地球温暖化に伴うサンゴの白化現象の解析と修復に向けたプロバイオティクスの開拓

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アザミサンゴ（Galaxea fascicularis）から単離した褐虫藻を培養し細菌叢解析を行ったところ、褐虫藻にはフラボバクテリアとアルファプロテオバクテリアが主に共在していることが明らかになった。次に、抗生物質を含む培地で褐虫藻を培養したところ、フラボバクテリアの相対存在量が減少した。この褐虫藻を熱ストレスおよび光ストレス条件下で培養し、光化学系IIの最大量子収率および活性酸素種の生産量を測定したところ、抗生物質処理をしなかった褐虫藻に比べて、有意に光化学系IIの最大量子収率が減少し、活性酸素種の生産量が上昇していた。さらに、褐虫藻に共在していたフラボバクテリアを単離（GF1株と命名）し、抗生物質処理をした褐虫藻に対して再接種を行ったところ、抗生物質処理をしなかった褐虫藻と同程度までフラボバクテリアの相対存在量が回復し、光化学系IIの最大量子収率および活性酸素種の生産量も改善した。次に、GF1株が褐虫藻のストレス耐性の向上に寄与するメカニズムを明らかにするため、GF1株のゲノム解析を行った。その結果、GF1株にはカロテノイドの一種であるゼアキサンチンの生合成経路が存在することが明らかになった。また、LC-MS/MSを用いて単離GF1株の代謝物分析を行い、ゼアキサンチンを生産していることを実証した。ゼアキサンチンには強力な抗酸化作用があることが知られているため、次に、褐虫藻に対してゼアキサンチンの投与実験を行い、その効果を調べた。その結果、熱ストレスおよび光ストレス条件下で培養した褐虫藻の光化学系IIの最大量子収率が有意に上昇し、活性酸素種の生産量が有意に減少することを明らかにした。以上の結果は、GF1株がゼアキサンチンの生産を通して褐虫藻のストレス耐性の向上に寄与していることを示しており、これらの結果をまとめた論文はmBio誌に受理された。