北極海の細菌がアセトンを利用して二酸化炭素を取り込み栄養源を獲得する仕組みを解明(A type of Arctic Ocean bacteria may be using acetone to turn carbon into food)

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2026-11-03 コンコルディア大学

カナダのコンコルディア大学などの研究チームは、北極海に生息する細菌が、アセトンを利用して二酸化炭素(CO₂)を細胞内に取り込み、増殖に必要な物質を合成する新たな代謝経路を発見した。研究対象は、北極海のボーフォート海などに生息するガンマプロテオバクテリアの一種 Porticoccus arcticus である。メタゲノム解析とメタトランスクリプトーム解析により、同細菌がアセトンとCO₂を反応させて代謝中間体を生成する「アセトンカルボキシル化経路」に関係する遺伝子群を持ち、実際に発現させていることを確認した。また、光を利用してエネルギーを獲得するプロテオロドプシンも複数備えており、有機物を炭素源としながら光エネルギーも利用する光従属栄養という代謝様式を示す。栄養塩や利用可能な有機物が乏しい北極海表層において、こうした代謝機構が細菌の生存を支えている可能性がある。本成果は、海洋微生物による炭素循環と海洋生態系の物質代謝の理解を深めるものである。

北極海の細菌がアセトンを利用して二酸化炭素を取り込み栄養源を獲得する仕組みを解明(A type of Arctic Ocean bacteria may be using acetone to turn carbon into food)

<関連情報>

北極海の光従属栄養細菌におけるアセトンカルボキシル化経路の証拠 Evidence of an acetone carboxylation pathway in photoheterotrophic bacteria from the Arctic Ocean

Susan McLatchie, Sara Palestini, Asher Woodhead, Tony Gutierrez & David A. Walsh
Nature Communications  Published:26 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-78082-y

Abstract

Carboxylases are among the most important enzymes in nature as they catalyze the fixation of inorganic carbon (CO2), a central step in the global carbon cycle. In addition to their well-known function in autotrophic CO2 fixation, many carboxylases play a role in the heterotrophic assimilation of organic compounds. In this study, we provide genomic evidence for an assimilatory carboxylation pathway involved in acetone degradation in photoheterotrophic bacteria from metagenomes collected along a latitudinal transect of the Arctic Ocean. This curious metabolism was linked to a single population of Gammaproteobacteria (Porticoccus arcticus). P. arcticus has a streamlined genome compared to Porticoccus relatives but has maintained a complete acetone carboxylation pathway while acquiring multiple proteorhodopsin genes by lateral gene transfer. Arctic Ocean metatranscriptomes revealed the acetone carboxylase and rhodopsins genes were among the most highly expressed P. arcticus genes in oligotrophic Arctic surface waters. P. arcticus sequences were consistently detected, and often abundant (up to 9%), in a multiyear Arctic Ocean 16S rRNA time-series, supporting its ecological significance in Arctic marine systems. Overall, this work reports a metabolic module (acetone carboxylation) in the ocean that may allow photoheterotrophic bacteria to enhance their biosynthetic capacity via CO2 assimilation.

生物化学工学
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