| 研究課題/領域番号 |
16H06381
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
左子 芳彦 京都大学, 農学研究科, 教授 (60153970)
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| 研究分担者 |
吉田 天士 京都大学, 農学研究科, 准教授 (80305490)
緒方 博之 京都大学, 化学研究所, 教授 (70291432)
安田 尚登 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (90175646)
前田 広人 鹿児島大学, 農水産獣医学域水産学系, 教授 (80238873)
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| 研究期間 (年度) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| キーワード | 一酸化炭素資化性菌 / CO代謝 / ゲノム解析 / 海洋コア / メタンハイドレード |
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| 研究実績の概要 |
一酸化炭素資化菌は、環境中の有毒な一酸化炭素(CO)をCOデヒドロゲナーゼ(CODH)により除去し水素を生成することから、環境中の代謝活性を促進する「潤滑油」として機能すると考えられる。申請者らは、これまでにCOを資化し水素を生成する多様な好熱性微生物を海洋・陸水から分離してきた。本研究では、強力なCO利用能を有する古代型CO資化菌を総合的に理解し、二酸化炭素削減と次世代炭素循環の創生を目指す。主な研究成果は以下の４点である。
1) 水素生成型好熱性CO資化菌Carboxydothermus pertinax Ug1株の詳細なクロスオミックス解析を進めた。比較ゲノム解析により、水素生成に加えてチオ硫酸還元と共役可能な新規なCO代謝を見出した。また網羅的転写解析により、その転写制御系を好熱性CO資化性細菌として初めて報告した。2) 多数の火山性熱水環境・海底堆積コア由来の環境試料について微生物叢解析を行った。水素生成型CO資化菌は幅広い環境で非常に少ない割合で存在していることを明らかにした。さらにこれらは胞子として拡散し、環境変化に応答して発芽することで、微生物生態学的ニッチを獲得する可能性を見出した。3) 10万を超える微生物ゲノムを対象に網羅的な解析を行い、CODHを幅広い系統群から見出し、その多様性を明らかにした。本成果により、約2000個の本酵素のデータベース化に成功した。4) 酸素耐性好熱性CO資化菌2株の詳細なゲノム解析を行い、高効率水素生成微生物の作出に向けて培養条件の最適化や遺伝子組換え系の構築を行った。
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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
海底コアを含む環境サンプルから新規水素生成型CO資化菌を多数分離し、これらのゲノム配列を決定した。さらに、古代型を含む分離株を用いたCO応答トランスクリプトーム解析により、多様な新規CO代謝経路や新規CO転写応答機構を発見した。また、水素生成型CO資化菌の生態学的知見は極めて限られていたが、様々な環境における微生物群集構造解析によって、本菌は幅広い環境で非常に少ない割合で存在していることを明らかにした。これらは胞子を形成して環境中で拡散し、環境変化に応答して発芽し、微生物生態学的ニッチを獲得する可能性を見出した。加えて、好気呼吸が可能で酸素への高い耐性を持つことから取扱が容易であり、かつ高いCO消費水素生成能を持つ酸素耐性水素生成型CO資化菌を新たに分離し、高効率水素生成微生物の作出に向けて培養条件の最適化や遺伝子組換え系の構築を行うことができた。データベース上のCODHのリスト化も完了しており、CODHの応用基盤の構築に向けて組換え微生物の作出の準備が整った状況である。
今後は、酸素耐性水素生成型CO資化菌におけるCO代謝・応答機構のトランスクリプトーム解析やメタボローム解析、本菌を用いた次世代組換え微生物の作出を優先課題として取り組み、新規水素生成型CO資化菌の探索・生態学研究を継続することで当初の研究目標に向けて十分な成果が見込まれるため上記の評価となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1) 鹿児島県の陸性熱水環境や海底熱水孔、メタンハイドレートといった多様な堆積コアを試料とし、未知のCO代謝を有する多様な好熱性CO資化性微生物の探索を継続する。これらのコア試料から開発済の気相100% CO雰囲気下分離技術を改変しながら集積培養系を構築する。新規CO資化性分離株の生理学的性状の解析を行う。
(2) 分離株の全ゲノム解読を行い、代謝マップを構築し、CO代謝の多様性を明らかにする。特に昨年度分離された酸素耐性型好熱性CO資化菌に関して、培養条件を変化させ、トランスクリプトーム解析を行う。これらのオミックス解析を統合し、CO代謝機構の総合的な解明を目指す。昨年度構築したCO代謝酵素データベースを用いてプライマーを作製し、アンプリコンシーケンスや定量的PCRによって、環境中のCO資化菌の分布や動態、活性、他の微生物との相互作用を解析する。
(3) 昨年度中に培養条件の最適化や遺伝子組換え系の構築に成功した酸素耐性型好熱性CO資化菌を用いて、CO代謝酵素や水素生成酵素などの遺伝子改変を行うことで、CO代謝能を向上させ、効率的水素生成微生物の作出を目指す。また、CO代謝酵素データベースの構築によって明らかになった新規CO代謝酵素群の生化学的特性の解明を目指し、酵素大量発現系の構築を行う。
以上各項目でとりまとめ、学会発表を行い原著論文として公表する。
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