| 研究課題/領域番号 |
16K14816
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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 |
堀 知行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (20509533)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 遺伝子 / 生態学 / 微生物 / 環境分析 / 環境技術 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、次世代シークエンスによる16S rRNA遺伝子の大規模解析からその存在が明らかになったものの実体の分かっていない「レアバイオスフィア（稀少微生物）」、とりわけ未踏の微生物分類グループ「微生物暗黒画分」の生態生理を解明するため、申請者自身が近年開発した未培養微生物群の機能同定法「超高感度安定同位体プローブ法（Stable Isotope Probing［SIP］）を自然環境中で見られる微生物群集の異なる栄養段階（好気代謝［易分解・難分解化合物の分解］、嫌気呼吸［酸化還元カップリング］）へ適用する。これにより、これまで我々の理解が及ぶことの無かったレアバイオスフィアの全貌をあぶり出すことを目指す。2017年度は、好気代謝として、超高感度SIPで同定したパルミチン分解細菌が系統樹で極めて新しいクラスターを形成することを明らかにした。また、13C標識の難分解化合物を分解する新規微生物を複数種同定し、実プラントでの年間動態を解明した。このうち、13Cで中程度に集積された微生物は、13C標識の難分解化合物だけでなく、共存する非標識易分解化合物を共代謝的に分解していることが強く示唆された。これらの結果を得て、超高感度SIPの環境試料への第一の適用例として、成果発表の準備を行った。さらに嫌気呼吸に焦点を当て、窒素処理微生物群集が有する脱窒能力（N2O還元を担う新規なレアバイオスフィア）を解明した。13C-酢酸は嫌気条件下で熱力学的に安定であり、CO2以外の無機電子受容体が枯渇した条件ではメタン生成菌以外には利用されないため、微生物群集のエネルギー代謝と炭素代謝結びつけて評価する場合によく用いられる。ここでは、超高感度SIPによりN2Oと13C-酢酸を同時添加し、N2Oの存在依存的に13C-酢酸を取り込む微生物、すなわち酢酸酸化型のN2O還元菌を同定することに成功した。
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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
好気代謝微生物として、活性汚泥中のパルミチン酸分解菌、難分解化合物分解菌を同定し、それらが系統学的に極めて新しいことを示したこと、さらには13Cの集積度合いから実環境における微生物の生理生態学的な棲み分け機構を見出したことは、大きな進展として評価できる。さらに、好気代謝微生物として、活性汚泥から放出される地球温暖化ガスN2Oを直接還元する新規細菌を複数種同定したことは、学術的に意味があるだけでなく、工学的利用の観点からも重要である。以上から、研究が概ね順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに得られている活性汚泥微生物群を対象にして、好気代謝および嫌気代謝に関与するレアバイオスフィアを系統学的に特徴づけ、さらにそれらの現場での代謝戦略を超高感度SIPにおける13C標識程度から見出す。これらの研究では次世代シークエンスを多用するが、その試料調整、機器運転・管理、データ解析用ツールが最適化されており、早急な実験データの取得が可能である。さらに得られた成果は学会や論文等で積極的に発表する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2017年度は、難分解化合物の分解微生物の同定および年間変動に関わるデータ解析、論文準備・執筆が大きなウエイトを占めた。そのため、パルミチン酸分解菌の系統解析やN2O還元菌の同定試験を行ったが、データ取得を加速的に行うまでには到達しなかった。実験に関わる物品費の支出は生じたが、人件費や成果発表のための旅費や論文掲載料の支出がなかったため、繰越分予算が生じた。
難分解化合物の分解菌同定の成果発表については、論文受理の直前まで進めることができた。これを超高感度SIPの環境適用の第一報として、世界的権威の学術誌にオープンアクセスとして掲載することを予定している。さらに最終年度として、パルミチン酸分解菌やN2O還元菌の研究についても、物品費に予算を支出し、成果発表のために必要なデータ取得完了を目指す。これらの研究の成果発表に関わる学会参加費、旅費、論文掲載料を計上する。
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