| 研究課題/領域番号 |
18J20370
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
坂本(渋谷) 幸子 筑波大学, 生命環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | 深部地下生命圏 / メトキシ芳香族化合物 / 嫌気性共生微生物 / ゲノム解析 / 熱力学的解析 / 培養実験 |
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| 研究実績の概要 |
今年度は、前年度発見した嫌気性共生細菌とメタン生成細菌の共生系によるメトキシ芳香族化合物（MAC）分解機構を明らかにすることを目的とした。
既知の嫌気性MAC分解細菌は、Wood-Ljungdahl（WL）経路と呼ばれる二酸化炭素固定経路を利用し、酢酸を生成し、エネルギーを獲得し、生育する。一方で、嫌気性共生細菌のゲノム上には、WL経路の一部の遺伝子しか存在せず、酢酸を生成することが不可能であった。そこで、ゲノム情報から本株が別の代謝経路を取りうるかどうか検討した結果、本株はMACからギ酸と水素を生成することで生育できると考えられた。次に、上記代謝反応でどのようにエネルギーを獲得しているか検討した。嫌気性微生物は、基質レベルのリン酸化及び酸化的リン酸化によりエネルギーを獲得し、保存することが知られているが、本株もMACから脱メチル化反応を行い生成したメチルテトラヒドロ葉酸をギ酸まで酸化する反応（反応1）で、基質レベルのリン酸化を行い、ATP獲得していることがわかった。また、反応１で生成されたプロトンを水素に還元する反応で、酵素触媒反応を行い（反応２）、反応２では、酸化的リン酸化によりATPを消費していると考えられた。代謝反応全体で1以下のATPを獲得していることが示唆された。1ATP生成するのには約60kj/mol必要であるため、代謝反応を進めるには少なくとも-60kj/molのエネルギーが必要と考えられた。そこで、熱力学的計算を行い、生成物であるギ酸、水素濃度と獲得できるエネルギー量の関係性を評価した。その結果、水素、ギ酸が低濃度の条件の時に、生育に必要なエネルギーを獲得できると考えられた。この結果は、水素、ギ酸を消費するメタン生成菌がパートナーの時のみMAC分解反応が進むという実験結果と一致すると考えられた。
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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
ゲノム解析と熱力学的解析を行うことで、嫌気性共生細菌とメタン生成細菌の共生系によるMAC分解機構を明らかにすることができた。当初は、トランスクリプトーム解析を実施し、共生系によるMAC分解機構を評価する予定だったが、共生系の培養に想定よりも時間がかかり、解析に必要なバイオマス量を得ることができなかったため、実施することができなかった。引き続き、培養実験を続け、バイオマス量が得られ次第、トランスクリプトーム解析を実施し、今年度明らかにした共生系によるMAC分解機構を評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
MACは、地下圏に広く賦存する根源有機物であるが、MAC分解微生物（ホモ酢酸生成細菌、メタン生成菌、共生細菌）が、実際に地下圏でどのように分布するのか不明である。そこで、油ガス田地下圏試料を用い、オミクス情報解析（ゲノム・代謝機能情報解析）を行い、共生系によるMAC分解の実態を解明する。前年度までの研究で既に、MAC分解微生物それぞれのMAC分解の鍵となる遺伝子群の存在を突き止めている。そこで、これら鍵遺伝子群を手がかりとして、環境中のMAC分解微生物のゲノムを構築する。次に、構築したゲノムを基に、遺伝子発現解析を行い、MAC分解微生物の分布を明らかにし、深部地下油田環境中における共生系によるMAC分解の実態を評価する。
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