深海底熱水活動域が育む微生物共生系：第三の分子生物学で紐解く生物間相互作用

• 研究課題/領域番号: 16H04843
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生態・環境
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中川 聡 京都大学, 農学研究科, 准教授 (70435832)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
• キーワード: 糖鎖 / 共生 / 深海底熱水活動域

研究成果の概要

本研究は、深海底熱水活動域において強固な共生関係にある微生物（Epsilonproteobacteria）と大型生物の相互作用・相互認識機構を分子レベルで解明することを主要目的としている。特に幅広い生物間相互認識に関わることが知られている糖鎖とその修飾タンパク質に注目し研究を進めた。本研究では深海底熱水活動域に見られる複数の共生系(細胞外共生系から細胞内共生系) において、複数の糖鎖とその修飾分子の同定に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

研究成果

• [雑誌論文] Dual energy metabolism of the Campylobacterota endosymbiont in the chemosynthetic snail Alviniconcha marisindica (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Junichi、Ikuta Tetsuro、Watsuji Tomo-o、Abe Mariko、Yamamoto Masahiro、Nakagawa Satoshi、Takaki Yoshihiro、Nakamura Kentaro、Takai Ken
  • 雑誌名: The ISME Journal 巻: 14 号: 5 ページ: 1273-1289
  • DOI: 10.1038/s41396-020-0605-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enrichment and Genomic Characterization of a N2O-Reducing Chemolithoautotroph From a Deep-Sea Hydrothermal Vent (2018)
  • 著者名/発表者名: Mino Sayaka、Yoneyama Naoki、Nakagawa Satoshi、Takai Ken、Sawabe Tomoo
  • 雑誌名: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 巻: 6 ページ: 184-184
  • DOI: 10.3389/fbioe.2018.00184
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Organic Geochemistry 巻: 124 ページ: 63-76
  • DOI: 10.1016/j.orggeochem.2018.07.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Nagata Ryousuke、Takaki Yoshihiro、Tame Akihiro、Nunoura Takuro、Muto Hisashi、Mino Sayaka、Sawayama Shigeki、Takai Ken、Nakagawa Satoshi
  • 雑誌名: Systematic and Applied Microbiology 巻: 40 号: 6 ページ: 352-356
  • DOI: 10.1016/j.syapm.2017.06.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Simple and Efficient RNA Extraction Method from Deep-Sea Hydrothermal Vent Chimney Structures (2017)
  • 著者名/発表者名: Muto Hisashi、Takaki Yoshihiro、Hirai Miho、Mino Sayaka、Sawayama Shigeki、Takai Ken、Nakagawa Satoshi
  • 雑誌名: Ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ 巻: 32 号: 4 ページ: 330-335
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME17048
  • NAID: 130006286298
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Yuichi、Shinzato Chuya、Khalturina Mariia、Nakamura Masako、Watanabe Hiromi Kayama、Nakagawa Satoshi、Satoh Noriyuki、Mitarai Satoshi
  • 雑誌名: Marine Biodiversity 巻: 48 号: 1 ページ: 677-684
  • DOI: 10.1007/s12526-017-0704-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deepest and hottest hydrothermal activity in the Okinawa Trough: the Yokosuka site at Yaeyama Knoll (2017)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 4 号: 12 ページ: 171570-171570
  • DOI: 10.1098/rsos.171570
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Endemicity of the cosmopolitan mesophilic chemolithoautotroph Sulfurimonas at deep-sea hydrothermal vents (2017)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Mino
  • 雑誌名: ISME J 巻: 11 号: 4 ページ: 909-919
  • DOI: 10.1038/ismej.2016.178
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Akira Inoue
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 291 号: 30 ページ: 15551-15563
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.713230
  • 査読あり
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 武藤 久
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第33回大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 土井 昂大
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第33回大会
• [学会発表] Glycobiology of deep-sea hydrothermal vent dominating microorganisms (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Doi
  • 学会等名: Symposium of Integrative Biology: World Tour
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 武藤 久
  • 学会等名: 極限環境生物学会2019年度（第20回）年会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 土井 昂大
  • 学会等名: 極限環境生物学会2019年度（第20回）年会
• [学会発表] Deep-sea vent bacteria: who's there, what are they doing, and what's new? (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Nakagawa
  • 学会等名: Symposium of Integrative Biology: Biodiversity in Asia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ecophysiology of a novel thermophilic N2O-reducing epsilonproteobacterium isolated from a deep-sea hydrothermal field (2018)
  • 著者名/発表者名: Muneyuki Fukushi
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第32回大会
• [学会発表] Distribution pattern of microbial communities in the shallow-water hydrothermal field off Kueishan Island, Taiwan. (2018)
  • 著者名/発表者名: Chiaki Tominaga
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第32回大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 中川 聡
  • 学会等名: 2018年度海洋若手研究集会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 斎藤 貴大
  • 学会等名: 極限環境生物学会2018年度（第19回）年会
• [学会発表] しんかい6500の覚悟で臨む海洋(微)生物研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中川聡
  • 学会等名: 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
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 武藤 久
  • 学会等名: ブルーアース2017
  • 発表場所: 日本大学 駿河台キャンパス（東京都・千代田区）
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 神崎隼人
  • 学会等名: 環境微生物系学会合同大会2017
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 中川聡
  • 学会等名: 環境微生物系学会合同大会2017
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 美野さやか
  • 学会等名: 環境微生物系学会合同大会2017
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 武藤 久
  • 学会等名: 極限環境生物学会2016年度（第17回）年会
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 武藤 久
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第31回大会
  • 発表場所: 横須賀市文化会館（神奈川県・横須賀市）
  • 年月日: 2016-10-27
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 永田 亮佑
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第31回大会
  • 発表場所: 横須賀市文化会館（神奈川県・横須賀市）
  • 年月日: 2016-10-27
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 藤吉 奏
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第31回大会
  • 発表場所: 横須賀市文化会館（神奈川県・横須賀市）
  • 年月日: 2016-10-27
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 美野 さやか
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第31回大会
  • 発表場所: 横須賀市文化会館（神奈川県・横須賀市）
  • 年月日: 2016-10-27
• [学会発表] Unique morphological features of deep-sea endemic crab ventral setae. (2016)
  • 著者名/発表者名: So Fujiyoshi
  • 学会等名: 5th INTERNATIONAL WORKSHOP ON DEEP SEA MICROBIOLOGY
  • 発表場所: 京都大学益川ホール（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Population genetics and phenotypic differences of cosmopolitan mesophilic Sulfurimonas at deep-sea hydrothermal vents (2016)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Mino
  • 学会等名: 5th INTERNATIONAL WORKSHOP ON DEEP SEA MICROBIOLOGY
  • 発表場所: 京都大学益川ホール（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-09-10
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 中川 聡
  • 学会等名: 日本進化学会第18回大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-08-25
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 中川 聡
  • 学会等名: 日本農芸化学会北海道支部第1回講演会
  • 発表場所: 函館ロイヤルホテル（北海道・函館市）
  • 年月日: 2016-08-06
  • 招待講演