貧栄養環境に生息する細菌群集の生存代謝メカニズムの解明と応用展開

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25870295
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 木村 浩之 静岡大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30377717)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: バクテリア / 貧栄養環境 / 生存戦略 / RNA発現 / small RNA / 定量RT-PCR / 海洋細菌 / トランスクリプトーム

研究実績の概要

貧栄養環境では、栄養塩の不足により生物の基本的な代謝プロセスである翻訳が停滞することがある。バクテリアは、貧栄養環境下においてsmall RNAの一種であるtransfer-messenger RNA（tmRNA）を多く発現することが報告されている。tmRNAは、tRNAとmRNAの両方の機能を有し、翻訳が停滞した際にリボソームをレスキューする役割を担う。本研究課題では、貧栄養から富栄養まで様々な栄養条件下に生息するバクテリアのtmRNAの発現パターンを解析し、貧栄養環境下におけるバクテリアの生存戦略メカニズムについての知見を得た。
平成25年度までの研究において、ゲノム情報を入手できる6種類の微生物菌株を富栄養から貧栄養まで異なる栄養条件下で培養し、全RNAを抽出した。それぞれの菌株のtmRNAに特異的なPCRプライマーをデザインし、RT-定量PCRによりtmRNAの発現量を測定した。その結果、貧栄養培地において有意に高いtmRNAの発現が見られた。
最終年度となる平成26年度の研究においては、富栄養海域である清水港および駿河湾と、貧栄養海域である西太平洋の外洋域において表面海水を採取し、海洋細菌から全RNAを抽出した。その後、全RNAを鋳型としたcDNAを合成し、次世代シーケンサーを用いて網羅的にcDNAの塩基配列を決定した。さらに、相同性検索により各遺伝子機能を同定した。そして、貧栄養海域にて重要な役割を担うことが期待できるtmRNAの発現量を算出した。その結果、貧栄養海域において優位に高いtmRNAの発現が確認され、富栄養海域の4.7倍の発現量を示した。さらに、栄養状態を感知・伝達する機能を有するタンパクをコードしたmRNAの発現量を比較した結果、貧栄養海域において二次伝達タンパクとして知られるHis kinaseが優位に高く発現していることが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Biogas production using anaerobic groundwater containing a subterranean microbial community associated with the accretionary prism (2015)
  • 著者名/発表者名: Baito K., Imai S., Matsushita M., Otani M., Sato Y., Kimura H.
  • 雑誌名: Microbial Biotechnology 巻: ー ページ: ー
  • DOI: 10.1111/1751-7915.12179
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative analysis of coenzyme F430 in environmental samples: a new diagnostic tool for methanogenesis and anaerobic methane oxidation (2014)
  • 著者名/発表者名: Kaneko M., Takano Y., Chikaraishi Y., Asakawa S., Watanabe T., Shima S., Ogawa N., Krüger M., Matsushita M., Kimura H., Ohkouchi N.
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 86 ページ: 3633-3638
  • DOI: 10.1021/ac500305j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermotoga profunda sp. nov., and Thermotoga caldifontis sp. nov., anaerobic thermophilic bacteria isolated from terrestrial hot springs (2014)
  • 著者名/発表者名: Mori K., Yamazoe A.,Hosoyama A, Ohji S., Fujita N., Ishibashi J., Kimura H., Suzuki K.
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: 64 ページ: 2128-2136
  • DOI: 10.1099/ijs.0.060137-0
  • 査読あり
• [学会発表] ゲノム上にG+C含量の異なる2 種類の16S rRNA 遺伝子を有する好塩性古細菌の生理生態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 悠、藤原健智、木村浩之
  • 学会等名: 第16回静岡ライフサイエンスシンポジウム
  • 発表場所: 静岡大学 (静岡県静岡市)
  • 年月日: 2015-03-07 – 2015-03-08
• [学会発表] G+C含量の異なる2種類の16S rRNA遺伝子を使い分ける好塩性古細菌Haloarculaの生態 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 悠、木村浩之
  • 学会等名: 環境微生物系学会合同大会2014
  • 発表場所: アクトシティー浜松 (静岡県浜松市)
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-24
• [学会発表] Microbial methane production and carbon-nitrogen cycles in subterranean environments associated with the accretionary prism in Southwest Japan (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimura H.
  • 学会等名: 13th Japan-Taiwan International Workshop on Hydrological and Geochemical Research for Earthquake Prediction
  • 発表場所: 独立行政法人産業技術総合研究所 (茨城県つくば市)
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-03
  • 招待講演
• [学会発表] Haloarcula strains regulate transcription of multiple 16S rRNA genes in response to environmental temperatures (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato Y., Kimura H.
  • 学会等名: 15th International Symposium on Microbial Ecology (ISME-15)
  • 発表場所: Coex Convention Center (Seoul, Korea)
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [図書] 環境と微生物の事典 (2014)
  • 著者名/発表者名: 日本微生物生態学会
  • 総ページ数: 432
  • 出版者: 朝倉出版
• [備考] 静岡大学理学部地球科学科 木村研究室ホームページ
  • URL: http://www.ipc.shizuoka.ac.jp/~shkimur/top.html