Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

共生 / 種分化 / 原生生物 / 腸内微生物 / メタン菌 / 難培養 / 細胞内共生 / 腸内細菌群集 / メタゲノム / 木質分解 / 昆虫 / 微生物

生物の種分化過程には様々な類型がある。本研究では、シロアリ腸内共生原生生物（単細胞真核生物）を題材として、原生生物と原核生物（細菌とアーキア）の細胞共生が原生生物の同所的種分化を引き起こすという仮説を立て、その検証を行った。その結果、材料とした原生生物はこれまで1属1種と考えられていたが、細胞内にメタン生成アーキアが共生するか否かで明確に2種に分離されることを明らかにした。また、同共生アーキアのゲノムを解読したところ、自由生活型の近縁種との相違が少なく、比較的最近成立した共生系であることが示唆された。追加の検証が必要ではあるが、以上によって、細胞共生による種分化の可能性が強く示された。

生物の「種」がどのように形成されたか、というのは生物学上の重要なテーマである。本研究課題では、新たな種分化過程の仮説を提唱し、該当する可能性のある事例を材料として検証した。その結果、単細胞真核生物である原生生物の場合、細胞内に原核生物（細菌と古細菌）が共生することで種分化を引き起こす可能性が強く示唆された。これは、多様な原生生物種の存在を（部分的に）説明する、進化学上の重要な成果である。

細菌叢ゲノム / 共生 / 難培養 / バイオマス / メタゲノム / シングルセル / シロアリ

シングルセル・ゲノミクスとは、1細胞のみを用いて、ある生物種のゲノムを解読する研究分野あるいは手法である。ゲノムとは全遺伝情報、すなわち設計図であり、その生物種を用いた基礎・応用研究上、最も重要なデータの一つである。
細菌ゲノムの解読には10億個以上の同一系統の細胞が必要だが、培養すれば容易に集められる。ゲノムDNAの配列解析に要するコストも年々低下しており、これまでに、細菌を中心に1400以上の生物種・系統のゲノムDNA配列が決定されている。
ところが、大多数の微生物種は、実は培養法が不明である。これらはゲノム解読が不可能なのはもちろん、従来の微生物学的研究手法が適用できないので、生理・生態なども未知のままである。微生物は生態系の基盤を形成するだけではなく、人類にとっては不可欠の生物資源でもある。しかし培養不能なために、生態系には大きなブラックボックスが残り、人類が利用可能な生物資源も、ごくわずかにすぎないのである。
そこで本研究課題では、培養を介さずに、1細胞のみでゲノム解読を可能とする手法の確立に取り組んでいる。H22年度においては、まず1細胞を環境中から単離する方法の最適化を行ってきた。いくつかの細胞単離法を試し、また購入予定装置の選定を進めてきた。クリーンルーム、マイクロマニピュレーションシステム、結果を評価するためのリアルタイムPCR装置などの購入・設置を行い、次年度以降(最先端・次世代研究開発支援プログラムで継続)の本格的な研究への準備を完了することができた。

【研究分担者】
木原久美子	熊本高等専門学校	生物化学システム工学科	准教授	(Kakenデータベース)

【研究協力者】
福田真嗣	慶応大学	政策メディア研究科	特任教授
酒井海帆	東京工業大学	生命理工学院	大学院生