共同研究報告書


研究区分 萌芽研究

研究課題

 淡水環境での微生物による鉄還元メタン酸化の実証
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 北大低温研
研究代表者／職名 助教
研究代表者／氏名 小島久弥

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

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 岩田智也 山梨大学大学院医学工学総合研究部 准教授

研究目的 メタンは、微生物の活動によって酸化・消費される。無酸素条件下においては、硝酸イオンまたは硫酸イオンの還元を伴うメタン酸化が起こることが知られている。近年、これらに加えて鉄およびマンガンを利用したメタン酸化が可能であることが示された。海洋堆積物を用いたこの実験系には多種多様な微生物が含まれており、メタン酸化を担う微生物を特定するには至っていない。また淡水環境では、鉄還元の相対的な重要性が、海洋環境と比較してより高い可能性が考えられる。本研究課題では、淡水環境で鉄還元メタン酸化が起きるか検証することを目的とする。併せて、この反応を担う微生物を推定することも目的とする。
　　
研究内容・成果 淡水湖沼の堆積物を接種源とし、メタンと酸化鉄の存在下で確立した集積培養系を解析の対象とした。使用した培地は炭酸塩で緩衝した完全合成培地であり、ごく微量のビタミン類以外には溶存有機物を含まないものである。高濃度のメタン存在下での微量なメタン酸化を検出するため、安定同位体を利用した解析のための条件検討を行った。最終的に、13C標識メタンを加えて培養し、メタン酸化の結果生じる13CO2を検出する方法を採用した。標識メタン存在下で一定期間培養した後、鉄還元の進行が確認された段階で全炭酸の安定同位体比を測定した。その結果、培養の前後で無機炭酸の安定同位体比に明確な違いは認められなかった。このことから、当初想定していたメタンから二酸化炭素への酸化は起きていないことが考えられた。メタン酸化以外の反応によって鉄が還元される機構について検討したところ、培地に硫黄源として加えたチオ硫酸が不均化反応を受け、これによって生じた硫化水素が化学的に鉄を還元していることが明らかとなった。しかしながら、同じく不均化反応によって生じる硫酸イオンの増加量は、還元された鉄の量とバランスが取れておらず、これ以外にも想定していない反応が起きていることが考えられた。集積培養系内の微生物群集構造を明らかにするため、16S rRNA遺伝子を対象としたクローニング解析を実施した。80クローンの配列を決定し、系統解析を行った結果、Deltaproteobacteriaに属す特定の微生物が優占していることが明らかとなった。この微生物は既知の微生物と少なくとも属レベルで異なっており、また系統的な位置関係からその機能を推定することもできなかった。その他に検出された微生物の多くは既知の微生物と近縁であり、硫黄還元、硫酸還元、鉄還元などを行っているものと推測された。また、チオ硫酸の不均化反応を行うことが知られている微生物は検出されなかった。培養系内でメタンが炭素源として用いられていない場合、培養系内で利用可能な有機物は不均化反応を行う微生物による独立栄養的な増殖によって得られることとなる。機能が推定できていない優占種が不均化反応、あるいはこれとは異なる未知の反応を担っている可能性が高く、現在この微生物の分離に向けた試みを進めている。
　　
成果となる論文・学会発表等