窒素固定菌の新規な炭素源獲得戦略としての異種微生物間共生型窒素固定の解明

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これまでの研究において、「異種微生物間共生型窒素固定菌集団」は土壌生態系において広く分布する可能性が示唆された。また、多様な細菌種で構成されており、採取地点ごとに細菌種構成や活性が異なることを明らかにした。そこで、これらの異種微生物間共生型窒素固定菌集団内における物質代謝を調査するため、メタボローム解析を実施した。培養液中の代謝物を網羅的に解析するために、キャピラリー電気泳動－質量分析計（CE-MS）による分析を行った。その結果、Lactic acid、Propionic acid、Butyric acid、Valeric acidのような短鎖脂肪酸が検出され、セルロースが分解・発酵により代謝されることが示唆された。しかし、これらの短鎖脂肪酸の存在量は微量であるため、経時的な変化などを正確に調査することができなかった。その原因として用いた集団の代謝活性が低いことが考えられたため、より活性の高い異種微生物間共生型窒素固定菌集団を構築することにした。最終的に構成細菌種の組合せを変化させることにより、高い活性の集団3系統を得ることができた。元の集団は基質セルロースをほぼ分解するのに21～28日を必要としたが、高活性の集団は14～21日で分解が完了した。また、培養の安定性も向上しており、元の集団は継代培養に培地の1/50以上の接種量が必要であったが、得られた高活性の集団は培地の1/500の接種量で安定して継代培養することが可能となった。高活性集団３系統の細菌群集構造を16S rRNA遺伝子の分子系統解析（メタ16S解析）により調べた結果、元の集団と比べ難培養性で知られるVerrucomicrobia門の細菌の相対存在比が大きいことが共通した特徴であった。このことから、構成細菌種の組合せを変化させることにより、活性や集団の安定性の異なる培養系を構築できることが示された。