2013 Fiscal Year Annual Research Report
地下圏炭素・エネルギー動態に関与する中核微生物群の同定と新機能解明
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25701003
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
堀 知行 独立行政法人産業技術総合研究所, 環境管理技術研究部門, 主任研究員 (20509533)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 環境分析 / 深海環境 / 地球化学 / 環境 / 微生物 |
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| Research Abstract |
本研究は、未だ実体の明らかでない「地下圏炭素・エネルギーフラックスの根幹反応を担う未知微生物群」の生理生態を、分離培養技術に加え、Stable Isotope Probing（SIP）と次世代シークエンサー解析との融合法によって明らかにし、これら中核微生物群の新機能解明を通して、今なお進行しつつあると予想されるメタンハイドレート形成やナノパイライト生成などの地下物質ダイナミクスの根本的理解を目指すものである。ここで標的とする炭素化合物「メタン、酢酸」と地球第4位の構成元素「鉄」は地球の根源物質であるため、その代謝に関わる未知微生物群の実体解明は、地下圏の生命活動全体を紐解くことに直結する。なお本研究には、2012年統合国際深海掘削計画（IODP）第337次研究航海「下北八戸沖石炭層生命圏掘削」で取得した海底地下コア試料および海底堆積物試料を主に用いる。平成25年度は、海底地下コアから得られる微生物菌体量の乏しさを打開するためにコア試料をそのまま解析するのではなく、研究の第一ステップとして中核微生物群の高度集積系を構築した。IODP337で採取された異なる海底下深度のコア試料15種を接種源として用い、中核微生物群を標的とした44の培養条件を設定することで660種の微生物集積系を構築し、さらに数ヶ月の培養を経て行った2度の継代により合計で約2000種の集積培養物を取得することに成功した。また1代目の集積培養系の化学分析の結果、いくつかの集積系からメタン生成や鉄還元、還元的酢酸生成などの地球化学的反応が観察された。これまでに次世代シークエンサーを用いた微生物群集構造解析の立ち上げ・最適化を終えており、今後、当該の地球化学的反応を担う未知微生物群の同定を行っていく予定である。さらにSIPと次世代シークエンサーの融合法の確立に向けた事前検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題の実施初年度として、研究遂行の基盤となる微生物集積系を取得することに成功し、さらにそのいくつかの集積系を長期間培養することによって地下物質循環に重要な地球生物学的反応（メタン生成、鉄還元、還元的酢酸生成）を検出することができた。また微生物集積系の構成種を同定するための次世代シークエンス解析の立ち上げ・最適化を終えており、今後速やかな微生物学的知見の取得が可能である。また集積培養系から中核微生物の分離培養を進めていくが、純粋培養が困難な場合には得られた高度集積系をそのまま用いることで培養を介することなく未知微生物の機能同定を試みる。ここでは、Stable Isotope Probingと次世代シークエンスの融合による微生物機能の高感度同定法を用いる予定であるが、本手法の確立・評価のための実験デザインおよび予備的検討を終えている。以上から、現在までのところ研究は概ね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度に取得した微生物集積系の構成種を次世代シークエンサーによる大規模遺伝子配列解読を用いて数万種レベルで同定する。また基質を添加しない集積系（対照区）の微生物構成種と比較することで、地球化学的反応を担う中核微生物群のあぶり出しを行う。次世代シークエンスに供する試料の調整法、次世代シークエンサーの運転・管理法、大規模塩基配列データを解析するパイプラインなどの確立・最適化を既に終えているため、早急に微生物学的データの取得を進める予定である。また集積培養系から中核微生物の分離培養が困難な場合に微生物機能同定のための強力なツールとなるStable Isotope Probingと次世代シークエンサーの融合法の確立・評価を急ぐ。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
初年度（平成25年度）は、課題遂行に必須な実験機器の設置および実験手順・解析方法の確立を中心的に行った。そのため物品費（設備費・実験消耗品費）についてはほぼ予定通りの支出となった。しかし、上記の研究設備の立ち上げや実験手順・解析方法の確立に時間を要したため、実験補助員を雇用し、実験実施・データ解析を加速化させるまでのフェーズには至らなかった。よって、当該年度の人件費（実験補助員の雇用費）の支出が無かったため、繰越分予算が生じた。
平成25年度に確立した実験系をフル稼働させ、成果結実を加速化させるために、実験補助者1～2名を一定期間（6ヶ月以上）雇用することを予定している。現在までに次世代シークエンス解析に供する微生物集積系が取得できたため、核酸抽出以降の実験消耗品（主に遺伝子工学関連試薬）を中心的に導入する。また本研究で得られる成果発表に関わる経費（学会参加費、論文投稿費等）を計上する。
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