未培養原生生物1細胞ゲノム解析系の確立とシロアリ腸内木質分解性原生生物の機能解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02897
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 本郷 裕一 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (90392117)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 明徳 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(水産), 准教授 (40378774) ; 瀬川 高弘 山梨大学, 大学院総合研究部, 講師 (90425835)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 原生生物 / シロアリ / 共生 / 腸内細菌 / 1細胞ゲノム

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は、未培養原生生物(単細胞真核生物)の1細胞ゲノム解析手法の確立である。環境中には多様な原生生物が生息するが、未培養種も多く、それらの生理・生態は未知である。本研究ではシロアリ腸内原生生物群集を材料とするが、それらはシロアリの餌である木材の分解発酵の主要部分を担うと考えられているものの、純粋培養成功例は無く、詳細な機能は不明である。ゲノム解析を行うにしても、原生生物細胞ごとに系統が異なる可能性が高いため、単一細胞 からのゲノムと(ゲノム解析補助のための)網羅的転写産物を同時に解析する必要がある。その技術的困難により、原生生物1細胞からの高完成度な新規ゲノム解読例は無く、1細胞転写産物解析も容易ではない。2020年度(2021年度繰越含む)には、シロアリ腸内原生生物種1細胞を物理的に単離し、同一細胞からの核ゲノムDNA配列と網羅的転写産物配列を取得した。また細胞共生細菌叢の16S rRNA配列に基づく群集構造解析を実施した。
2021年度（2022年度繰越含む）は、まず取得した原生生物細胞共生細菌16S rRNA配列を用いた細菌局在解析を行った。それによって、約10種類もの共生細菌が絶対あるいは日和見的に原生生物の細胞表面・細胞質・核内のいずれかに特異的に局在することを明らかにした。これら細菌の機能の解明と宿主原生生物ゲノム配列断片への混入細菌配列特定を目的として、細胞共生細菌叢の混合ゲノム（メタゲノム）DNAの配列を取得した。情報解析学的にゲノム配列断片を共生細菌種ごとに分類し、それぞれの細菌種のゲノム情報解析と宿主原生生物ゲノムの混入配列除去の両方を進めることができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前年度まではコロナの影響と（それが原因ともなった）装置類修理の遅延もあり、全体の研究が当初計画よりも遅れていたが、その後は研究材料も入手可能となり、ゲノム配列の情報解析も順調に進めることができるようになった。

Strategy for Future Research Activity

2021年度までに、原生生物のゲノム配列、転写産物配列、さらに10種類にもおよぶ多様な細胞共生細菌のゲノム配列取得に成功し、情報解析に着手した。次年度は情報解析をさらに進め、シロアリ腸内原生生物の網羅的な代謝系とともに各種共生細菌の代謝系も予測し、原生生物と細胞共生細菌叢で構成される「複合生命体」の代謝機能の全貌解明を目指す。