2014 Fiscal Year Annual Research Report
琵琶湖底層部におけるメタロゲニウム生成機構の解明と底層部環境の質的評価
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26281042
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
宮田 直幸 秋田県立大学, 生物資源科学部, 教授 (20285191)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古田 世子 滋賀県琵琶湖環境科学研究センター, その他部局等, その他 (00508476)
岡野 邦宏 秋田県立大学, 生物資源科学部, 助教 (30455927)
高田 潤 岡山大学, 自然科学研究科, 特任教授 (60093259)
桐山 徳也 滋賀県琵琶湖環境科学研究センター, その他部局等, その他 (40723862)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | マンガン酸化細菌 / メタロゲニウム粒子 / 琵琶湖底層部 / 貧酸素化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
琵琶湖最深部付近では、貧酸素化が顕著に現れた2002年以降、メタロゲニウム(Metallogenium)粒子とよばれるマンガン酸化物構造体が大量に発生している。メタロゲニウム粒子の発生は、琵琶湖底層部環境が近年、質的に大きく変化したことを示しており、実態の解明が重要な課題である。本研究では、琵琶湖底層部においてメタロゲニウム粒子生成を引き起こす環境条件を特定し、底層部が現在どのような環境にあるのか質的に評価することを最終目的としている。
平成26年度の成果は次のように要約できる。
（1）メタロゲニウム粒子を生成するマンガン酸化細菌BIWAKO-01株の培養系（モデル系）を用いて、メタロゲニウム粒子生成をもたらす環境因子を解析した。その結果、①弱酸性条件（pH 5.5～6.5）、②溶存酸素制限条件、及び③寒天等の多糖存在下で粒子生成が促進することが明らかになった。本菌は種々の糖類を資化できず、メタロゲニウム粒子生成において多糖をエネルギー源として利用しなかった。培養液中で生成したメタロゲニウム粒子は、バーネサイト（δ-MnO2）様のナノシート構造を有していた。
（2）琵琶湖北湖で毎月水深ごとに採水を行い、水質及びメタロゲニウム粒子数をモニタリングした。本年度は1月に、最深層部（水深90m）で1 mL当たり約3500粒子の発生が観測された。湖水試料中の多糖の定量法（比色法）を確立し、8～3月に多糖濃度のモニタリングを行うことができた。今後、データを蓄積し、水質と粒子生成との関連性を明らかにする予定である。
（3）琵琶湖底層部のメタロゲニウム粒子生成に関与するマンガン酸化菌を特定するため、メタロゲニウム粒子の懸濁試料の細菌群集構造を調べた。その結果、僅かではあるがBIWAKO-01株の近縁種が検出されたことから、今後詳細な解析を行う予定である。
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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
（1）マンガン酸化細菌BIWAKO-01株を用いた培養実験では、メタロゲニウム粒子生成をもたらす環境因子の特定を試み、弱酸性条件、溶存酸素制限条件及び多糖存在下で粒子生成が促進されるとの新しい知見を得た。特に多糖の関与に関して、その作用機序は不明であるが、琵琶湖底層部でのメタロゲニウム粒子生成機構を解き明かす一つの鍵と考えており、その要求性を明確にしたことは大きな成果である。さらにBIWAKO-01株が生成するメタロゲニウム粒子のナノ構造を解析し、マンガン酸化物の結晶相を詳細に解析することができた。平成27年度に琵琶湖底層部で採取したメタロゲニウム粒子のナノ構造を解析するが、本年度の成果により詳細な比較検討が行えると期待している。
（2）琵琶湖北湖での毎月1回の調査により、年間を通じて水質やメタロゲニウム粒子発生数のデータを取得した。さらに、湖水の多糖濃度のモニタリング手法（濃縮法、比色定量法）を確立できたことから、既に湖水中の多糖の濃度分布についてもデータ収集ができている。
（3）琵琶湖底層部で採取したメタロゲニウム粒子懸濁試料において、BIWAKO-01株の近縁種が初めて検出された。定量的な解析は今後の課題であるが、メタロゲニウム粒子生成に関与する微生物生態は全く不明であり、本成果の意義は非常に大きいと考えている。
成果発表も順調に行えている。本年度の発表：国際誌での論文掲載1件（印刷中）、国際会議での発表1件、国内学会での口頭発表3件。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に続き、（1）BIWAKO-01株の培養系を用いてメタロゲニウム粒子生成機構の解析を進めるとともに、（2）琵琶湖底層部でのメタロゲニウム粒子生成要因と底層部環境の解析を進める。
（1）培養実験で、メタロゲニウム粒子生成への多糖の関与が明らかになったが、琵琶湖では、上層部で増殖して沈降した植物プランクトン（細胞外多糖を有する）が底層部で多糖の供給源として機能している可能性が考えられたため、植物プランクトン共存下での粒子生成について重点的に調査解析する。また、多糖がどのように粒子生成に関与しているのか、多糖の化学性や物理性に着目して検討を進める。BIWAKO-01株のゲノム解析を行ない、マンガン酸化、糖代謝の機能遺伝子を解析する。
（2）琵琶湖北湖の水質調査で得られたデータを解析し、メタロゲニウム粒子生成と関連性をもつ水質項目を明らかにする。さらに、湖内での植物プランクトン発生、及び植物プランクトンの多糖の挙動を詳しく調査し、メタロゲニウム粒子生成への植物プランクトンの関与について重点的に研究を進める。また、底層部で採取したメタロゲニウム粒子のナノ構造を明らかにし、BIWAKO-01株が生成した粒子の構造と比較検討することで、詳細に特徴付けることとする。
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Research Products
(5 results)
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[Journal Article] Formation of filamentous Mn oxide particles by the alphaproteobacterium Bosea sp. strain BIWAKO-012015
Author(s)
Furuta, S., Ikegaya, H., Hashimoto, H., Ichise, S., Kohno, T., Miyata, N., and Takada, J.
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Journal Title
Geomicrobiology Journal
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Formation of filamentous Mn(III, IV) oxide particles in cultures of an alphaproteobacterium isolate2014
Author(s)
Miyata, N., Furuta, S., Ikegaya, H., Hashimoto, H., Ichise, S., Kohno, T., and Takada, J.
Organizer
15th International Society for Microbial Ecology
Place of Presentation
Seoul, Korea
Year and Date
2014-08-26
