細菌細胞壁を分解・資化する嫌気性微生物の同定と分離培養

• 研究課題/領域番号: 23K23752
• 補助金の研究課題番号: 22H02487 (2022-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2022-2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分41050:環境農学関連
• 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: 加藤 創一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (30597787)
• 研究分担者: 花島 大 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, グループ長 (20414708)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024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); 2024年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
• キーワード: 微生物 / 菌体分解 / 細胞壁 / 菌叢解析 / トレーサー実験 / 嫌気 / 細胞壁分解 / 同定 / 単離 / 嫌気環境 / 分解 / メタン生成

研究開始時の研究の概要

本研究では、多様な嫌気環境サンプルを微生物源とし、大腸菌等のモデル細菌から調整・抽出した細胞壁、およびその主要構成物であるペプチドグリカンを基質とした集積培養をおこない、菌叢解析・メタゲノム解析・13Cトレーサー実験を通して細菌細胞壁を分解・資化する嫌気微生物の同定を試みる。加えて、集積培養物からの細胞壁分解菌の単離、およびその酵素学的解析により、細菌細胞壁分解の分子機構の解明を目指す。

研究実績の概要

細菌菌体、細菌細胞壁を分解する嫌気性微生物の獲得を目的とし、集積培養をおこなった。微生物源としては、湖沼底泥、水田土壌、堆肥、嫌気廃水処理汚泥などの多様な嫌気環境サンプルを使用した。分解基質としては、グラム陰性の大腸菌およびグラム陽性の放線菌・枯草菌などについて、その生菌体、死菌体、細胞壁抽出画分のいずれかを使用した。用いた微生物源、基質によってメタン生成の速度や量は異なったものの、多くの培養系でメタンの生成がみられ、また継代培養によってそのメタン生成活性は向上していき、細菌菌体や細胞壁分解微生物群集が集積されていることが確認された。
菌体・細胞壁分解微生物の特定を目的とし、集積培養物からDNAを抽出し、16S rRNA遺伝子を対象としたアンプリコンシーケンシングによる菌叢解析を実施した。その結果、使用する微生物源（およびそれに応じた温度などの培養条件）や基質によって異なる微生物種の集積が確認された。特に抽出細胞壁画分を基質とした集積培養系からは、Verrucomicrobia門やArmatimonadetes門に属する、既知微生物種との相同性が極めて低い微生物の優占が確認され、このような未培養微生物が細菌細胞壁の嫌気分解に寄与していることが示唆された。
また今年度～来年度に予定していた、細菌菌体・細胞壁の分解微生物の特定に向けた13Cラベル化菌体を使用した実験については、ラベル化菌体の調整や添加時期、添加量についての事前検討を実施し、次年度以降の本実験に向けた準備を整えることができた。

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

初年度に実施を予定していた細菌菌体・細胞壁の集積培養およびその微生物群集構造解析を実施し、十分な成果を得ることができた。また今年度～来年度にかけて実施を予定していた13Cラベル細菌菌体を使用した実験についても、その条件検討を行い実施の準備を整えることができた。

今後の研究の推進方策

計画時の予定通り、2023年度には13Cラベル菌体を使用した実験や、集積培養物のメタゲノム解析などを実施し、細菌菌体・細胞壁の分解微生物の同定を試みる。また並行して、集積培養物を微生物源とし、細菌菌体・細胞壁の分解微生物の分離培養も試みる。