陸域地下圏の未知アーキア系統群：環境ゲノム情報と培養技術で切り拓くその新生物機能

• 研究課題/領域番号: 26710012
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: ゲノム生物学
• 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: 玉木 秀幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (00421842)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円); 2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2016年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2015年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2014年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 未知微生物 / アーキア / 陸域地下圏 / 多様性 / 生物機能 / メタゲノム / 環境ゲノム / 培養 / 未知アーキア / 環境ゲノム情報 / 培養技術 / 生物資源 / 生態機能 / 地下圏 / 難培養 / 分離培養 / 環境ゲノム解析技術 / 地下圏環境

研究成果の概要

本研究は、陸域地下圏環境に棲息する未知・未培養アーキア系統群とその周辺微生物群の実体を明らかにし、メタンフラックス等の重要な生物地球化学プロセスにおいて未知アーキア群が果たす役割を解明することを目的とした。具体的には、深部油ガス田環境、地下湧水環境、氷河堆積物環境等の陸域地下圏環境を研究対象フィールドとし、地下圏試料を採取するとともに、従来の微生物学的手法、地球化学的手法に加えて、環境ゲノム解析技術と高度な培養技術を最大限活用し、陸域地下圏環境に生息する未知アーキア・未知バクテリアの多様性と未知の生理生態機能を解明した。

研究成果

• [国際共同研究] イリノイ大学/イリノイ州立地質研究所/イリノイ州立水質研究所(米国)
• [国際共同研究] 米国エネルギー省共同ゲノム研究所(米国)
• [国際共同研究] エネルギー省 共同ゲノム研究所/イリノイ大学/アリゾナ州立大学(米国)
• [国際共同研究] イリノイ大学アーバナシャンペーン校/エネルギー省共同ゲノム研究所（DOE-JGI）/アリゾナ州立大学(米国)
• [雑誌論文] Petrothermobacter organivorans gen. nov., sp. nov., a novel thermophilic, strictly anaerobic bacterium of the phylum Deferribacteres isolated from a deep subsurface oil reservoir (2017)
  • 著者名/発表者名: 73.Tamazawa S, Mayumi D, Mochimaru H, Sakata S, Maeda H, Wakayama T, Ikarashi M, Kamagata Y, Tamaki H
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 巻: 67 号: 10 ページ: 3982-3986
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.002234
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 古典的手法の再考がもたらす難培養・未知微生物の培養化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸、川崎公誠、鎌形洋一
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 75 ページ: 310-314
  • NAID: 40021273127
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超微小微生物の実態と多様性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中井亮佑、玉木秀幸
  • 雑誌名: 日本微生物生態学会誌 巻: 32 ページ: 43-50
  • NAID: 130006186005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Methane production from coal by a single methanogen (2016)
  • 著者名/発表者名: Mayumi D, Mochimaru H, Tamaki H, Yamamoto K, Yoshioka H, Suzuki Y, Kamagata Y, Sakata S
  • 雑誌名: Science 巻: 354 号: 6309 ページ: 222-225
  • DOI: 10.1126/science.aaf8821
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Genomic composition and dynamics among Methanomicrobiales predict adaptation to contrasting environments (2016)
  • 著者名/発表者名: Browne P, Tamaki H, Kyrpides N, Woyke T, Goodwin L, Imachi H, Brauer, S Yavitt J B, Liu W-T, Zinder S and Cadillo-Quiroz H
  • 雑誌名: The ISME Journal 巻: 11 号: 1 ページ: 87-99
  • DOI: 10.1038/ismej.2016.104
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Methanomicrobium antiquum sp. nov., a hydrogenotrophic methanogen isolated from deep sedimentary aquifers in a natural gas field (2016)
  • 著者名/発表者名: Mochimaru H, Tamaki H, Katayama T, Imachi H, Sakata S and Kamagata Y
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evoltionary Microbiology 巻: 66 号: 11 ページ: 4873-4877
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.001444
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lentimicrobium saccharophilum gen. nov., sp. nov., a strictly anaerobic bacterium representing a new family in the phylum Bacteroidetes, and proposal of Lentimicrobiaceae fam. nov. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sun L, Toyonaga M, Ohashi A, Tourlousse DM, Matsuura N, Tourlousse DM, Meng XY, Tamaki H, Hanada S, Cruz R, Yamaguchi T, Sekiguchi Y
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 巻: 66 号: 7 ページ: 2635-2642
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.001103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation and characterization of Flexilinea flocculare gen. nov., sp. nov., a filamentous anaerobe belonging to the class Anaerolineae in the bacterial phylum Chloroflexi. (2016)
