大腸菌実験室進化を通じた生物の元素利用に対する進化的可塑性の検討

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生命の利用する元素を進化を通じて変化させられる可能性について、大腸菌をモデル生物として検討してきた。実験的にはLi, W, Ru, Eu, Ndなどを添加して、継代培養を行ってきた。これらの集団の中に、添加した元素がなければ生育できない金属イオン要求株が生じている可能性を本年度も追及した。しかし、いずれの系列でも明瞭な要求性を示す株の取得は達成できなかった。一方、昨年度の成果から、Euを添加して培養した集団から、Eu存在下で細胞膜が安定化している可能性がある株が生じていることが示唆されていたことから、こちらの株についての単離を検討した。しかし、その後の解析から、Eu存在下で膜が安定化する効果もないわけではないが、そもそもEuがない環境でもこの培養集団は細胞膜が強化されるような進化を遂げていることが明らかになった。そのため、細胞膜強化にEuの関与は大きいわけではない可能性が示唆された。一方で、Euを添加せず進化させた集団では、このような細胞膜の強化は観察されていないことから、添加したEuが間接的に細胞膜の安定性に影響を及ぼしていることが示唆された。また、本研究がうまくいかなった場合に用意していたバックアップの計画についても開始した。具体的には、すでにRuを添加して培養した集団から得られているカタラーゼ欠損株LossKatの誕生系譜を明らかにするためのゲノム解析である。並行して進めている新学術領域の公募研究(22H04821)では主にその株の生化学的な性質に着目をして分析を進めているが、本研究では、その進化プロセスにフォーカスを当てた研究を中心にすすめている。その結果、Ruの培養系列にはFe輸送に関わる遺伝子群に変異が蓄積していることを明らかにできた。さらに、本年度は新たに進化実験に追加したOsの培養系列での実験を行い、進化に対してRuと同様の影響が生じることを突き止めた。