【研究領域課題番号】20K10436 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロバイオーム / 微生物 / 細菌 / ウイルス / 都市 / 人工環境 / 建造環境 / 抗生物質耐性 / 都市マイクロバイオーム / 人工環境の微生物 / メタゲノム / 薬剤耐性 / 新型コロナウイルス感染症（COVID-19） / MetaSUB国際コンソーシアム / バッチ効果 / 微生物群集 / オリンピック / 抗菌薬耐性 / プラスミド

【研究成果の概要】

微生物による感染症の増加要因には、抗菌薬耐性などの病原体要因に加え、都市化による人口の集中、交通機関の発達による人の国際的な移動などの社会的要因が関与している。感染症の国際化に対応するためには、感染症のアウトブレイク（パンデミック）が発生する前の状態を定期的に観測する国際協力体制の構築が必要である。これまでに、国際コンソーシアム MetaSUB (Metagenomics & Metadesign of Subways & Urban Biomes; metasub.org) では、標準化されたプロトコルを用いて、都市のマイクロバイオーム urban microbiome（微生物群集とその遺伝子の総体）の共通点と相違点を明らかにしてきた。しかし、人の国際的な移動イベントに伴う都市マイクロバイオームの変動を調査した研究は前例がない。2020年は、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）パンデミックにより、国外からの来訪者が激減し、「緊急事態宣言」に伴い学校施設などが閉鎖された。そこで、本研究では、COVID-19パンデミック下の国際イベント（オリンピック・パラリンピック）開催前後の都市マイクロバイオーム（ウイルス・細菌・薬剤耐性遺伝子の組成）の変動を明らかにすることを目的とする。
2021年度は、東京2020オリンピック（7月23日-8月8日）・パラリンピック（8月24日-9月5日）開催期間中とその前後に定期的に、建造環境 built environment（鉄道の駅、学校施設など）表面からサンプルを採取した。サンプルは米国ニューヨーク市（Mason Lab, Weill Cornell Medicine）へドライアイス輸送した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】19H03310 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

鉄酸化微生物 / 鉄還元微生物 / ナノ鉱物 / バイオミネラリゼーション / 微生物ダークマター / 鉄酸化菌 / 鉄還元菌 / バイオミネラル / メタゲノム / 分離培養 / 微生物

【研究成果の概要】

本研究では、「多種多様な未培養微生物が酸化鉄ナノ鉱物の生成・溶解を駆動し、地球表層環境における様々な元素の挙動・循環を支配している」という作業仮説の検証を通じて、それらの未培養微生物を分離培養により同定し、地球表層環境における「酸化鉄ナノ鉱物の生成・溶解プロセスの実態」と「微生物－酸化鉄ナノ鉱物－多元素の相互作用」を解明することを目的とした。本研究によって得られる成果は、自然界の元素循環に対する新たな視点を提示するものであり、さらには資源枯渇や環境汚染問題解決へ向けた応用バイオ技術の飛躍的な発展に貢献する可能性を秘めている。
2021年度は、本計画で得た中性pH付近で単独で鉄酸化および鉄還元によって増殖できるMIZ03株について追加の性状実験を行い、これをまとめた論文がMicrobiology Spectrum誌に受理された。MIZ03株には暫定的にRhodoferax lithotrophicusと名付けた。本成果については、学会やシンポジウムでの発表、プレスリリース、さらには解説文をウェブにて公開した。また、本計画で分離培養した、中性pH付近で鉄酸化によりエネルギーを獲得する微好気性バクテリアの分離株MIZ01株について、全ゲノム決定および系統解析、さらには形態・性状解析を実施した。得られた結果に基づいて、MIZ01株にSideroxyarcus emersoniiと名付け、新属新種としてIJSEM誌にて誌上発表した。新たなモデル地として、国内温泉地の堆積物試料を対象として、PacBioロングリードメタゲノム解析を実施し、鉄還元をすると推定される新規バクテリアの存在を示唆した。本成果は国内学会にて発表した。以上、上記の仮説検証に必要な知見を着実に積み重ねている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2024-03-31

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】多様性生物学、人類学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19423 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

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

【研究成果の概要】

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。

【研究の社会的意義】

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。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】水圏生産科学

【研究領域課題番号】16H02562 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

微生物 / 海洋 / 海表面マイクロ層 / 大気エアロゾル / メタゲノム / バイオエアロゾル / 雲凝結活性 / エアロゾル / TEP / 海表面マイクロレイヤー / 雲 / マイクロレイヤー

【研究成果の概要】

本研究では，海洋の生物活動と気候システムのリンクとして，バイオエアロゾルによる雲生成への影響に注目し，これを制御する鍵として海表面マイクロ層と海から生成するエアロゾル中の微生物動態について解析を行った. 第一に，海洋から大気へと放出されるエアロゾルの質的かつ量的な変動を制御していると考えられる鍵微生物グループを特定した．第二に，メタゲノム情報から鍵微生物グループのゲノム構築を行い，それらの機能解析に向けた基盤整備を行なった．第三に，海水中の環境変化に伴う微生物群集組成とそれらの機能ポテンシャルの変化，さらには海から生成したエアロゾルの雲凝結核活性の変化を同時に捉えることができた．

【研究の社会的意義】

エアロゾルに存在する有機物や微生物の質と量に関する情報は，気候変化の予測において重要なパラメータであり，生物活動から気候システムへのフィードバック効果を評価するうえで不可欠な情報である．本研究によって，これまでほとんど知見のない海表面マイクロ層やエアロゾルに生息する微生物群集を解析し，その化学的変化に寄与する鍵グループを明らかにできたことは，海洋生物活動と気候システムの相互作用メカニズムの理解に新たな糸口を与えることになる．さらに，今後のゲノム解析を通じてこれらの微生物群の機能的特徴を明らかにすることで，海洋微生物の環境適応メカニズムの一端を明らかにすることができると期待される．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】40,170千円 (直接経費: 30,900千円、間接経費: 9,270千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】24241002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

微生物 / メタゲノム / 西部北太平洋 / 海洋細菌 / 時系列観測 / 多様性 / メタゲノミクス / 細菌 / 古細菌

【研究成果の概要】

西部北太平洋海域は，世界でも有数の漁場であり，活発な生物ポンプ作用による二酸化炭素吸収海域でもある．本研究は，西部北太平洋の亜寒帯及び亜熱帯海域に設置された時系列観測点において，微生物群集構造および代謝機能の網羅的解析を行うことにより，亜寒帯及び亜熱帯外洋域における微生物機能の時系列変動を比較解析した初めての例として，貴重なデータと成果を得ることができた．さらに，次世代型のメタゲノム解析・評価システムMetabolic And Physiological potentiaL Evaluator (MAPLE)の開発に貢献し，新しい生態系解析ツールとしての有用性を示した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2012-04-01 - 2016-03-31

【配分額】46,800千円 (直接経費: 36,000千円、間接経費: 10,800千円)