Deep insight into metabolic lifestyle of nitrite-oxidizing bacteria

深入了解亚硝酸盐氧化细菌的代谢生活方式

基本信息

批准号：
18J22997
负责人：
石井拳人
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は，共存細菌Acidovoraxが亜硝酸酸化細菌Nitrotogaに及ぼす影響を分子レベルで解明し，当初予定していた計画を完遂した。昨年度までに，Nitrotogaの増殖期における増殖速度をAcidovoraxが促進させたことを発見した。また誘導期では， Nitrotogaの菌体密度が低いときに，Nitrotogaが増殖する割合がAcidovorax存在下で上昇することを明らかにした。Acidovoraxと共存することでNitrotogaの表現型が変わったため， Nitrotogaを単独で培養した場合と比較して遺伝子発現プロファイルにも違いが生じると予測した。網羅的な遺伝子発現解析（RNA-seq）を実施するにあたり，培養が難しいNitrotogaのバイオマスを必要量確保することが障壁であった。そこで，効率の良い集菌方法とRNA抽出方法を検討した。さらに，培養スケールを大きくすることで，RNA-seqで求められるバイオマスを用意した。RNA-seqの結果，増殖期におけるNitrotoga-Acidovorax共培養系ではNitrotoga単独培養系と比べて，窒素代謝や酸化ストレス応答，鉄代謝に関わる遺伝子の発現に違いが見られた。また，酸化ストレス応答遺伝子の発現量も大きく変化していた。定量PCRにより，増殖期のみならず誘導期においても，Acidovoraxと共培養することで窒素代謝の制御因子遺伝子と酸化ストレス応答遺伝子の発現量が変化することが示された。遺伝子発現プロファイルから，Acidovorax存在下でNitrotogaの増殖が活性化した理由を考察できた。2菌種のみで共培養したことで，種が異なる細菌間で働く相互作用を分子レベルで評価することに成功した。

今年，我们完成了最初计划的项目，在分子水平上阐明了共存细菌 Acidovorax 对亚硝酸盐氧化细菌 Nitrotoga 的影响。直到去年，我们发现Acidovorax在Nitrotoga的生长阶段加速了生长速度。此外，在滞后期，当 Nitrotoga 细胞密度较低时，Nitrotoga 的生长速率在食酸菌存在下增加。由于 Nitrotoga 与 Acidovorax 共存时的表型发生了变化，因此我们预测与单独培养 Nitrotoga 时相比，基因表达谱也会有所不同。由于 Nitrotoga 生物量难以培养，因此获取必要量的 Nitrotoga 生物量是全面基因表达分析 (RNA-seq) 的一个障碍。因此，我们研究了高效的细菌收集方法和RNA提取方法。此外，通过增加培养规模，我们能够准备 RNA-seq 所需的生物量。 RNA-seq结果显示，与Nitrotoga单一培养系统相比，Nitrotoga-Acidovorax共培养系统在生长阶段涉及氮代谢、氧化应激反应和铁代谢的基因表达存在差异。此外，氧化应激反应基因的表达水平也发生了显着变化。定量PCR表明，与Acidovorax共培养不仅在生长期而且在滞后期都改变了氮代谢调节基因和氧化应激反应基因的表达水平。从基因表达谱中，我们能够解释为什么 Nitrotoga 增殖在食酸菌存在的情况下被激活。通过仅共培养两种细菌物种，他们能够在分子水平上成功评估不同细菌物种之间的相互作用。