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 萌芽（2年目/全2年）
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、淡水環境で鉄還元などによる嫌気的メタン酸化が起きるか検証することを目的とする。
　　
研究内容・成果 　当初予定していた淡水環境下での鉄還元メタン酸化の実証については、研究期間中に別の研究グループによって報告がなされた(Sivan et al.， 2011)。これを受けて研究の対象を嫌気的メタン酸化一般に広げることとし、現場試料の解析を中心とした実験を行った。主たる研究対象は、琵琶湖北湖の水深90m地点の底泥堆積物とした。実験室内において、湖水から堆積物内部への酸素の浸透を微小電極によって調べたところ、表層3mm以内で酸素が枯渇することが示された。堆積物深度別にメタン濃度と炭素安定同位体比を測定したところ、酸素の枯渇した堆積物内部においても生物学的なメタン消費過程が進行していることを示唆する結果が得られた。同じ地点の堆積物中の微生物群集構造を明らかにするため、バクテリアおよびアーキアの16S rRNA遺伝子を対象としたクローニング解析を実施した。その結果、脱窒メタン酸化を行うと思われるバクテリアが検出された。一方、硫酸還元メタン酸化を行うと考えられるアーキアは検出されず、それらと共生関係にあると考えられるバクテリアも検出されなかった。バクテリア、アーキアともに得られたクローンの大半について機能の推定ができなかった。鉄還元メタン酸化については反応に関わる微生物が特定されていないが、これら機能未知の微生物の中に含まれている可能性も残っている。以上の結果から、琵琶湖底泥での嫌気的メタン酸化について、脱窒メタン酸化細菌を中心に解析することとした。同じ地点の試料から、脱窒メタン酸化細菌が持つメタン酸化酵素の遺伝子を検出した。また、堆積物試料を深度別に解析することにより、脱窒メタン酸化細菌が表層付近により多く分布することを明らかにした。さらに、16地点から採取された底泥表層試料を用い、琵琶湖内での分布に関する調査を行った。その結果、脱窒メタン酸化細菌は深い水深で特徴づけられる北湖第一湖盆からのみ検出された。脱窒メタン酸化細菌は近年になって発見されるまで完全に見過ごされてきており、自然環境中での分布についてはほとんど明らかになっていない。本研究の成果は、メタン動態に大きく影響している可能性のあるこれらの微生物の分布を明らかにうえで非常に重要な手掛かりを提供するものである。
　一方で、前年度に解析を行った集積培養系については、新規性の高い微生物の存在が示唆されたため、これらを分離するための試みを継続した。その結果、新属に相当する可能性のある硫黄酸化細菌が圧倒的に優占する培養系を確立した。現在この微生物の分離を試みている。
　　
成果となる論文・学会発表等 H. Kojima， M. Tsutsumi， K. Ishikawa， T. Iwata， M. Mussmann， and M. Fukui. Distribution of putative denitrifying methane oxidizing bacteria in sediment of a freshwater lake， Lake Biwa. Systematic and Applied Microbiology. In press