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 継続（H30年度から）
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 センター長代理
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

 澄田智美 海洋研究開発機構 特任副主任研究員

2

 福山宥斗 海洋研究開発機構 ポスドク研究員

3

 千葉洋子 理化学研究所 研究員

4

 力石嘉人 北大低温研

研究目的 地球の多様な生息環境において、微生物は進化の道筋で獲得した仕組みを活かした環境特異的な生存・適応戦略をとると考えられる。それには、炭素の中央代謝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、最近の研究から、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、環境微生物から見出されている。その一方、大多数の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、これらの既存の研究手法では解析が困難であった環境微生物群を対象に、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 本研究では、(1)微量メタボローム解析技術による未知代謝経路の探索、(2)GS/MSによる力石らが開発した代謝解析手法における技術課題の解決と、更に高感度なOrbitrap Fusion MSを用いた代謝解析手法の確立を目指した。
(1) 環境微生物における炭素中央代謝やアミノ酸生合成経路は、その生命活動における重要性にもかかわらず、モデル生物から得られた生化学・分子生物学情報を基に、ゲノム情報から推測するしかなく、既知遺伝子が見つからない場合は、”不完全な経路”あるいは”経路が存在しない”として見過ごされてきた。本研究による未知経路の探索は、微生物の生命活動の根幹におけるレベルでの環境適応機構を探る一端となるだけでなく、未知代謝経路の発見は、システムバイオロジーにおける新たな代謝設計へのアイデアを提供する等、基礎、応用の両面において貢献することを期待する。本年度は、始原的な好熱性バクテリア系統であり、水素酸化硫黄還元による独立栄養増殖が可能なAquificae及びその近縁系統群を対象とする解析を実施したほか、同様に始原的な系統群に属す従属栄養栄養性超好熱バクテリアであるThermotoga、同様のアーキアであるThermococcus，更にメタン生成アーキアを対象とした解析を実施した。
本研究の結果、Aquificaeやその近縁系統群において、それぞれ還元的TCA回路や還元的酢酸経路による炭酸固定を確認し、更に、いずれも始原的な炭酸固定経路と指摘されてきた両炭酸固定システムが一つの細胞の中で共存しうるのかどうかを、両経路が共存することが可能かどうか、酢酸等の有機酸を添加した培地で培養し、それぞれの炭酸固定経路への影響を評価した。現在、データ取得を終え、取りまとめを進めている。一方、従属栄養性超好熱バクテリア、アーキアにおいても、安定同位体標識した二酸化炭素や有機酸を投与し、それぞれゲノム情報から示唆される不完全なTCA回路の妥当性と、その機能に関する検証を進めている。更に、それらの超好熱菌において、生息環境で予想される高濃度二酸化炭素の、TCA回路やアミノ酸生合成経路に与える影響の評価を進めている。
(2) GC/MSを用いた代謝解析手法の技術的課題については、昨年度末に低温科学へ寄稿したが、本年度は更にデータ解釈上の問題点がないかどうか、Orbitrap Fusion MSで得たデータを比較検証して、探索を進め、複数のアミノ酸由来のフラグメント解析時における課題の存在を明らかにした。また、Orbitrap Fusion MSを用いることで、アミノ酸を対象とした解析においては、GC/MSを使った解析と同様あるいはそれ以上の質のデータ出力をより少量の試料から解析できることを確認することが出来た。
　　
成果となる論文・学会発表等