| 研究課題/領域番号 |
22K12351
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分63010:環境動態解析関連
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| 研究機関 | 埼玉県環境科学国際センター |
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研究代表者 |
渡邊 圭司 埼玉県環境科学国際センター, 水環境担当, 専門研究員 (50575230)
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| 研究分担者 |
須田 亙 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, チームリーダー (20590847)
竹峰 秀祐 埼玉県環境科学国際センター, 化学物質・環境放射能担当, 専門研究員 (40512380)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 窒素循環 / 有機態窒素 / 河川 / アンモニア / 浮遊細菌 / ゲノム / アンモニア化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
河川に生息する浮遊細菌が、有機態窒素をアンモニア性窒素に変換していることを発見した。これは、淡水圏に生息する浮遊細菌が無機栄養塩の供給源として重要な役割を担っているとともに、これまで全く知られていなかった浮遊細菌を介した未知の窒素循環プロセスが存在することを示唆していた。そこで本研究は、①アンモニア化の能力を持つ浮遊細菌の特定とその機構の解明、②アンモニア化の能力を持つ浮遊細菌の現存量の算定、③浮遊細菌を介した窒素の動態及び物質収支の全容解明について研究を進め、それらが地球環境に与える影響を推計する。
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| 研究実績の概要 |
ポリヌクレオバクター属のサブクラスターPnecDに属するKF003株を除き（環状ゲノムが得られていない）、リムノハビタンス属のbetI-Aに属するTEGF002株、TEGF003株およびINBF004株の3菌株およびセディミニバクテリウム属のKACHI17株について、完全な環状ゲノム配列を得ることができた。昨年度ゲノム解析が終了した26菌株およびこれまでゲノム解析を行った株をあわせ、49菌株の浮遊細菌のゲノム情報を取得できた。ゲノム解析の結果、フラボバクテリウム属およびセディミニバクテリウム属に属する浮遊細菌は、他と比較して多くのアンモニア化関連遺伝子に類似の配列を有しており、実際に培地液中でアンモニア化を行っていることが確認された。一方、KAS3株（Luna1-A2）、KF022株（PnecC）、KF001株（PnecD）およびMORI2株（Lhab-A3）では、培養液中のアンモニア化が確認できなかった。淡水圏に優占するフラボバクテリウム属の浮遊細菌（Flavo-A3に近縁）に特異的なオリゴヌクレオチドプローブを設計・開発し（FLANプローブと命名）、埼玉県内5河川におけるFLANプローブポジティブの細菌の現存量を調べたところ、平均で細胞数は100,000 cells/mL、全細菌（DAPI染色ポジティブ）に対する相対割合は2%ほどで、春に多く出現する傾向があることが明らかとなった。また、荒川の上流域から東京湾までの9地点で同様にFLANプローブポジティブな浮遊細菌の現存量を調べたところ、平均で細胞数は5,700 cells/mL、全細菌相対割合は0.2%であり、上流域および東京湾ではFLANポジティブ細菌は確認されなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り、ゲノム解析結果を比較することで、様々な系統群ごとの浮遊細菌のアンモニア化に関する遺伝子の特徴を明らかにすることができた。また、培養実験によりセディミニバクテリウム属に属する浮遊細菌が、アンモニア化の能力を有することを発見した。また、当初の計画通り、アンモニア化の能力を有するフラボバクテリウム属の細菌に特異的なオリゴヌクレオチドプローブ（FLANプローブ）を開発し、埼玉県内河川におけるFLANプローブポジティブな浮遊細菌の現存量を明らかにした。
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| 今後の研究の推進方策 |
2菌株を保有しているバクテロイドータ門のセディミニバクテリウム属の浮遊細菌については、ゲノム解析の結果、アンモニア化に関わる遺伝子（アンモニア脱水素酵素）がゲノム解析を行った他の菌株と比較し、最も多く保有していることが明らかとなった。培養時の、R2A培地中の有機態窒素化合物とアンモニウムの経時変化をモニタリングしたところ、培養終了時には有機態窒素化合物のおよそ25～83%がアンモニウムに変換されていることが明らかとなった。これら2菌株については、ゲノム解析の結果新規性が認められたため、それぞれ新種提案のための論文投稿準備を進めている。また、昨年度開発したHILICモードを利用したLC-QTofMSによる有機態窒素化合物の一斉分析法により、培養液中で実際に浮遊細菌に利用されている有機態窒素化合物は何か、および自然環境中に存在する有機態窒素化合物の存在形態についても明らかにする。
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