高感度同位体追跡と分離培養で拓く地下圏炭素・エネルギー動態の基軸をなす新生物機能

• 研究課題/領域番号: 16H05886
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 環境動態解析
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 堀 知行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (20509533)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 24,310千円 (直接経費: 18,700千円、間接経費: 5,610千円); 2018年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2017年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2016年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
• キーワード: 環境分析 / 深海環境 / 地球化学 / 環境 / 微生物

研究成果の概要

研究では、深度の異なる15の海底コア堆積物試料を微生物接種源に用い、結晶性酸化鉄とメタンまたは酢酸を基質とした長期間集積培養を行った。その集積過程を次世代シークエンサーにより網羅的に明らかにするとともに、エネルギー順位の高い溶解性鉄やその他電子受容体基質を用いた二段目培養を適用することで、ナノマグネタイト蓄積が観察された深度付近からFirmicutes門に属する2種の鉄還元菌の分離培養に成功した。このことは、海底下深部の炭素循環に結晶性酸化鉄還元微生物が密接に関与していることを強く示唆するものである。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で標的とする炭素化合物「メタンおよび酢酸」と地球第４位の構成元素「鉄」は地球上最大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。陸域土壌からよく検出されるDeltaproteobacteria綱に属する鉄還元・酢酸酸化菌が地下深部からは取得されなかったことから、海底下では陸上圏とは異なる結晶性酸化鉄の還元機構が存在していることが強く示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of active and taxonomically diverse 1,4-dioxane degraders in a full-scale activated sludge system by high-sensitivity stable isotope probing (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi Tomo、Morishita Fumiaki、Sugiyama Yutaka、Ichikawa Daisuke、Mayumi Daisuke、Kikuchi Yoshitomo、Ogata Atsushi、Muraoka Kenji、Habe Hiroshi、Hori Tomoyuki
  • 雑誌名: The ISME Journal 巻: 12 号: 10 ページ: 2376-2388
  • DOI: 10.1038/s41396-018-0201-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Draft genome sequence of Geobacter pelophilus Strain Dfr2, a ferric iron reducing bacterium (2017)
  • 著者名/発表者名: 青柳 智、小池 英明、森田 友岳、佐藤 由也、羽部 浩、堀 知行
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 5-24 号: 24
  • DOI: 10.1128/genomea.00537-17
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sulfur-oxidizing bacteria mediate microbial community succession and element cycling in launched marine sediment (2017)
  • 著者名/発表者名: Ihara H, Hori T, Aoyagi T, Takasaki M, Katayama Y
  • 雑誌名: Front. Microbiol. 巻: 8 ページ: 152-152
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.00152
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Predominance of Viable Spore-Forming Piezophilic Bacteria in High-Pressure Enrichment Cultures from ~1.5 to 2.4 km-Deep Coal-Bearing Sediments below the Ocean Floor (2017)
  • 著者名/発表者名: Jiasong Fang、加藤千明、Gabriella Runko、能木 裕一、堀 知行、Jiangtao Li、諸野祐樹、稲垣史生
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 8 (137) ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.00137
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 結晶性酸化鉄の微生物還元とその地球炭素循環との関わり (2018)
  • 著者名/発表者名: 堀知行
  • 学会等名: 第70回日本生物工学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Ultra-high-sensitivity rRNA-SIP reveals nitrate-driven metabolic interaction of sulfur-oxidizing bacterial communities in deposited marine sediments (2016)
  • 著者名/発表者名: 青柳 智、Navarro R. Ronald、眞弓 大介、羽部 浩、片山葉子、高崎みつる、堀 知行
  • 学会等名: 11th International Congress on Extremophiles
  • 発表場所: Kyoto University、Kyoto、Japan
  • 年月日: 2016-09-12
  • 国際学会
• [学会発表] Tracing interspecies carbon transfer of sulfur-oxidizing bacterial communities in deposited marine sediments by ultra-high-sensitivity stable isotope probing of rRNA (2016)
  • 著者名/発表者名: 青柳 智、Navarro R. Ronald、眞弓 大介、羽部 浩、片山葉子、高崎みつる、堀 知行
  • 学会等名: 16th International Symposium on Microbial Ecology
  • 発表場所: Palais des Congres、Montreal、Canada
  • 年月日: 2016-08-21
  • 国際学会
• [学会発表] Isolation of sulfur-oxidizing bacteria playing the critical role in element cycling in tsunami sediment under aerobic conditions (2016)
  • 著者名/発表者名: 猪原 英之、堀 知行、高崎みつる、片山葉子
  • 学会等名: 16th International Symposium on Microbial Ecology
  • 発表場所: Palais des Congres、Montreal、Canada
  • 年月日: 2016-08-21
  • 国際学会
• [備考] 環境微生物グループHP
  • URL: https://unit.aist.go.jp/emri/114envmicrob/index.html
• [備考] 産業技術総合研究所 環境微生物研究グループホームページ
  • URL: https://unit.aist.go.jp/emri/114envmicrob/index.html