  • 著者名/発表者名: Liwei Sun, Mayu Toyonaga, Akiko Ohashi, Norihisa Matsuura, Dieter M. Tourlousse, Hideyuki Tamaki, Satoshi Hanada, Rodrigo Cruz, Takashi Yamaguchi, Yuji Sekiguchi
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: 66 号: 2 ページ: 988-996
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.000822
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparative Genomics of Syntrophic Branched-Chain Fatty Acid Degrading Bacteria (2016)
  • 著者名/発表者名: Narihiro T, Nobu MK, Tamaki H, Kamagata Y, Sekiguchi Y, Liu WT
  • 雑誌名: Ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ 巻: 31 号: 3 ページ: 288-292
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME16057
  • NAID: 130005265098
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] <i>In Situ</i> Gene Expression Responsible for Sulfide Oxidation and CO₂ Fixation of an Uncultured Large Sausage-Shaped <i>Aquificae</i> Bacterium in a Sulfidic Hot Spring (2016)
  • 著者名/発表者名: Tamazawa S, Yamamoto K, Takasaki K, Mitani Y, Hanada S, Kamagata Y, Tamaki H
  • 雑誌名: Ｍｉｃｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ 巻: 31 号: 2 ページ: 194-198
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME16013
  • NAID: 130005158507
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Draft Genome Sequence of Syntrophomonas wolfei subsp. methylbutyratica Strain 4J5T (JCM 14075), a Mesophilic Butyrate- and 2-Methylbutyrate-Degrading Syntroph. (2016)
  • 著者名/発表者名: Narihiro T, Nobu MK, Tamaki H, Kamagata Y, Liu WT.
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 4 号: 2
  • DOI: 10.1128/genomea.00047-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Draft Genome Sequences of Methanoculleus horonobensis Strain JCM 15517, Methanoculleus thermophilus Strain DSM 2373, and Methanofollis ethanolicus Strain JCM 15103, Hydrogenotrophic Methanogens Belonging to the Family Methanomicrobiaceae. (2016)
  • 著者名/発表者名: Narihiro T, Kusada H, Yoneda Y, Tamaki H.
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 4 号: 2
  • DOI: 10.1128/genomea.00199-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 未知微生物を分離培養するテクニック (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中靖浩、玉木秀幸
  • 雑誌名: The Chemical Times 巻: 239 ページ: 26-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] entimicrobium saccharophilum gen. nov., sp. nov., a strictly anaerobic bacterium representing a new family in the phylum Bacteroidetes, and proposal of Lentimicrobiaceae fam. nov. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sun L, Toyonaga M, Ohashi A, Tourlousse DM, Matsuura N, Tourlousse DM, Meng XY, Tamaki H, Hanada S, Cruz R, Yamaguchi T, Sekiguchi Y
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 巻: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tepidicaulis marinus gen. nov., sp. nov., a novel marine bacterium reducing nitrate to nitrous oxide strictly under microaerobic conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi M, Yamagishi T, Kamagata Y, Oshima K, Hattori M, Katayama T, Hanada S, Tamaki H, Marumo K, Maeda H, Nedachi M, Iwasaki W, Suwa Y, Sakata S
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 巻: 65 ページ: 1749-1754
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dominant and novel clades of Candidatus Accumulibacter phosphatis in 18 globally distributed full-scale wastewater treatment plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Mao D, Graham DW, Tamaki H, Zhang T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 11857-11857
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The genome of Syntrophorhabdus aromaticivorans strain UI provides new insights for syntrophic aromatic compound metabolism and electron flow (2015)
