難培養アーキア(古細菌)の分離培養に成功

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「微生物ダークマター」の一端を解明

2019-06-11 理化学研究所

理化学研究所(理研)バイオリソース研究センター微生物材料開発室の加藤真悟開発研究員、伊藤隆専任研究員、雪真弘開発研究員、大熊盛也室長らの共同研究グループは、新しい好熱性難培養アーキア(古細菌)[1]の分離培養に成功し、そのアーキアの代謝機能を明らかにしました。

本研究成果は、ブラックボックスとなっている自然界の物質循環における微生物の役割の解明や、まだ謎の多いアーキアの進化の理解に大きく貢献すると期待できます。

自然界には数百万種以上の微生物が存在すると推定されていますが、その大半は培養できていないため、機能解析が進んでおらず、「微生物ダークマター」とも呼ばれています。

今回、共同研究グループは、微生物ダークマターの一部であり、かつ系統学的に極めて新規性の高い難培養アーキアを、国内の温泉地から分離培養することに成功しました。全ゲノム解析[2]や詳細な性状解析の結果、このアーキアはタンパク質や脂質をエネルギー源および炭素源として食べて生育し、さらには鉄や硫黄を還元する好熱好酸性の微生物であることが明らかになりました。

本研究は、英国の科学雑誌『The ISME Journal』のオンライン版(6月6日付け)に掲載されました。

分離培養に成功した新規の難培養アーキアの顕微鏡観察像(スケールバー、5um)の図

図 分離培養に成功した新規の難培養アーキアの顕微鏡観察像(スケールバー、5um)

※共同研究グループ

理化学研究所 バイオリソース研究センター 微生物材料開発室

開発研究員 加藤 真悟 (かとう しんご)

開発研究員 雪 真弘 (ゆき まさひろ)

専任研究員 伊藤 隆(いとう たかし)

室長 大熊 盛也 (おおくま もりや)

東洋大学大学院 生命科学研究科 生命科学専攻

大学院生 長森 麻衣(ながもり まい)

大学院生 大西 真史(おおにし まさふみ)

准教授 高品 知典 (たかしな とものり)

海洋研究開発機構 海洋機能利用部門 海底資源センター

センター長 鈴木 勝彦 (すずき かつひこ)

株式会社マリン・ワーク・ジャパン 海洋地球科学部 海洋底探査室 計測技術課

技術員 植松 勝之 (うえまつ かつゆき)

※研究支援

本研究は、発酵研究所(IFO)一般研究助成「我が国の温泉地における好熱性アーキアの地理分布、系統学的多様性および生理機能の解明」、内閣府SIP課題「次世代海洋資源調査技術-海のジパング計画」の支援を受けて行われました。

背景

微生物は地球上の至る所に存在し、エネルギーや物質の循環において重要な役割を担っています。私たちの生活においても、食・医療・環境といったさまざまな場面で直接的に関わっています。しかし、数百万種以上存在すると推定される微生物の90%以上は、まだ実験室内で培養できていないのが現状です。これら未培養微生物は、機能未知の「微生物ダークマター」とも呼ばれ、注目を集めています。

1990年代から、培養に依存しない分子生物学的手法の普及に伴って、自然環境には多種多様な未培養微生物が存在することが明らかにされてきました。陸上温泉もその環境の一つです。50℃を超える高温の温泉環境には、真核生物でもバクテリア(細菌)でもない「第三の生物」とも呼ばれるアーキア(古細菌)が数多く生息しています。しかし、その存在が確認されてから20年以上経つ現在でも、その多くはまだ培養できておらず、その生理機能は不明であり、生態系の中での役割もよく分かっていません。それら未培養アーキアの多くは、培養するための有効な手立てがまだ見つかっておらず、「難培養微生物」であると推定されています。もし、難培養アーキアを培養できれば、その生理機能を室内で実験的に検証することが可能になるだけでなく、どういう進化の過程を経てその機能を獲得したのかという問いにも答えられる可能性があります。

研究チームは、これまでに栃木県の温泉地に存在する微生物の研究を精力的に進めてきました。本研究では、新しい難培養微生物を分離培養するための培地を作製する上で、同温泉には鉄が多く含まれることに着目しました。実際に、研究チームは2016年に、培地に三価の鉄を加えることで、鉄を利用するとは全く予想されていなかった新しい好熱性バクテリアを、同温泉地から分離培養しました注1)。本研究でも同様に、鉄を培地に加えて、さまざまな温度・pH条件下で培養を試すことで、新しい未培養アーキアを分離培養できるのではないかと考えました。

注1)Itoh et al.,(2016) Athalassotoga saccharophila gen. nov., sp. nov., isolated from an acidic terrestrial hot spring, and proposal of Mesoaciditogales ord. nov. and Mesoaciditogaceae fam. nov. in the phylum Thermotogae. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 66: 1045-1051

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