微生物間相互作用で導く未知微生物の培養化と増殖制御メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 19H02873
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分38020:応用微生物学関連
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 青井 議輝 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 准教授 (40386636)
• 研究分担者: 金田一 智規 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (10379901) ; 中尾 洋一 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60282696)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2020年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2019年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 微生物間相互作用 / 分離・培養 / 難培養性微生物 / 未培養微生物 / ナノ・マイクロ成型技術 / 微小ゲル粒子 / 分離培養 / 休眠・覚醒 / 増殖開始因子

研究開始時の研究の概要

環境中のほとんどの微生物は培養困難であることが知られており、環境微生物の理解や利用の重大な妨げとなっている。なぜ培養困難なのか？もし普遍的な理由が存在し、そのメカニズムを解明できれば、現状では有効技術のない難培養性の未知微生物を培養化するための画期的な新戦略を導き出せる。しかし「培養できない理由」は全く解明されていない。そこで本研究では、１）微生物間相互作用を促進する革新的な培養手法を確立し、２）新規手法を用いて難培養性微生物を網羅的に獲得、３）それらを用いて多くの難培養性微生物の増殖を制御する微生物間相互作用（未知増殖制御メカニズム）を発見し解明することを目的とする。

研究成果の概要

環境中には膨大な未培養微生物が存在していることが知られているが、いまだ従来法に替わる画期的な分離培養手法は開発されていない、また難培養性について普遍的な理由も解明されていない。そこで本研究では、革新的な分離培養法を確立して環境中から難培養微生物を培養化すること、ほとんどの微生物が培養できない理由（未知増殖制御機構）を発見・解明することを目的とした。そこで、まず微小テクノロジーを活用した、微生物間相互作用を高度に再現する新規分離培養手法を確立して、未培養種を網羅的に分離培養した。次に微生物間相互作用が未培養微生物を含む多くの環境微生物未培養微生物の増殖に必要であることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

環境中の微生物の99％以上は未だ培養できない。このため、環境微生物の正しい理解に基づく「制御」や「バイオリソースとしての開拓」は、幅広い分野における重要課題であるにも関わらず, そのほとんどが未解明・未利用のまま残されている。一方で、従来法に替わる分離培養手法はほとんど登場していない、また培養できない理由やメカニズムについてもほとんど解明されていない。したがって本研究で明らかになった、新しいコンセプトに基づく新規分離培養手法の有効性や微生物間相互作用の重要性は、「環境微生物から得られる情報の質，量」，さらに「バイオリソースとしての可能性」を向上させるブレークスルーになると考えられる。