| 研究領域 | ＣＯ環境の生命惑星化学 |
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| 研究課題/領域番号 |
23H04654
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
千葉 洋子 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 上級研究員 (70638981)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 微生物 / 一酸化炭素 / エネルギー代謝 / 独立栄養性細菌 / 好熱菌 / 炭酸固定経路 / 生命の起源 / 水素細菌 / 微生物学 / 代謝進化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
一酸化炭素（CO）は二酸化炭素（CO2）とならび、生命誕生時の有機物合成に貢献したのではないかと考えられています。現存する微生物の中にはCO利用するものが存在し、これら微生物の代謝には初期生命の代謝の痕跡が残されている可能性がありますが、具体的な代謝経路は未特定です。本研究では、これまで技術的困難さからブラックボックスであった現存微生物のCO同化経路を、独自かつ最新の技術を用いて解明します。
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| 研究実績の概要 |
一酸化炭素（CO）は二酸化炭素（CO2）とならび原始地球に存在したと推測され、CO2よりも低エネルギーコストで有機物に還元できることから、生命誕生時の有機物合成に貢献した可能性が議論されている。実際、現存微生物の中にはCOを炭素源として利用する微生物も現存し、初期生命の代謝の痕跡ではないかと期待されている。しかし、COがどの反応経路を経て資化されるのかを実証した例これまでなかった。さらに、どのような微生物にCO耐性があり、その耐性メカニズムは何か、という点についても情報がほとんどなかった。そこで本研究では、これまで技術的困難さからブラックボックスであった現存微生物のCO同化経路を、独自かつ最新の代謝解析技術を用いて実験的に解明すること、およびCO耐性についても検証することを目的とした。
これまでCO耐性・資化性が報告されている微生物は還元的アセチルCoA経路を有する微生物に限られた。これに対しCOをCO2に酸化する酵素CO dehydrogenaseを有し、かつ（還元的アセチルCoA経路以外の）CO2固定経路を有していれば、CO耐性・資化性を有するのではないか、という仮説の元、CO dehydrogenaseと還元的TCA回路を有する好熱性水素細菌を用いて検証した。その結果、本菌がCOをCO2に酸化し固定しないにもかかわらず、顕著なCO耐性を示すことが示された。さらに、本菌のCO耐性は呼吸システム（最終電子受容体として酸素を用いるか硝酸塩を用いるか）で異なることが明らかとなった。
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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
COをCO2に酸化する酵素CO dehydrogenaseを有し、かつ（還元的アセチルCoA経路以外の）CO2固定経路を有していれば、CO耐性・資化性を有するのではないか、という仮説を好熱性水素細菌を用いて検証したところ、CO資化性は認められなかったが、CO耐性を有することを発見した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究により、本研究に用いた好熱性水素細菌のCO耐性は呼吸システム（最終電子受容体として酸素を用いるか硝酸塩を用いるか）で異なることが明らかとなった。さらに、CO分解は認められずCO dehydrogenaseの意義は不明であった。そこで本年度は以下の点を検証する。
１）CO耐性メカニズムの検証：本菌をCO添加条件・非添加条件で培養した際のトランスクリプトームおよびプロテオーム解析を行い、COに応答する代謝システムを特定する。なお、呼吸システムによる変化も検証する。
２）CO dehydrogenaseとCO耐性の関係の解明：本菌はCO dehydrogenaseと推定される遺伝子を有し、常に高発現していることが知られている。しかし、COをCO2に酸化する現象は認められなかった。そこで本遺伝子の機能を特定することを目指し、CO dehydrogenase遺伝子破壊株を取得して、CO耐性の有無など野生株と生理特性を比較する。
３）さらなるCO資化能の検証：これまで還元力である水素が十分に存在する環境で試験を行っており、COがCO2に酸化されないことを確認してきた。今後は、水素が増殖の律速になるような低水素条件でのCOのふるまいを検証する。
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