2015 Fiscal Year Research-status Report
メタボローム解析による有害アオコの形成メカニズムの解明
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26420527
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
牧野 育代 東北大学, 環境保全センター, 助教 (00542060)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 夜間観測 / 鉛直移動 / アオコ / メタボローム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単体細胞のMicrocystisは光、温度、水平流動等の条件が揃うと細胞同士が緩く集積しアオコを形成する。細胞が排泄したバイオフィルムは細胞と細胞とが集結する役割を果たしており、Microcystisのアオコ化にとって重要な機能を果たしている。本研究は、単体細胞のMicrocystisが有害なアオコ化に至るメカニズムを自然環境下で観察した細胞の振る舞いと代謝物解析の手法とを用いて明らかにすることを目指す。1年目は9月の衰退期のアオコを対象としたが、2年目は観測地点を同一にして衰退期に入る前の8月のアオコを対象とした。アオコの代謝物解析においてはMicrocystisの細胞を対象とした。日中の表層に漂うアオコは解糖系、核酸、ジペプチドの値が高く、細胞の成長やＤＮＡの合成に関する機能が活性化している可能性が示唆された。深夜2時および明け方5時の表層では、アミノ酸の低値が観測され、この水深およびこの時間帯においてはアミノ酸の消費が行われている様子が示唆された。Microcystisが有する毒性物質はノンリボソームペプチド物質で、アミノ酸濃度に依存している可能性がある。深夜2時から5時にかけ表層のアオコは、タンパク質合成や毒性生産をしていることが考えられた。日中の下層のアオコは、アミノ酸、ＴＡＣサイクルに関係する物質の値が高く、アミノ酸の生産およびエネルギー生産の活性化が考えられた。また、深夜2時の下層では、細胞内全体の濃度が低値になっていた。特に、3リン酸の全てが低く、ヌクレオチド合成が低下していた。この時間帯の下層では、MicrocystisはＤＮＡを合成しにくく細胞分裂できない状態にあることが考えられた。
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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
2年目は、鉛直方向のアオコの動態に着目し、サンプリングおよびメタボローム解析を実施した。表層に漂うアオコとは異なり、下層の水中を遊泳するアオコは厚いバイオフィルムに覆われることなく、小さな塊あるいは単体細胞で分散していた。8月のアオコは9月のアオコと比較してバイオフィルムの量が少ないうえに粘性質が低く、夜間はほぼ全量が水中に沈んだ。このため、夜間の表層におけるその状態のアオコの代謝物挙動は解析できなかったが、昨年の9月の解析結果と比較すると、microcystinの生成に関与するアミノ酸の合成には、日照および水深が大きく影響していることが明らかになった。本研究における重要な小テーマである二次代謝物microcystinの生合成において、時間帯だけでなくそれらファクターの影響も明らかになりつつあることから、おおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終となる平成28年度では、アオコの有毒化に関してミクロキスティスの細胞周期を捉えることを目標とする。深夜の下層のミクロキスティスは細胞分裂が困難な状況にあることが今回明らかになったが、初期の細胞分裂の段階でmicrocystinの生合成が可能であるのか、それとも衰退期に達してからmicrocystinが生合成されるのか不明である。遺伝子解析の手法を用いて発現状況を確認し、メタボローム解析の結果と併せ総合的な解釈から、アオコの有害化に関する成長条件、環境条件を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成28年度請求額とあわせ、平成28年度の研究遂行において使用する予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
専門機器を使用するメタボローム解析の費用（40万）、現地調査のための旅費（15万）、学会発表のための渡米費用（15万）、遺伝子解析の費用（40万）を平成27年度の未使用金額と平成27年度の請求額とで賄う予定である。
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