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

2021 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 – 2023-03-31
• 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3年度は、コロナ禍のため継続してフィールド調査を実施することが困難であったため、ラボ実験による解析手法の実験的な検討と国内外の文献調査を実施した。シングルセル解析における細菌細胞の回収率は依然40%程度にとどまっており、更なる改善が必要であること等が明らかとなった。文献調査では、細菌による二次生産に関する数理モデルを中心に調査したが、水温以外の環境因子の影響については十分解明されておらず、本研究の意義が改めて確認できた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

シングルセル解析における細菌細胞の回収率が依然として40%台にとどまっており、計画当初よりもやや遅れている。コロナ禍のため、実湖沼サンプルでの検証も含めて、回収率の更なる向上を目指して検討を行っていく計画である。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画では琵琶湖北湖での調査を計画していたが、コロナ禍のため継続して採水調査を実施することが困難であったこと、また、今後の見通しも立たないことから、微生物株の利用や、比較的調査の実施しやすい河川に調査対象を変更するなどの対策で研究を推進する。最終的な目標は湖沼における物質循環の解明と理解であるが、方法論の確立という目的の達成のためには問題とならないと考えている。

Causes of Carryover

コロナ禍のために当初計画では予想しえなかった状況となっており、補助事業期間を1年間延長した。当初計画で令和3年度（3年目）に実施予定だった一部の調査研究を延長期間である令和4年度に使用する計画である。