2019 Fiscal Year Research-status Report
培養技術とゲノム解析で紐解く硝化界のダークマター「完全アンモニア酸化細菌」
| Project/Area Number |
19K16218
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
藤谷 拓嗣 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 産総研特別研究員 (50708617)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 硝化 / comammox / 土壌 / 培養 / ゲノム / 酸性 / アンモニア / 亜硝酸 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
120年以上に及ぶ硝化研究の歴史において，アンモニア酸化と亜硝酸酸化は，それぞれ異
なる微生物（硝化菌）によって行われると考えられてきた。しかし近年，両反応を一菌体で担う完全アンモニア酸化（Complete ammonia oxidation: Comammox）細菌の存在が明らかとなった。メタゲノム解析によってComammox細菌は地球規模の様々な環境で検出されており，生態系に及ぼす影響は大きいと予想されている。一方で，硝化菌は培養が難しく，Comammox細菌の純菌株も1株にとどまっている。したがって，Comammox細菌の生理学・生化学・進化学的な情報は，不明な点が多い。そこで本研究の目的は，培養技術とゲノム解析技術を併用し，Comammox細菌の生理学的性質とゲノム特性の解明とした。サンプルソースとして多量の窒素肥料が投入され、活発に硝化が起こる茶園の酸性土壌を選択した。多量のアンモニアが存在する酸性土壌の環境を再現した。常に高濃度のアンモニアを含む新鮮な培地を供給しつつ，微生物の流出を防ぐためにバイオマスを担体に固定した。さらにpHコントローラを用いた自動制御により，酸性環境を維持した。培養期間中は，16S rRNA遺伝子を対象にしたアンプリコン解析とFISH観察によって，Comammox細菌を含むNitrospira系統の占有率をモニタリングした。長期間の培養により，最大92%までNitrospira属が濃縮され，培養条件として適切であることが判明した。集積培養サンプルを用いた生理学的試験では，pH3の酸性条件においても硝化活性が確認されたことから，本研究で集積されたComammox細菌が酸性環境に適応している可能性が示唆された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Comammox細菌を高度に集積するための培養方法を確立することができた。サンプルソースには1%程度であったComammox細菌が最大92%の占有率まで到達し，常時80%以上の占有率を維持することに成功している。純菌株の獲得までには至っていないが，性状解析を行うレベルには達しており，実際に酸性条件下で硝化菌の活性を確認することができた。また，同じサンプルソースから亜硝酸酸化Nitrospiraも集積培養しており，Comammox細菌との比較解析を実施するためのサンプルとして位置付けている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
Comammox細菌を集積したサンプルを対象に性状解析を進める。特に，硝化菌の細胞に損傷を与える，遊離アンモニアに着目する。生理学的な解析とともに，遺伝子発現解析を進め，酸性土壌において環境から与えられるストレスに対する，comammox細菌の適応機構を解析する。また，集積サンプルから純菌株の獲得を目指す。硝化菌の形態的な特徴に着目し， 2種類の散乱光（前方散乱光と側方散乱光）を利用した細胞分取技術を利用する。環境中の多様性を反映したまま純粋培養することを期待する。
|
| Causes of Carryover |
一部の費用は他の助成金で補填することができたため，次年度使用額が生じた。備品，実験消耗品の一部として，次年度使用する予定である。
|
