Innovative strategy for cultivation of CPR bacteria and DPANN archaea

CPR 细菌和 DPANN 古菌培养的创新策略

• 批准号: 22K19141
• 负责人: 加藤 真悟
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19141/
• 关键词: CPRバクテリア; DPANNアーキア; 絶対外部共生; 微生物ダークマター; 培養; メタゲノム; DPANN; CPR; 難培養微生物; CPRバクテリア; DPANNアーキア; 絶対外部共生; 微生物ダークマター; 培養; メタゲノム; DPANN; CPR; 難培養微生物

原核生物の全系統多様性の大部分を占めるともいわれるCPRバクテリア群およびDPANNアーキア群は、地球上の至る所に生息するものの、その99%以上の種がまだ実験室で培養できておらず、宿主域も不明であるため、その生理機能や生態学的役割はほとんど未知である。本研究の目的は、培養に依存せずに未培養性CPR/DPANNの宿主を同定する手法を確立し、その宿主情報に基づいて「CPR/DPANN―宿主」共生体を培養することである。研究計画の初年度となる今年度は、非培養依存のCPR/DPANNの宿主同定法の肝となる１共生体分取顕微装置の開発に着手し、ほぼ完成形に近いところまで組み立てた。未培養微生物の可培養化の成功の鍵は、良い植菌源を選定することである。植菌源の一次スクリーニングとして、国内温泉地４地点において採取済みの温泉水・泥のショートリードメタゲノム解析を実施した。さらにそのうちの１試料において、PacBioロングリードメタゲノム解析を実施し、16S rRNA遺伝子を含むCPR/DPANNのゲノムを１０個以上獲得することに成功した。この成果は国際誌（オープンアクセス）に掲載された。この16S rRNA遺伝子配列を標的にすることで、試料中のCPR/DPANNの細胞を特異的に可視化することが可能となる。また、別の１試料からは、好気条件下で増殖可能なDPANN群の１種と宿主との共培養系を、従来の培養法により確立し、その培養性状やゲノム配列を決定した。この成果は国際誌（オープンアクセス）に掲載され、プレスリリースや解説記事も発表した。このDPANN共培養系は、本研究計画においては、新たに開発する顕微装置の実用性試験において、有用な試料となる。

尽管据说CPR细菌和DPANN古细菌群，这些群体是原核生物的总系统发育多样性中的大部分，但生活在地球上，但超过99％的物种尚未在实验室中进行培养，其宿主范围尚不清楚，其生理功能和生态角色是很广泛的。这项研究的目的是建立一种方法，可以在不依赖文化的情况下识别未养殖的CPR/DPANN宿主，并根据宿主信息培养“ CPR/DPANN-HOST”共生剂。今年是研究计划的第一年，我们开始开发共生制备显微镜，这是非依赖非文化依赖性CPR/DPANN的宿主识别方法的关键，并将其组装成近乎结构的形式。成功种植未培养的微生物的关键是选择良好的接种来源。作为对接种来源的主要筛查，对日本四个温泉地点收集的温泉水和泥浆进行了简短的元基因组分析。此外，在其中一个样品上进行了PACBIO长读取的宏基因组分析，并获得了至少10个含有16S rRNA基因的CPR/DPANN基因组。该结果发表在国际杂志（开放访问）中。通过靶向该16S rRNA基因序列，可以特异性地可视化样品中的CPR/DPANN细胞。此外，从另一个样本中，使用常规培养方法建立了具有有氧条件下可以生长的宿主的共培养系统，并确定其培养特性和基因组序列。该结果发表在国际杂志（开放访问）中，并发表了新闻稿和解释性文章。在该研究项目中，该DPANN共培养系统将是新开发的显微镜设备的实际测试中的有用样本。