Symbiosis in deep-sea hydrothermal fields: using glycomics to better understand host-symbiont interactions.

• Project/Area Number: 16H04843
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Ecology/Environment
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Nakagawa Satoshi 京都大学, 農学研究科, 准教授 (70435832)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2018: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2016: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: 糖鎖 / 共生 / 深海底熱水活動域

Outline of Final Research Achievements

The main objective of this study is to reveal the molecular mechanisms underlying epsilonproteobacterial symbioses in deep-sea hydrothermal fields. We in particular have focused on glycans and glycoproteins which play important roles in various host-symbiont interactions. We identified some sugar chains and glycoproteins in both episymbiosis and endosymbiosis.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

糖鎖は主に高等生物の病理学・生理学分野でこそ重要な研究対象として認識されているが、海洋の微生物生態学的研究では注目されてこなかった。本研究は、深海底における異種生物間の分子的コミュニケーション手段の研究を通じて、人類に最も蔓延する病原性微生物の誕生過程の解明、共生（感染）メカニズムを標的とした画期的な治療法の開発に益する知見を得た。深海の共生系は、共生と感染の分子機構の類似性を進化の時間軸を加味して研究する絶好のモデルであり、本研究の成果は極めて独創的かつ進化学・病理学といった幅広い研究分野への波及効果が極めて大きい。

