地下環境中のバイオマグネタイト生成機構の解明とそれらの重金属元素との相互作用研究

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05342
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 天野 由記 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 核燃料サイクル工学研究所 環境技術開発センター, 研究副主幹 (60421674)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 庸平 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00359168) ; 岩月 輝希 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 東濃地科学センター, サブリーダー (00421678)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 微生物群集 / 地下水 / 鉄還元反応 / バイオマグネタイト / メタゲノム解析

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、地下深部の土着微生物を対象として、微生物が関与する鉄代謝およびマグネタイト等のナノ鉱物粒子生成反応について、ゲノム解析技術を適用した評価を行った。
地下環境に存在する微生物群集を対象とした調査を実施するために、瑞浪超深地層研究所および幌延深地層研究センターの地下施設を活用して、花崗岩および堆積岩に分布する様々な水質条件における地下水試料を採取した。各地下水試料からDNAを抽出し、抽出したDNAについてゲノムDNAを断片化、シーケンス用ライブラリ調整を行った後、メタゲノム解析を実施した。取得したゲノム配列データセットについて、アセンブリング、ORFの推定、アノテーションを行い、各試料中の微生物群集において系統組成と遺伝子機能組成に関する情報を取得した。また、優占系統のドラフトゲノムについても構築した。これらの情報を基に、鉄還元反応において細胞外電子伝達を担う主な因子であるシトクロムcやマグネタイト等の磁気微粒子（マグネトソーム）形成に必要なMamA、MamBなどの遺伝子の分布について解析したところ、シトクロムc遺伝子については花崗岩地下水および堆積岩地下水中に存在する様々な種に渡って分布しており、一部の種では66個もの多くのシトクロムｃ遺伝子を有することが確認された。また、マグネトソーム形成に必要な遺伝子については、MamA, MamB, MamPなどの遺伝子が検出されたが、一部の種に限定されるとともに、マグネトソームタンパク質遺伝子を有するドラフトゲノムにおいてもマグネトソーム形成に必要なオペロンを有していない可能性が示された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画されていた深部地下水を対象とした微生物調査を実施し、採取した試料を対象として、メタゲノム解析によりシトクロムc遺伝子等の分布の概要を把握することができたため。

Strategy for Future Research Activity

シトクロムcやマグネトソーム関連遺伝子等の分布について、HMMなどを用いたより詳細な解析を行うとともに、バイオマグネタイト等のナノ鉱物粒子を生成する微生物の集積培養に取り組む。

Causes of Carryover

研究の進捗により、物品購入や出張計画が変更になったため。
変更分については、次年度計画と合わせて実施予定である。