緩やかに繋がりあう微生物―可視化とマルチオミックス解析により真の姿を照らし出す―

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K22297
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 稲葉 知大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (90760439)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: バイオフィルム

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、環境中の微生物は「実際には」どのように存在するのか、という疑問に答えることに挑む。環境中には微少かつ構造的に脆弱な「ゆるい」バイオフィルムが存在しているが、それらは既存の微生物学的手法では解析できないためにバイオフィルムとして認識されておらず、集団活性をはじめとする群集としての機能が無視されている可能性が高い。本研究では「ゆるい」バイオフィルムの分取および非破壊的な可視化、さらに網羅的な遺伝子解析を実施することでその実態を明らかにすることを目指した。「ゆるい」バイオフィルムの成立には同種・異種を問わず微生物細胞間での相互作用が必要になるが、特に環境中において複合的なバイオフィルム形成に関わる異種間相互作用は未解明であった。
当該年度は恒久的に廃水処理を行う休廃止鉱山内の水サンプルや下水処理水をサンプルとして用いて「ゆるい」バイオフィルムの立体構造解析を実施した。前年度までに物理的に脆弱な構造をもつ集団の可視化手法を考案・発展しさせており、その手法により微細かつ「ゆるい」構造を持つバイオフィルムの立体像を得ることに成功した。結果として下水処理で見られるバイオフィルムでは、「ゆるい」バイオフィルムはより大きなバイオフィルムを構成するためのクラスターの一つとして存在している可能性が示唆された。次年度には「ゆるい」バイオフィルムについて、セクショニングを伴う構造単位での網羅的遺伝子解析を実施するための検討、最適化を実施する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルスの感染拡大に伴う緊急事態宣言や外出自粛要請等により、当初予定していたサンプリングや実験の実施が延期もしくは中止となったため研究スケジュール全体の進捗に遅れがある。しかしながら「ゆるい」バイオフィルムの可視化技術は順調に発展しており、その生理を解き明かすためのマルチオミックス解析についても進捗しており、研究は着実に進展している。

Strategy for Future Research Activity

当該年度の成果により「ゆるい」バイオフィルムの非破壊的な可視化における技術的困難が解決されつつあるが、非破壊的な分取については引き続きソーティング技術を用いた手法の開発、最適化を行っていく。また「ゆるい」バイオフィルムのマルチオミックス解析が完全に実施されていないため、メタトランスクリプトーム解析を含めた網羅的解析を「ゆるい」バイオフィルム候補のサンプルに対して実施する。一方で、環境中の「ゆるい」バイオフィルムの存在を立証するため、さまざまな環境を対象に「ゆるい」バイオフィルムの探索および可視化、マルチオミックス解析も視野に入れ研究を推進していきたい。

Causes of Carryover

「ゆるい」バイオフィルムの分取・可視化・解析のため、セルソーターおよび共焦点顕微鏡の使用、遺伝子解析にかかる消耗品類を計上したが、当該年度は新型コロナウイルスの感染拡大防止のための措置等により多くの実験が延期もしくは中止となったため、使用額が計画を下回った。また、円滑な研究遂行ため実験補助員の雇用を予定していたが、こちらも新型コロナウイルス感染症の拡大により計画通りに実施することができなかった。
次年度はさらなる「ゆるい」バイオフィルムの解析を行うため、消耗品類を購入することに加え、新たな分取・可視化手法の検討にかかる消耗品類の購入を予定している。また、研究の進捗により短期間の実験補助員の雇用も計画している。