2022 Fiscal Year Research-status Report
Innovative strategy for cultivation of CPR bacteria and DPANN archaea
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22K19141
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
加藤 真悟 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 上級研究員 (40554548)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | CPRバクテリア / DPANNアーキア / 絶対外部共生 / 微生物ダークマター / 培養 / メタゲノム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原核生物の全系統多様性の大部分を占めるともいわれるCPRバクテリア群およびDPANNアーキア群は、地球上の至る所に生息するものの、その99%以上の種がまだ実験室で培養できておらず、宿主域も不明であるため、その生理機能や生態学的役割はほとんど未知である。本研究の目的は、培養に依存せずに未培養性CPR/DPANNの宿主を同定する手法を確立し、その宿主情報に基づいて「CPR/DPANN―宿主」共生体を培養することである。研究計画の初年度となる今年度は、非培養依存のCPR/DPANNの宿主同定法の肝となる１共生体分取顕微装置の開発に着手し、ほぼ完成形に近いところまで組み立てた。未培養微生物の可培養化の成功の鍵は、良い植菌源を選定することである。植菌源の一次スクリーニングとして、国内温泉地４地点において採取済みの温泉水・泥のショートリードメタゲノム解析を実施した。さらにそのうちの１試料において、PacBioロングリードメタゲノム解析を実施し、16S rRNA遺伝子を含むCPR/DPANNのゲノムを１０個以上獲得することに成功した。この成果は国際誌（オープンアクセス）に掲載された。この16S rRNA遺伝子配列を標的にすることで、試料中のCPR/DPANNの細胞を特異的に可視化することが可能となる。また、別の１試料からは、好気条件下で増殖可能なDPANN群の１種と宿主との共培養系を、従来の培養法により確立し、その培養性状やゲノム配列を決定した。この成果は国際誌（オープンアクセス）に掲載され、プレスリリースや解説記事も発表した。このDPANN共培養系は、本研究計画においては、新たに開発する顕微装置の実用性試験において、有用な試料となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
非培養依存のCPR/DPANNの宿主同定法の肝となる１共生体分取顕微装置の開発に着手した。必要となる部品の発注は完了した。ごく一部の部品の納品が遅れているため未完成ではあるが、ほとんどの部品を調達することができ、組み立てもほぼ完了した。PCRに依存しないショットガンショートリードメタゲノム解析によって、複数の国内温泉地の微生物群集構造を明らかにし、CPR/DPANNが多く存在する試料を選定することができた。同解析によって、16S rRNA遺伝子を含む複数のCPR/DPANNのゲノムの再構築にも成功した。さらにそのうちの一つの試料では、PacBioロングリードメタゲノム解析によって、CPR/DPANNの高品質ゲノムを9個（そのうちCPRの完全ゲノムは5個）得ることができ、誌上発表にまで至った。これら16S rRNA遺伝子を含む再構築ゲノムは、研究計画の次の段階で実施予定の、試料中のCPR/DPANNを特異的に染色するためのプローブ設計およびそれらの可培養化に向けた戦略を練るために必須となる。また、好気条件下で増殖可能なDPANN群の１種と宿主との共培養系（MJ1-MJ1HA培養物）の確立においては、その成果が誌上発表まで完了した。以上のように着実に成果が上がっており、すでに論文発表もできているため、計画通り順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
必要部品が納品され次第、１共生体分取顕微装置の完成を目指す。同顕微装置を用いて、MJ1-MJ1HA共培養物を試料として１共生体の分取を試みることで、装置・手順の最適化を行う。今年度までに選定した温泉地にて新鮮な試料を新たに採取し（もしくは既に凍結保存済みの試料から復元培養を行い）、顕微装置を用いて１共生体の分取を試みてゲノム解析、宿主同定、可培養化まで実施する。１共生体の分取に必要となるFISHプローブを、既に再構築済みゲノムの16S rRNA遺伝子配列に基づいて設計する。引き続き、よりよい培養試料を求めて、新しい天然環境でサンプリングを行い、メタゲノム解析および培養のための凍結保存を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染症流行の影響で、１共生体分取顕微装置の部品の納入が年度内に間に合わないことが判明したため、次年度発注としなければならない状況となった。順次発注し、納入され次第装置組み立てを行う。
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