレンフィルターからの細菌細胞回収のための条件検討（vortex、界面活性剤添加、繰り返し等）、フローサイトメトリー（FCM）を用いた細菌細胞計数のための条件検討（側方散乱光シグナル,SSCを用いた検量線作成）等を実施した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

河川水中の細菌群集や微生物株を用いた条件検討を実施してはいるが、令和元年度からの課題であったメンブレンフィルター上に捕集した琵琶湖水中細菌細胞の回収率が十分に高いとは言えず、実サンプルを用いた更なる実験的な検討が必要である。継続的な現場調査の実施が困難な状況が続いていることもあり、当初の研究計画よりも遅れている。

Strategy for Future Research Activity

河川水中の細菌群集や微生物株を用いたラボ実験により基礎的な条件検討を行っているが、水圏の細菌細胞とは異なる特性、とりわけ細胞サイズや形状をしていると考えられるため、限界がある。そのため、実サンプルを使用して操作条件を決定した上で、継続的な現場調査の実施が必要不可欠である。今後は、本事業の期間延長申請をすることで、研究の遂行に必要な状況と期間の確保を目指す。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染症の影響により、実質的に継続的な現場調査を実施することが出来なかったため次年度使用額が生じた。研究実施内容に大きな変更はないが、期間延長申請を検討しており、本年度使用予定であった助成金を翌年度分として使用する計画である。