Research Products

• [Journal Article] Dual energy metabolism of the Campylobacterota endosymbiont in the chemosynthetic snail Alviniconcha marisindica (2020)
  • Author(s): Miyazaki Junichi、Ikuta Tetsuro、Watsuji Tomo-o、Abe Mariko、Yamamoto Masahiro、Nakagawa Satoshi、Takaki Yoshihiro、Nakamura Kentaro、Takai Ken
  • Journal Title: The ISME Journal Volume: 14 Issue: 5 Pages: 1273-1289
  • DOI: 10.1038/s41396-020-0605-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enrichment and Genomic Characterization of a N2O-Reducing Chemolithoautotroph From a Deep-Sea Hydrothermal Vent (2018)
  • Author(s): Mino Sayaka、Yoneyama Naoki、Nakagawa Satoshi、Takai Ken、Sawabe Tomoo
  • Journal Title: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology Volume: 6 Pages: 184-184
  • DOI: 10.3389/fbioe.2018.00184
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An overview of the occurrence of ether- and ester-linked iso-diabolic acid membrane lipids in microbial cultures of the Acidobacteria: Implications for brGDGT paleoproxies for temperature and pH (2018)
  • Author(s): Sinninghe Damste Jaap S.、Rijpstra W. Irene C.、Foesel Barbel U.、Huber Katharina J.、Overmann Jorg、Nakagawa Satoshi、Kim Joong Jae、Dunfield Peter F.、Dedysh Svetlana N.、Villanueva Laura
  • Journal Title: Organic Geochemistry Volume: 124 Pages: 63-76
  • DOI: 10.1016/j.orggeochem.2018.07.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lebetimonas natsushimae sp. nov., a novel strictly anaerobic, moderately thermophilic chemoautotroph isolated from a deep-sea hydrothermal vent polychaete nest in the Mid-Okinawa Trough (2017)
  • Author(s): Nagata Ryousuke、Takaki Yoshihiro、Tame Akihiro、Nunoura Takuro、Muto Hisashi、Mino Sayaka、Sawayama Shigeki、Takai Ken、Nakagawa Satoshi
  • Journal Title: Systematic and Applied Microbiology Volume: 40 Issue: 6 Pages: 352-356
  • DOI: 10.1016/j.syapm.2017.06.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Simple and Efficient RNA Extraction Method from Deep-Sea Hydrothermal Vent Chimney Structures (2017)
  • Author(s): Muto Hisashi、Takaki Yoshihiro、Hirai Miho、Mino Sayaka、Sawayama Shigeki、Takai Ken、Nakagawa Satoshi
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 32 Issue: 4 Pages: 330-335
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME17048
  • NAID: 130006286298
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Isolation and characterization of novel polymorphic microsatellite loci for the deep-sea hydrothermal vent limpet, Lepetodrilus nux, and the vent-associated squat lobster, Shinkaia crosnieri (2017)
  • Author(s): Nakajima Yuichi、Shinzato Chuya、Khalturina Mariia、Nakamura Masako、Watanabe Hiromi Kayama、Nakagawa Satoshi、Satoh Noriyuki、Mitarai Satoshi
  • Journal Title: Marine Biodiversity Volume: 48 Issue: 1 Pages: 677-684
  • DOI: 10.1007/s12526-017-0704-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deepest and hottest hydrothermal activity in the Okinawa Trough: the Yokosuka site at Yaeyama Knoll (2017)
  • Author(s): J. Miyazaki, S. Kawagucci, A. Makabe, A. Takahashi, K. Kitada, J. Torimoto, Y. Matsui, E. Tasumi, T. Shibuya, K. Nakamura, S. Horai, S. Sato, J. Ishibashi, H. Kanzaki, S. Nakagawa, M. Hirai, Y. Takaki, K. Okino, H. K. Watanabe, H. Kumagai, C. Chen
  • Journal Title: Royal Society Open Science Volume: 4 Issue: 12 Pages: 171570-171570
  • DOI: 10.1098/rsos.171570
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Endemicity of the cosmopolitan mesophilic chemolithoautotroph Sulfurimonas at deep-sea hydrothermal vents (2017)
  • Author(s): Sayaka Mino
  • Journal Title: ISME J Volume: 11 Issue: 4 Pages: 909-919
  • DOI: 10.1038/ismej.2016.178
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of a Novel Alginate Lyase from Nitratiruptor sp. SB155-2 Thriving at Deep-sea Hydrothermal Vents and Identification of the Residues Responsible for its Heat Stability (2016)
  • Author(s): Akira Inoue
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 291 Issue: 30 Pages: 15551-15563
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.713230
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 深海底熱水活動域で発生する電流が現場に優占する化学合成微生物に及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 武藤 久
  • Organizer: 日本微生物生態学会第33回大会
