共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 環境微生物における新規炭素中央代謝・アミノ酸生合成経路の探索
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 国立研究開発法人海洋研究開発機構
研究代表者／職名 主任研究員
研究代表者／氏名 布浦拓郎

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 千葉洋子 国立研究開発法人海洋研究開発機構 ポスドク研究員

2

 力石嘉人 北大低温研

研究目的 それぞれエネルギー源、炭素源、窒素源、更に温度、pH、塩分濃度等が異なる生息環境において、微生物は進化の道筋で獲得した仕組みを活かした各々生存・適応戦略をとると考えられる。一方、これまでこれらの研究の対象とされてきた環境微生物の多くは、モデル生物と同様に良く増殖する菌株が対象とされてきており、増殖効率の低い微生物種については研究が極めて困難であった。本研究において、申請者らは、従来、増殖効率が低く、既存の研究手法では困難であった環境微生物群を対象に、ゲノム情報を参照し、微量メタボローム解析技術を利用し、未知代謝経路の解析を実施する。
　　
研究内容・成果 地球上の多様な環境には、それぞれ適応した微生物が生息し、個々の環境における物質循環に関与する。そして、その背景には、それぞれ物理化学環境（即ち、エネルギー源、炭素源窒素源、更に温度、pH、塩分濃度等）が異なる生息環境において、個々の微生物は、その進化の過程で獲得してきた機能を活用し、その生息環境に応じた生存・適応戦略を採ると考えられる。この生存・適応戦略には、すべての生命が有す炭素の中央代謝やアミノ酸の生合成等の生命活動の根幹に関わる基本的仕組みも例外ではなく、実際、近年、大腸菌や酵母のようなモデル生物とは異なる炭素中央代謝やアミノ酸生合成の経路が、環境微生物（とくに極限環境微生物）から見出されている。とは言え、これまでこれらの研究の対象とされてきた環境微生物の多くは、モデル生物と同様に良く増殖する菌株が対象であり、培養が難しく、増殖効率の低い微生物種については従来利用されてきた研究手法では多量の菌体が必要とされることから、研究が極めて困難であった。本研究においては、申請者らが近年開発した増殖効率が低く、既存の研究手法では困難な環境微生物に適用可能な微量メタボローム代謝技術の適用範囲を検証すると共に、環境微生物に潜む未知代謝経路の解明を目指してきた。
本研究期間においては、嫌気的環境における窒素循環に関わる微生物の集積培養系を対象とした非単離菌株への適用可能性を検証すると共に、熱水環境に生息する好熱性水素酸化硫酸還元菌、好熱性水素酸化硫黄還元菌等を対象とした解析を実施した。本技術は、アミノ酸に化学構造が固定された中間代謝産物の安定同位体標識された分子構造を解析するものであり、当初、好熱性水素酸化硫黄還元菌におけるTCA回路（クエン酸回路）の機能方向を決定する為に活用された（Nunoura et al. 2018）。本研究期間においては、特に完全型及び一部を欠失したTCA回路と、高温環境において、還元的TCA回路と並び、主要な炭素固定経路として知られるアセチルCoA経路(Wood Ljungdahl経路)の関係性の解明がいずれの対象微生物においても、主要な焦点となった。その結果、これらの微生物系統群において、アセチルCoA経路の貢献を本代謝解析において示すことに成功した。また、集積培養系であっても、適切な濃縮処理を加えることで、本手法が適用可能であることが明らかになった。現在、個々の微生物における炭素中央代謝について、トランスクリプトーム、プロテオーム等の実験を実施し、代謝解析によって示唆された経路の妥当性について検証を進めている。
　　
成果となる論文・学会発表等