Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

窒素固定微生物 / 鉄還元細菌 / 陸域土壌 / Anaeromyxobacter / Geobacter / 生物的窒素固定 / 鉄還元菌 / 窒素固定活性 / 土壌圏 / 窒素固定 / 水田土壌 / 土壌 / 微生物 / 陸域生態系

世界（農耕地、底泥、森林、砂漠、極地土壌）および日本（水田、畑、森林、底泥）の土壌メタゲノム解析の結果、多くの地点でGeobacterとAnaeromyxobacterの窒素固定遺伝子が検出され、鉄還元細菌による窒素固定が陸域環境において普遍的である可能性が示された。
土壌からGeobacterならびにAnaeromyxobacterを多数分離し、窒素固定活性を確認した。主に水田から分離したGeobacterの解析から、新属GeomonasおよびOryzomonasを提唱した。
様々な陸域環境土壌において嫌気的条件下で鉄還元細菌による窒素固定が起こることが示唆された。

窒素固定は大気中の窒素ガスを生物が利用できる形態の窒素に変換して土壌に供給する、自然生態系を支える重要な反応である。19世紀末に窒素固定が発見されて以降、「土壌の窒素固定は植物共生細菌や光合成細菌が担う」というのが一般常識として定着していた。本研究により、窒素固定できる鉄還元細菌が地球規模で普遍的に分布していること、そして従来の窒素固定微生物よりも存在量が多い傾向も見出された。このことは窒素固定に関する定説を刷新して自然生態系の支持基盤の本質に迫るものであり、その波及効果は土壌学分野に留まることなく、微生物学、地球科学、生態学まで広く自然科学分野全般に及ぶ。

ヒ素 / 土壌 / バングラデシュ / マチルヒ素 / メタン菌 / 土壌浄化 / メチルヒ素 / メタン生成菌 / バングラディシュ / タイ / アルシンガス / 微生物 / ヒ素メチル化酵素 / 嫌気性 / 消化汚泥

本研究はバングラデシュやタイなどのヒ素による汚染が深刻な地域のヒ素除去プロセスのオプションとして、土壌、上水汚泥など高濃度にヒ素を含有している固形物から微生物の機能を用いヒ素を除去するプロセスを開発することが本研究の最終的なゴールであるが、それを達成するためにはヒ素気化に関する様々な基礎的な知見を得る必要がある。本研究で着目したのは一部のメタン生成菌などが有している無機ヒ素のメチル化能力である。本科学研究費補助金助成研究では主に微生物叢に着目し、その工学的な視点から見た生物学的機能を解明することを目的とする。
1年目は様々な環境から採取された試料より得られた混合微生物叢の無機ヒ素のメチル化能力を調べた。試料はバングラデシュの汚染地域土壌、牛糞、高温消化汚泥を選択した。試験は試料を嫌気性反応槽で蟻酸と酢酸の存在下で半連続的に培養を行い、気化されたヒ素の速度を測定した。牛糞槽と汚染土壌槽は約35°、高温消化汚泥槽は55°で培養を行った。約100日の培養の結果、ヒ素のメチル化能力は牛糞>汚染土壌であり、高温消化汚泥からはメチルヒ素の確認はごく微量しかされず、アルシンガスの生成が確認された。いずれの場合も生成したメチルヒ素はメモメチルアルシンであった。
2・3年目はヒ素メチル化微生物の詳細な微生物叢解析・酵素解析を行った。具体的にはヒ素をメチル化することが知られているメタン生成菌純菌を集積培養し、その微生物からヒ素をメチル化するのに深く関与している酵素を単離し、その後、その酵素情報からヒ素メチル化に関与する因子情報を得る手法をとった。単離微生物の研究からはヒ素メチル化にはアデノシルメチオニンよりもメチルコバラミンが深く関わっていることが解ったが、酵素を単離するには至らなかった。

【研究分担者】
伊藤英臣	国立研究開発法人産業技術総合研究所	生命工学領域	主任研究員	(Kakenデータベース)