  • 著者名/発表者名: 54.Nobu M, Narihiro T, Tamaki H, Qiu YL, Sekiguchi Y, Woyke T, Goodwin L, Davenport KW, Kamagata Y, Liu WT
  • 雑誌名: Environmental Microbiology 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] 培養アプローチで切り拓く未知微生物の新機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 雑誌名: 環境バイオテクノロジー学会誌 巻: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Complete genome sequence of Methanoregula formicica SMSPT, a mesophilic hydrogenotrophic methanogen isolated from a methanogenic upflow anaerobic sludge blanket reactor (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K, Tamaki H(CA), Cadillo-Quiroz H, Imachi H, Kyrpides N, Woyke T, Goodwin L, Zinder SH, Kamagata Y and Liu WT
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 2
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Complete genome sequence of Methanolinea tarda NOBI-1T, a hydrogenotrophic methanogen isolated from methanogenic digester sludge (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K, Tamaki H(CA), Cadillo-Quiroz H, Imachi H, Kyrpides N, Woyke T, Goodwin L, Zinder SH, Kamagata Y and Liu WT
  • 雑誌名: Genome Announcements 巻: 2
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Halomonas sulfidaeris-dominated Communities Inhabit 1.8km-deep Saline Sandstone Reservoirs (2014)
  • 著者名/発表者名: 44.Dong Y, Kumar CG, Chia N, Kim PJ, Miller PA, Price ND, Cann I, Flynn T, Sanford R, Krapac IG, Locke RA, Hong P, Tamaki H, Liu WT, Hernandez AG, Wright CL, Mikel MA, Walker JL, Sivaguru M, Fried G, Yannarell AC, Mackie R, Fouke BW
  • 雑誌名: Environmental Microbiology 巻: 16 ページ: 1695-1708
  • 査読あり
• [雑誌論文] Methylocaldum marinum sp. nov., a novel thermotolerant methane oxidizing bacterium isolated from marine sediments (2014)
  • 著者名/発表者名: 52.Takeuchi M, Kamagata Y, Oshima K, Hanada S, Tamaki H, Marumo K, Maeda H, Nedachi M, Hattori M, Iwasaki W, Sakata S
  • 雑誌名: Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 巻: 64 ページ: 3240-3246
  • 査読あり
• [学会発表] 未知の微生物を”培養”して新たな生命機能を探る (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 学会等名: 第91回日本細菌学会総会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 培養技術と環境ゲノム情報で紐解く未知アーキアの新機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 未知微生物を”培養”して深遠な生物機能を探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 学会等名: 第16回 微生物研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 未知の微生物を”培養”して生命の新機能を探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 学会等名: 環境微生物系合同大会2017 シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Geochemistry-driven community assembly processes of the rare biosphere in a pristine subsurface aquifer ecosystem (2017)
  • 著者名/発表者名: Kyosuke Yamamoto, Keith C. Hackley, Walton R. Kelly, Samuel V. Panno, Yuji Sekiguchi, Robert A. Sanford, Wen-Tso Liu, Yoichi Kamagata, Hideyuki Tamaki
  • 学会等名: International Society for Subsurface Microbiology 2017 conference
  • 国際学会
• [学会発表] Realization of Subsurface methanogenic oil degradation system - Important role of porous environment and nutrients (2017)
  • 著者名/発表者名: Haruo Maeda, Masayuki Igarashi, Tatsuki Wakayama, Hideharu Yonebayashi, Daisuke Mayumi, Satoshi Tamazawa, Hideyuki Tamaki, Susumu Sakata, Yoichi Kamagata, Takeshi Iida, Noriko Osaka
  • 学会等名: 6th International Symposium on Applied Microbiology and Molecular Biology in Oil Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Novel mode of methanogenesis by a methanogen isolated from a deep subsurface oil reservoir (2017)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Mayumi, Hideyuki Tamaki, Hanako Mochimaru, Kyosuke Yamamoto, Hideyoshi Yoshioka, Yuichiro Suzuki, Yoichi Kamagata, Susumu Sakata
  • 学会等名: 6th International Symposium on Applied Microbiology and Molecular Biology in Oil Systems
  • 国際学会
