Unravelling the metabolism of Kouleothrix aurantiaca by whole genome sequencing

通过全基因组测序揭示橙色寇勒丝菌的代谢

基本信息

批准号：
22F20714
负责人：
新田見匡
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-22 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

コウレオスリックス属の細菌はその糸状性の形態により活性汚泥のバルキングを誘引することが報告されている。廃水処理施設において、バルキングの発生は処理水質の悪化など様々な問題を引き起こす。本課題ではコウレオスリックス属オーランティアカ種細菌の全ゲノム塩基配列を解読し、同細菌の増殖制御因子を明らかにすることを目的とした。我々は先行研究において同細菌のゲノム塩基配列の一部を明らかにしていた。本課題ではその先行研究の結果も合わせて全容を解明することで、活性汚泥のバルキングの解決に繋がる有用な情報を得る計画であった。コウレオスリックス属オーランティアカ種の細菌5株について全ゲノム配列を決定した結果、そのゲノムは細菌としては比較的大きなサイズ（8.57-10.15 Mb）であることが分かった。解読したゲノム配列に基づき5株の系統解析を行ったところ、1株は他の4株とは遠縁であることがわかった。同株はコウレオスリックス属の新種の基準株になるものと考えられる。オーランティアカ種4株についてゲノムアラインメントを行った結果、それらは遺伝子位置が高いレベルで相同であり、株間の差異の多くは可動遺伝要素の挿入に起因していることがわかった。バクテリオファージを標的とした抗ウイルスシステムについて調べたところ、5株のゲノムには制限酵素やCRISPR-Casなどの抗ファージシステムが多く存在していた。これはコウレオスリックス属がファージによる感染への防御に優れることを示すとともに、それにより生息数が維持される可能性を示唆する結果であった。また代謝解析により好気と嫌気条件下でのコウレオスリックス属細菌の炭素利用経路を再構築することができた。コウレオスリックス属の細菌が活性汚泥環境で増殖する機序をさらに明らかにすることで、廃水処理施設におけるバルキングを防ぐための手段を構築できるものと考える。

据报道，鞘丝菌属细菌由于其丝状形态而导致活性污泥膨胀。在废水处理设施中，膨胀会导致处理水质恶化等各种问题。该项目的目的是解码Coleothrix sp. 属细菌的整个基因组序列，并阐明控制该细菌生长的因素。在我们之前的研究中，我们已经揭示了这种细菌的部分基因组序列。在这个项目中，我们计划通过阐明整个情况，包括以前的研究结果，获得有用的信息，从而找到活性污泥膨胀的解决方案。发现 Coleothrix Aurantiaca 属 5 种细菌菌株的完整基因组序列相对较大（8.57-10.15 Mb）。基于解码的基因组序列对五株菌株进行的系统发育分析表明，其中一种菌株与其他四种菌株具有远亲关系。该菌株被认为是鞘丝鸟属新种的模式菌株。四种 Aurantiaca 菌株的基因组比对表明，它们在基因位置上高度同源，并且菌株之间的许多差异是由于可移动遗传元件的插入造成的。当我们研究针对噬菌体的抗病毒系统时，我们发现这五株病毒的基因组中含有许多抗噬菌体系统，例如限制性内切酶和CRISPR-Cas。这一结果表明鞘丝菌属在防御噬菌体感染方面表现出色，并表明种群可能由此得以维持。代谢分析还使我们能够重建鞘丝菌在需氧和厌氧条件下的碳利用途径。我们相信，通过进一步阐明鞘丝菌在活性污泥环境中增殖的机制，我们将能够开发出一种防止废水处理设施膨胀的方法。