Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

昆虫利用・機能開発 / 共生 / 難培養 / バイオマス / 原生生物 / シロアリ

近年、化石燃料価格高騰による経済被害や、その消費に伴う地球温暖化ガス放出などの環境破壊が、世界的な問題となっている。その解決策の一つが、植物質由来のバイオマス燃料開発と普及である。植物は空気中のCO_2を吸収して自身の体を構成するため、それを燃焼しても、CO_2濃度は上昇したことにならない(カーボンニュートラル)。しかし、種子を除き、植物の主成分はリグノセルロースという堅固な物質であり、動物は一般にこれを消化できないし、人工的な化学分解もコストが大きい。ところがシロアリは、腸内共生微生物の働きで高効率なリグノセルロース分解を実現している。そのため、シロアリの能力をバイオ燃料開発に応用しようという試みが、世界中で行われている。
問題は、シロアリ腸内共生微生物群が難培養性で、従来の培養を前提とした微生物学的研究がほぼ不可能ということである。そこで、網羅的なゲノム(全遺伝情報)解析や転写産物解析など、オミックスと呼ばれる手法が必要となる。そのためには、腸内共生微生物叢を単純化したモデル生物の使用が望ましいが、存在しない。
本研究課題では、その「モデルシロアリ」作成を試みている。出発材料として、わずか種類の原生生物しか共生していないシロアリ種を用いた。まずその腸内微生物の群集構造を、培養非依存的な分子生態学的手法により解析した。その結果、わずかに異なる2系統が1つの腸内に混在していた。今後、これを1系統にすることを一試みる。

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。

難培養 / 微生物 / 細菌 / 共生 / ゲノム / シロアリ / 昆虫 / バイオマス / 腸内細菌 / 原生生物 / 環境 / セルロース

地球上の99%以上の微生物種は培養法が不明であり、その生理・生態はほとんど未知である。本研究では、シロアリ腸内に共生する培養不能細菌の1種の少数細胞から、DNA合成酵素を使用することで全遺伝子情報を1千万倍に増幅して完全解読する手法の確立を試み、世界で初めて成功した。これにより、これまで詳細が不明であったシロアリと腸内原生生物、腸内細菌の複雑な3者共生機構を世界で初めて明らかにした。