• [学会発表] METHANOGENIC ACTIVITY AND MICROBIAL DIVERSITY IN A HIGH-TEMPERATURE BIODEGRADED OIL RESERVOIR (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Mochimaru, S. Sakata, H. Yoshioka, D. Mayumi, H. Tamaki, Y. Kamagata
  • 学会等名: 28th International Meeting on Organic Geochemistry (IMOG)
  • 国際学会
• [学会発表] 「微生物界の暗黒物質」培養技術と環境ゲノム情報で解き明かすその存在と未知機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 学会等名: 環境微生物学系合同セミナー
• [学会発表] 地下帯水層生態系における rare biosphereの群集形成に寄与する地球化学的要因 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本 京祐、Keith C. Hackley、Walton R. Kelly、Samuel V. Panno、関口 勇地、Robert A. Sanford、Wen-Tso Liu、鎌形 洋一、玉木 秀幸
  • 学会等名: 日本微生物生態学会 第31回大会
• [学会発表] 水溶性天然ガス田においてメタノール分解のみを担う新規メタン生成アーキアの分離同定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 持丸 華子、玉木 秀幸、吉岡 秀佳、坂田 将、鎌形 洋一
  • 学会等名: 日本微生物生態学会 第31回大会
• [学会発表] 「微生物界の暗黒物質」: 環境オミクス情報と培養技術で解き明かすその存在と未知機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会2015年大会
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス（京都府宇治市）
  • 年月日: 2015-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] 深部地下高温油層環境に生息する新規Deferribacteres門酢酸酸化細菌の分離と生理生態機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉澤 聡、眞弓 大介、持丸 華子、坂田 将、前田治男、若山樹、五十嵐雅之、鎌形 洋一、玉木 秀幸
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第30回大会
  • 発表場所: 土浦亀城プラザ（茨城県土浦市）
  • 年月日: 2015-10-18
• [学会発表] 水溶性天然ガス田においてメタノール分解メタン生成 を担うメタン生成アーキアの分離同定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 持丸 華子、玉木 秀幸、吉岡 秀佳、坂田 将、鎌形 洋一
  • 学会等名: 地球化学会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] Methanogenic archaeal diversity and characterization of a novel methanol utilizing methanogen in a natural gas field (2015)
  • 著者名/発表者名: 持丸 華子、玉木 秀幸、吉岡 秀佳、坂田 将、鎌形 洋一
  • 学会等名: Goldschmidt2015
  • 発表場所: プラハ（チェコ、プラハ）
  • 年月日: 2015-08-18
  • 国際学会
• [学会発表] Insight into in situ methanogenic crude oil degradation in an oil reservoir assessed by geochemical and microbiological analyses (2015)
  • 著者名/発表者名: 眞弓 大介、玉澤 聡、玉木 秀幸、前田治男、若山 樹、五十嵐雅之、西川 向一、押部 洋、白井良和、坂田 将、鎌形 洋一
  • 学会等名: 5th International Symposium On Applied Microbiology And Molecular Biology In Oil Systems (ISMOS5)
  • 発表場所: ノルウェー（スタバンゲル、ノルウェー）
  • 年月日: 2015-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] 深部地下高温油田に生息する未培養Deferribacteres門鉄還元細菌の分離と機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉澤 聡、眞弓 大介、持丸 華子、坂田 将、前田治男、若山樹、五十嵐雅之、鎌形 洋一、玉木 秀幸
  • 学会等名: 環境バイオテクノロジー学会2015年度大会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-06-29
• [学会発表] 深部地下油層環境から分離した新規Deferribacteres門鉄還元細菌の機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉澤 聡、眞弓 大介、持丸 華子、坂田 将、前田治男、若山樹、五十嵐雅之、鎌形 洋一、玉木 秀幸
  • 学会等名: 2014年度日本農芸化学会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-27
• [学会発表] The Syntrophorhabdus aromaticivorans strain UI genome reveals insight into syntrophic aromatic compound metabolism and energy-conserving electron flow pathways (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaru K. Nobu、成廣 隆、玉木 秀幸、Yan-Ling Qiu、関口 勇地、Tanja Woyke、Lynne Goodwin、Karen W. Davenport\、鎌形 洋一、Wen-Tso Liu
  • 学会等名: 15th International Symposium on Microbial Ecology
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-08-28
• [学会発表] 冥王代類似環境微生物 –そのゲノム・代謝情報から初期生命の痕跡を探る- (2014)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 学会等名: 日本進化学会
  • 発表場所: 高槻現代劇場（大阪府高槻市）
  • 年月日: 2014-08-22
  • 招待講演
• [学会発表] Impact of carbon capture and storage on the methanogenic activity and pathway in a petroleum reservoir (2014)
  • 著者名/発表者名: 眞弓 大介、Jan Dolfing、坂田 将、前田 治男、宮川 喜洋、五十嵐 雅之、玉木 秀幸、竹内 美緒、Cindy H. Nakatsu、鎌形 洋一
  • 学会等名: Goldschmidt 2014
  • 発表場所: 米国カリフォルニア州サクラメント
  • 年月日: 2014-06-13
• [図書] 環境と微生物の事典 (2014)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 総ページ数: 432
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考] 石炭を天然ガスに変えるメタン生成菌を発見－コールベッドメタンの成因解明に貢献－
  • URL: http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2016/pr20161014/pr20161014.html