微生物生態系における自己組織化と機能の安定化機構の解明

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本研究の目的は、自然環境をゼロから再構築するための枠組みの構築であり、その根幹を担う微生物生態系の形成・維持・変遷機構の解明を目指した。そのために微生物群が自己組織化し如何に機能を発揮するのかを個体群、1細胞レベルの代謝を解析した。複合微生物群は様々な微生物で構成されることから、その全てを解析するのは困難を極める。そこで本研究では、個体群内で自己組織化し、フェノール分解という機能において安定状態と不安定状態を持つComamoans thiooxydans R2株を用いた。フェノールを唯一の炭素源として連続集積培養した結果、フェノール分解に直接関与する細胞は全体の約10%以下に減少した。培養系内における細胞の生存率は約93%以上であり、大半の細胞が代謝産物等を利用し増殖していることが示唆された。即ち、限られた単一基質が供給される培養系でさえ様々な形質の細胞が存在することが示唆された。そこで、1細胞レベルの増殖を解析した結果、増殖速度および最大増殖量が異なる様々な代謝状態の細胞が混在していた。次に、非フェノール分解細胞が利用する基質を解析するため、連続集積培養系から培養上清を回収しR2株を培養することで、培養前後で増減する代謝産物を解析した。その結果、培養上清中での顕著な増殖は確認できない一方で、様々な代謝産物が培養上清中から消失することが示された。現在その代謝産物の同定を進め、個体群内に形成された代謝ネットワーク構造の解析を進めている。さらに、フェノール分解細胞と非分解細胞を分取し、それぞれの遺伝子転写を解析するため、R2株のphenol hydroxylse遺伝子群と同じ制御系にGFP遺伝子を導入し、その蛍光によって識別するシステムを構築している。これにより、代謝産物および遺伝子転写のレベルでR2株におけるフェノール分解機能維持機構解明を目指している。