• [Presentation] 深海の化学合成生態系に優占する共生微生物の糖鎖生物学的性状 (2019)
  • Author(s): 土井 昂大
  • Organizer: 日本微生物生態学会第33回大会
• [Presentation] Glycobiology of deep-sea hydrothermal vent dominating microorganisms (2019)
  • Author(s): Takahiro Doi
  • Organizer: Symposium of Integrative Biology: World Tour
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 深海底熱水活動域で発生する電流が現場に優占するイプシロンプロテオバクテリアに及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 武藤 久
  • Organizer: 極限環境生物学会2019年度（第20回）年会
• [Presentation] 深海底熱水活動域に優占する化学合成独立栄養細菌の糖鎖生物学的性状 (2019)
  • Author(s): 土井 昂大
  • Organizer: 極限環境生物学会2019年度（第20回）年会
• [Presentation] Deep-sea vent bacteria: who's there, what are they doing, and what's new? (2019)
  • Author(s): Satoshi Nakagawa
  • Organizer: Symposium of Integrative Biology: Biodiversity in Asia
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Ecophysiology of a novel thermophilic N2O-reducing epsilonproteobacterium isolated from a deep-sea hydrothermal field (2018)
  • Author(s): Muneyuki Fukushi
  • Organizer: 日本微生物生態学会第32回大会
• [Presentation] Distribution pattern of microbial communities in the shallow-water hydrothermal field off Kueishan Island, Taiwan. (2018)
  • Author(s): Chiaki Tominaga
  • Organizer: 日本微生物生態学会第32回大会
• [Presentation] 海洋の極限環境に生息する微生物の生理生態学的研究 (2018)
  • Author(s): 中川 聡
  • Organizer: 2018年度海洋若手研究集会
  • Invited
• [Presentation] 深海エビ鉗脚に付着する多毛類の生態学的・系統学的研究 (2018)
  • Author(s): 斎藤 貴大
  • Organizer: 極限環境生物学会2018年度（第19回）年会
• [Presentation] しんかい6500の覚悟で臨む海洋(微)生物研究 (2018)
  • Author(s): 中川聡
  • Organizer: 京都大学 生態学研究センター シリーズ公開講演会 第9回
  • Invited
• [Presentation] 中部沖縄トラフで発見された熱水活動域ノホサイトの微生物学的研究：新規微生物の分離培養とRNAを用いた微生物相解析 (2017)
  • Author(s): 武藤 久
  • Organizer: ブルーアース2017
  • Place of Presentation: 日本大学 駿河台キャンパス（東京都・千代田区）
  • Year and Date: 2017-03-02
• [Presentation] 中部沖縄トラフ熱水活動域海底下における微生物群集構造と生理機能 (2017)
  • Author(s): 神崎隼人
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2017
• [Presentation] 海洋の極限環境に生息する難培養微生物の生理生態的研究 (2017)
  • Author(s): 中川聡
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2017
  • Invited
• [Presentation] 深海底熱水活動域に生息するコスモポリタン微生物の集団ゲノミクス解析 (2017)
  • Author(s): 美野さやか
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2017
• [Presentation] 深海底熱水活動域に形成されるチムニー構造物微生物からのRNA抽出～RNAを用いた微生物相解析を目指して (2016)
  • Author(s): 武藤 久
  • Organizer: 極限環境生物学会2016年度（第17回）年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台キャンパス（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] 環境RNAを用いた微生物相解析：熱水活動域チムニーの場合 (2016)
  • Author(s): 武藤 久
  • Organizer: 日本微生物生態学会第31回大会
  • Place of Presentation: 横須賀市文化会館（神奈川県・横須賀市）
  • Year and Date: 2016-10-27
• [Presentation] 深海底熱水活動域から分離した新規イプシロンプロテオバクテリアの生理生態学的性状 (2016)
  • Author(s): 永田 亮佑
  • Organizer: 日本微生物生態学会第31回大会
  • Place of Presentation: 横須賀市文化会館（神奈川県・横須賀市）
  • Year and Date: 2016-10-27
• [Presentation] 深海底熱水活動域に生息する固有甲殻類の共生器官”腹部剛毛”の構造的特徴 (2016)
  • Author(s): 藤吉 奏
  • Organizer: 日本微生物生態学会第31回大会
  • Place of Presentation: 横須賀市文化会館（神奈川県・横須賀市）
  • Year and Date: 2016-10-27
• [Presentation] 深海底熱水活動域に普遍的に生息する化学合成独立栄養細菌の生物地理学的特徴の解明 (2016)
  • Author(s): 美野 さやか
  • Organizer: 日本微生物生態学会第31回大会
  • Place of Presentation: 横須賀市文化会館（神奈川県・横須賀市）
  • Year and Date: 2016-10-27
• [Presentation] Unique morphological features of deep-sea endemic crab ventral setae. (2016)
  • Author(s): So Fujiyoshi
  • Organizer: 5th INTERNATIONAL WORKSHOP ON DEEP SEA MICROBIOLOGY
  • Place of Presentation: 京都大学益川ホール（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2016-09-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Population genetics and phenotypic differences of cosmopolitan mesophilic Sulfurimonas at deep-sea hydrothermal vents (2016)
  • Author(s): Sayaka Mino
  • Organizer: 5th INTERNATIONAL WORKSHOP ON DEEP SEA MICROBIOLOGY
  • Place of Presentation: 京都大学益川ホール（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] 深海底熱水活動域に優占する化学合成共生微生物の多様性と進化 (2016)
  • Author(s): 中川 聡
  • Organizer: 日本進化学会第18回大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2016-08-25
  • Invited
• [Presentation] 深海底熱水活動域に優占する化学合成共生微生物の生存戦略と進化 (2016)
  • Author(s): 中川 聡
  • Organizer: 日本農芸化学会北海道支部第1回講演会
  • Place of Presentation: 函館ロイヤルホテル（北海道・函館市）
  • Year and Date: 2016-08-06
  • Invited