| 研究領域 | 冥王代生命学の創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
26106004
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
鎌形 洋一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 研究員 (70356814)
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| 研究分担者 |
玉木 秀幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 研究員 (00421842)
西原 秀典 東京工業大学, 生命理工学研究科, 助教 (10450727)
柿澤 茂行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 研究員 (10588669)
黒川 顕 東京工業大学, 地球生命研究所, 教授 (20343246)
鈴木 志野 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 高知コア研究所, 研究員 (10557002)
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| 研究期間 (年度) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| キーワード | 冥王代 / 蛇紋岩熱水系 / 嫌気性微生物 / 難培養微生物 / 初期エネルギー代謝 / メタゲノム |
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| 研究実績の概要 |
本計画研究班では、冥王代類似環境やその周辺熱水環境に棲息する微生物のゲノム解読、培養化、生理生態機能の解明を通じて、最終的に原始的な生命体のゲノムや生物機能の痕跡に迫ることを目的とする。
白馬の蛇紋岩熱水系において昨年度より大規模なサンプリングを行い、集積培養と多様性解析を実施した。特に、今年度は新たにタンジェンシャルフローフィルターシステムを用い、大量の蛇紋岩熱水を液体のまま現位置で濃縮ろ過することを試みた。その結果、大量の熱水試料を濃縮でき、この濃縮水を現位置で速やかにバイアルに接種し培養を開始することが可能となった。
こうした培養の試みとともに、細菌群集から全DNAを抽出し、得られたDNA断片を大規模に解読するメタゲノム解析手法を用いることで、未培養細菌のゲノムを再構築する手法を開発した。同時にWGA法による増幅バイアスを補正し、ゲノム再構築や遺伝子量の評価を可能とする新たなバイオインフォマティクス手法を開発した。本手法により白馬八方温泉の冥王代類似環境細菌群集に適用することで、本環境における卓越種OD1-HとNitrospira-Hのドラフトゲノム配列を構築することに成功した。この情報をもとに初期の生命が保持していたゲノム情報を推定するため、現生微生物の遺伝子情報に基づいた高精度な祖先型遺伝子配列の推定を試みた。今年度は様々な環境から得られている単一細胞由来ゲノムを中心に、広範な微生物種のゲノム情報を利用することで解析を進めた。
これらの研究とともに酢酸代謝が初期生命体において重要なエネルギー代謝の一つであるという仮説の下、陸域地下熱水環境等から酢酸代謝に関与する未知嫌気性細菌の培養化を試みた。その結果、Deferribacteres門に属する新規高熱性酢酸酸化細菌ならびにFirmicutes門の新規な高熱性酢酸酸化細菌の純粋分離に成功した。
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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
1) 白馬の蛇紋岩熱水系において昨年度より大規模なサンプリングを行ったこと、とりわけ、新たにタンジェンシャルフローフィルターシステムを用い、大量の蛇紋岩熱水を液体のまま現位置で濃縮ろ過することが可能となり、従来よりも一桁高い総細胞数を得られるようになった意義は大きい。
2) 蛇紋岩熱水系に存在する微生物の培養の試みとともに、細菌群集から全DNAを抽出し、得られたDNA断片を大規模に解読するメタゲノム解析手法を用いることで、未培養細菌のゲノムを再構築する手法を開発した。WGA法による増幅バイアスを補正し、ゲノム再構築や遺伝子量の評価を可能とする新たなバイオインフォマティクス手法を開発することができた。これにより白馬八方温泉の冥王代類似環境細菌群集の卓越種OD1-HとNitrospira-Hのドラフトゲノム配列をさらに高精度に構築することが可能になった。
3) 上記のゲノム情報をもとに初期の生命が保持していたゲノム情報を推定するため、現生微生物の遺伝子情報に基づいた高精度な祖先型遺伝子配列の推定を試みる段階に入った。昨年度の時点で標的としていたC1代謝系 (Wood Ljungdahl pathway) のサブユニットの系統的位置関係を明らかにすることができた。
4) 酢酸生成代謝系が初期生命体において重要なエネルギー代謝の一つであるという仮説の下、陸域地下熱水環境等から酢酸代謝に関与する未知嫌気性細菌の培養化に成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
1) 初期生命体に存在していたと思われるC1代謝系の遺伝子情報を得られたことから、これらの遺伝子の進化的位置づけを詳細に明らかにする予定である。
2) 同時にこれらの遺伝子情報が白馬蛇紋岩熱水系から得られた微生物集団のメタゲノム情報から得られたものであることから、実際に機能する遺伝子群であるか否かを検証する必要がある。そこで、大きな遺伝子群をまとまって発現させる大規模遺伝子発現システムを構築することによって実際の酵素活性を測定する。
3) C1代謝系に関わるのは遺伝子・酵素のみならず、いくつかの低分子補酵素群である。これらの物質が冥王代におけるhabitable trinityにおいて化学反応の結果生成しうるのかが最も大きな化学進化の課題である。A01班、A02班等と共同でこうした課題に取り組む体制を強化する。
4) 半人工生命体の構築を目的とした研究を来年度からスタートさせ、原始生命に必要だったと思われる生命維持装置を明らかにしてゆく予定である。すなわち人工膜内に最小限の遺伝子・酵素群を埋め込み自己複製が可能か否かを明らかにする系の構築を開始する。
5) 蛇紋岩熱水系サイトならびに地下深部圏試料の対象範囲を広げたサンプリング、培養、ゲノム解析等も併せて行う予定である。
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