Elucidation of collapsing and re-stabilizing mechanisms in microbial ecosystems

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22927
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: Futamata hiroyuki 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (50335105)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 微生物生態系 / 合成微生物群集 / 代謝ネットワーク / 微生物間相互作用 / 共存 / 揺らぎ / 制御

Outline of Final Research Achievements

Microbial ecosystems form everywhere from the deep-sea sediment to the human intestine, and are responsible for various functions of the field, for which optimal control is sought. However, knowledge on their regulation is still insufficient and relies on empirical rules. In this study, we constructed a model microbial ecosystem using three different species of bacterial strains and analyzed the forming mechanism of the microbial ecosystem. The results suggest that the establishment of a stable microbial ecosystem depends on the metabolic network among bacterial strains and changes in interactions among bacterial strains that can alter that network.

Free Research Field

微生物生態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

微生物生態系の形成原理の理解は、微生物生態学における非常に大きな課題の１つでもあります。本研究では、代謝ネットワークが微生物生態系の安定形成因子であることを見出し、さらに微生物間相互作用の揺らぎが代謝ネットワークを固定せず異種微生物の安定共存に重要であることを実験的に示唆しています。分離株を用いた本研究から、相互作用の揺らぎを見出せたことは、細胞レベルでの代謝活性や遺伝子発現の差異といったこれまで実態としては捉え難かった課題に、今後直接的に解析可能であることを示唆し学術的意義が非常に高いと判断されます。また、より適切に制御する上でも重要な知見を得る可能性があり社会的意義も深いと考えられます。