| 研究課題/領域番号 |
23K23500
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02233 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分38020:応用微生物学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
永田 裕二 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (30237531)
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| 研究分担者 |
大坪 嘉行 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (40342761)
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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 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2022年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | 環境細菌 / 低栄養環境 / バイオレメディエーション / 細菌コミュニティ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、① 従属栄養細菌が極貧環境下でCO2の固定を伴って生育する潜在能力を有する、② 分解細菌は単独よりも非分解細菌を含むコミュニティ状態の方が汚染物質の分解代謝を効率的かつ持続的に行える、という我々が見出した現象の分子機構を解明し、細菌の劣悪環境での生残・増殖機構という新たな切り口から、「細菌は如何にして 様々な環境に適応し迅速に進化するのか？」という生物学の根源的な「問い」に対する重要な答えを提示する。さらに、その原理を「なぜ純粋分離株の実験室での評価から期待される成果が実環境では得られないのか？」という有用細菌の高度利用に直結する問いに対する回答にも繋げる 。
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| 研究実績の概要 |
有用機能を持つ細菌を実環境などで利用する際、しばしば純粋分離菌の実験室環境での評価から期待される成果が得られず問題となる。その主因は、当該環境が細菌の生残・ 増殖に適さない劣悪な環境であることによる。本研究では、典型的な環境細菌をモデルとして、応募者自身が見出した（1）有機炭素源非添加の極貧栄養条件下での増殖現象（HYGO表現型）と、（2）高度難分解性の有機塩素系殺虫剤HCHによる汚染環境での集団としての適応現象に着目し、細菌の「劣悪環境での生残・増殖」の鍵となる基本原理・機構を明らかにし、（3）その知見から有用細菌の機能を劣悪な環境でも最大限に利用するのための理論的基盤を構築する。
本年度は、各項目について以下の成果を得た。（1）RNA-Seq法、およびqTn-Seq法により、HYGO表現型に関わる候補遺伝子のリストを作成し、遺伝子破壊相補実験によりそれら候補遺伝子HYGO表現型への関与を明示した。さらに、それら結果を総合し、HYGO表現型株は、大気中のアルコールを主な炭素源として利用している可能性が示唆された。また、HYGO表現型に必須なアルコールデヒドロゲナーゼAdhXが様々な基質に対してpromiscuousな活性を有することを明らかにした。（2）HCH分解細菌コミュニティを構成する非分解細菌の中でも特にCupriavidus属の株が、長期持続的なHCH分解において重要な役割を果たしていることが明らかになった。また、同株がプレート上で分解細菌株が属するsphingomonad細菌群特有の膜成分を認識し、接近する可能性が示唆された。（3）プレート上でHCH分解細菌株を運ぶ能力を有するPaenibacillus属株をHCH分解細菌株と共接種することで、HCH分解細菌株の土壌での生残性が高まることを結論付ける結果が得られた。
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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
項目（1）では、HYGO表現型に関わる候補遺伝子リストの作成と、遺伝子破壊相補実験によりそれら候補遺伝子HYGO表現型への関与を明示することができた。さらに、HYGO表現型では大気中のアルコールを主な炭素源として利用しているという新しい可能性を提示し、AdhXが様々な基質に対してpromiscuousな活性を有するアルコールデヒドロゲナーゼであるという新規知見を得ることができた。一方、項目（2）では、HCH分解細菌コミュニティにおける非分解細菌のCupriavidus属の株の重要性を提示することができた。さらに、項目（3）では、Paenibacillus属株がHCH分解細菌株の土壌での生残性を向上させるという結論を得ることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
項目（1）では、HYGO表現型に関与することが明らかになった遺伝子群の機能解析と、AdhXの生化学的解析を継続し、HYGO表現型の機構解明を目指す。さらに、それら知見を元に、HYGO表現型の強化を目指す。項目（2）では、Cupriavidus属の株の重要性が明らかになったため、本株にRNA-Seq 法やqTn-Seq法を適用し、長期持続的なHCH分解巨大コロニー形成、および分解細菌株が属するsphingomonad細菌群に接近する現象に関与する遺伝子群を網羅的に明らかにする。項目（3）では、Paenibacillus属株の変異株を作製し、移動性がHCH分解細菌株の土壌での生残性を向上させる直接の因子であるか検討する。また、項目（1）（2）で明らかにした機構が分解細菌株の土壌での生残性の向上に応用可能か検討する。
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