スイス湖沼における共生関係の研究(Symbiosis in Swiss lakes)

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2026-06-15 マックス・プランク研究所

ドイツのマックス・プランク海洋微生物学研究所を中心とする研究チームは、スイスのルガーノ湖とツーク湖において、繊毛虫と細菌の共生関係が湖沼の窒素除去に重要な役割を果たしていることを明らかにした。研究対象となったPlagiopylea類の繊毛虫は、硝酸呼吸を行う細菌を細胞内に共生させており、この細菌は硝酸を窒素ガスへ変換する脱窒反応によってエネルギーを生み出す。調査の結果、これらの繊毛虫は酸素も硫化水素も存在せず、硝酸のみが存在する湖水中の非常に狭い層に集中して生息していた。これは宿主である繊毛虫の生態的ニッチが、共生細菌の代謝特性によって規定されていることを示している。さらに研究者らは、この共生系が湖における脱窒作用を通じて窒素除去に大きく貢献している可能性を指摘した。従来、この機能は主として自由生活性細菌によるものと考えられていたが、本研究は真核微生物とその共生細菌が窒素循環において見過ごされてきた重要な役割を担っていることを示した。今後は湖沼や海洋の他の原生生物にも調査を広げ、地球規模の窒素循環への寄与を評価する予定である。

スイス湖沼における共生関係の研究(Symbiosis in Swiss lakes)
A dividing ciliate demonstrates that the bacterial symbionts divide together with their host. In blue, the ciliate nuclei are shown; in yellow, the bacterial endosymbionts (scale bar 10 μm). © MPI for Marine Microbiology/ Sina Schorn

<関連情報>

酸化還元勾配は、無酸素湖水における脱窒共生体を持つ繊毛虫の生態的ニッチを規定する Redox gradients define the ecological niche of ciliates with denitrifying endosymbionts in anoxic lake waters

Linus M Zeller,Sina Schorn,Louison Nicolas-Asselineau,Jakob Zopfi,Soeren Ahmerkamp,Carsten J Schubert,Fabio Lepori,Marcel M M Kuypers,Jon S Graf,Jana Milucka
The ISME Journal  Published:01 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag043

Abstract

Bacterial endosymbionts of the family Candidatus Azoamicaceae obligately associate with anaerobic ciliates belonging to the class Plagiopylea. The symbionts’ unique role for their host involves anaerobic respiration of nitrate and generation of adenosine triphosphate (ATP), analogous to the role of mitochondria in aerobic eukaryotes. As this symbiosis remains so far uncultured, insights into its functioning have been mainly inferred from environmental metagenomes. Here, we investigated the distribution and environmental role of this symbiosis in the anoxic basins of two freshwater lakes, Zug and Lugano (Switzerland), over a course of several years. We found that the environmental niche of the ciliate host is defined by the combined effects of sulfide, oxygen, and nitrate, the latter of which is essential for the symbiont’s respiratory function. Moreover, the distribution and abundance of ciliates with denitrifying endosymbionts in the water column suggest that they may substantially contribute to nitrate consumption in Lake Zug. Our microscopic analyses further demonstrated a coordinated division of the Ca. Azoamicus ciliaticola symbionts and their ciliate hosts, implying a vertical inheritance of denitrifying symbionts. These observations offer new insights into the evolution of ciliates with denitrifying endosymbionts and their ecological role in oxygen-depleted lake waters.

生物環境工学
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