冥王代類似環境微生物

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: 冥王代生命学の創成
• 研究課題/領域番号: 26106004
• 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: 鎌形 洋一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究部門付 (70356814)
• 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, 生命工学領域, 研究グループ付 (00421842) ; 西原 秀典 東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (10450727) ; 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, 特任主任研究員 (10557002) ; 柿澤 茂行 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 (10588669) ; 黒川 顕 国立遺伝学研究所, 情報研究系, 教授 (20343246) ; 大島 拓 富山県立大学, 工学部, 准教授 (50346318)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 蛇紋岩熱水系 / 未知未培養微生物 / OD1 / メタゲノム / エネルギー代謝 / Wood-Ljungdahl 経路 / 人工生命系 / ATPase

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培養化、ゲノム解読、生理生態機能の解明、さらには人工膜ベシクルを用いた人工細胞の構築を進めてきた。白馬ならびに米国 The Cedarsの蛇紋岩熱水系は極度にアルカリであり、酸化還元電位も低く、しかも溶存二酸化炭素、有機物の存在などがほとんど認められない。こうした試料から大規模濃縮装置を作成し、上述の蛇紋岩熱水系微生物の大規模メタゲノム解析から多様な知見を得た。未知門として知られているOD1やWS2、既知門であるが培養が困難なNitrospiraなど極めて特異な微生物からなる集団を構成していることを明らかにした。特にエネルギー代謝に関しては、原始エネルギー代謝の中枢を担っていたと考えられているWood-Ljungdahl 経路ならびにその様々な変型代謝系が見出された。この経路の鍵酵素であるACS/CODH（アセチルCoA合成酵素/一酸化炭素脱水素酵素）のサブユニットがarchaeaタイプならびにbacteriaタイプが組み合わされた独特のキメラ酵素であることが判明した。またOD1を初めとする主要未知微生物のゲノム全体では解糖系の前半部分を欠くこと、多くのアミノ酸合成遺伝子が欠失しているなど、各細菌種がそれぞれ単独では生存が困難と思えるゲノム構造を有していることを明らかにした。こうした知見は地下空間における異種微生物間の相互依存を想起させるものである。人工細胞実験においては光駆動型ATPaseの合成が可能な人工膜系を初めて構築することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Reconsidering plasmid maintenance factors for computational plasmid design (2019)
  • 著者名/発表者名: Yano Hirokazu、Shintani Masaki、Tomita Masaru、Suzuki Haruo、Oshima Taku
  • 雑誌名: Computational and Structural Biotechnology Journal 巻: 17 ページ: 70～81
  • DOI: 10.1016/j.csbj.2018.12.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small RNA Esr41 inversely regulates expression of LEE and flagellar genes in enterohaemorrhagic Escherichia coli (2018)
  • 著者名/発表者名: Sudo Naoki、Soma Akiko、Iyoda Sunao、Oshima Taku、Ohto Yui、Saito Kenta、Sekine Yasuhiko
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 164 ページ: 821～834
  • DOI: 10.1099/mic.0.000652
  • 査読あり
• [雑誌論文] Essential cellular modules for the proliferation of the primitive cell (2018)
  • 著者名/発表者名: Higashi Koichi、Kawai Yoshikazu、Baba Tomoya、Kurokawa Ken、Oshima Taku
  • 雑誌名: Geoscience Frontiers 巻: 9 ページ: 1155～1161
  • DOI: 10.1016/j.gsf.2016.11.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GeF-seq: A Simple Procedure for Base Pair Resolution ChIP-seq (2018)
  • 著者名/発表者名: Chumsakul Onuma、Nakamura Kensuke、Ishikawa Shu、Oshima Taku
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: 1837 ページ: 33～47
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8675-0_3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enlargement of Deinococcus grandis spheroplasts requires Mg2+ or Ca2+ (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishino Koki、Morita Yusuke、Takahashi Sawako、Okumura Mai、Shiratani Shusaku、Umemura Kosuke、Narumi Issay、Kondo Chie、Ochiai Ryosuke、Oshima Taku、Nishida Hiromi
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 164 ページ: 1361～1371
  • DOI: 10.1099/mic.0.000716
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genomic and in-situ Transcriptomic Characterization of the Candidate Phylum NPL-UPL2 From Highly Alkaline Highly Reducing Serpentinized Groundwater (2018)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Shino、Nealson Kenneth H.、Ishii Shun’ichi
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 9 ページ: 646-649
  • DOI: 10.3389/fmicb.2018.03141
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tuning Gene Activity by Inducible and Targeted Regulation of Gene Expression in Minimal Bacterial Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Mariscal Ana M.、Kakizawa Shigeyuki et al
  • 雑誌名: ACS Synthetic Biology 巻: 7 ページ: 1538～1552
  • DOI: 10.1021/acssynbio.8b00028
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] L型大腸菌の増殖機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大島拓
  • 学会等名: 第92回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 冥王代類似環境微生物：環境ゲノム情報と培養技術で紐解くその存在と未知機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 学会等名: 日本進化学会第20回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 未知の微生物を”培養”して深淵な生物機能を探る (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉木秀幸
  • 学会等名: 日本微生物生態学会第32回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 岩に生かされる生命たち：地球深部強アルカリ環境をすみかとする微生物の生き様に迫る (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木志野
  • 学会等名: 第61回海中海底工学フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] Unusual metabolic strategies identified in a hyperalkaliphilic microbial community associated with the serpentinization (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木志野
  • 学会等名: JpGU2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Microbial adaptive evolution to the oxic/anoxic interfaces in serpentinizing systems (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木志野
  • 学会等名: JpGU2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミニマムゲノム細菌の遺伝子機能解明に向けたCRIPSRi による遺伝子ノックダウン系の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柿澤茂行、田中 一己、Yo Suzuki
  • 学会等名: 日本進化学会第20回大会
  • 招待講演