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高効率バイオリサイクル共生システムの解明

研究報告コード R070000095
整理番号 R070000095
掲載日 2008年4月11日
研究者
  • 大熊 盛也
研究者所属機関
報告名称 高効率バイオリサイクル共生システムの解明
報告概要 自然界で効率よく資源を利用するシステムを細胞・分子レベルで理解し、資源の有効利用・バイオリサイクルについて学ぶ。このために、セルロースの高い分解能を有し、得られるエネルギーのほとんどを酢酸に変換して有効利用しているシロアリの腸内共生システムを題材に、共生微生物群による高効率性の要因を探る。シロアリは特に熱帯地域に圧倒的な量で存在する土壌昆虫で、陸上生態系での枯死植物から始まる腐食連鎖において大変重要な役割を果たす昆虫であり、その働きの多くは共生微生物によってもたらされると考えられている[総説として、M.Ohkuma,Termite symbiotic systems:efficient bio-recycling of lignocellulose. Appl. Microbiol. Biotechnol., 61, 1-9(2003)]。しかしながら、シロアリ腸内の共生微生物は、大半が培養が困難な微生物であり、どのような微生物がどのような機能を果たしているかはほとんど解明されていない。原生生物についても細胞形態による分類の他は詳細な研究はなされていなかった。そこで、我々は培養を介さない分子生物学的な方法を適用して共生微生物の研究を行ってきた結果、シロアリの腸内には多くの未知の微生物が共生していることを明らかとした。また、原生生物の細胞内や細胞表層に様々な細菌が共生していることも見出し、微生物群が多重に共生しあった関係であることも明らかとなった。本研究では、種々の原生生物と細菌の細胞レベルでの共生に注目し、共生の進化過程をもみすえて、どのような細菌種が細胞共生するかを明らかにする。特に上述の効率性をもたらす特徴的な機能に着目し、培養を介さない方法で腸内での局在・存在状態と機能をリンクさせて統合的にこの多重共生システムを理解する。本研究は、自然界の複合的な共生システムを微生物機能のレベルで直接詳細に解析する先駆的な研究であると位置づけられる。
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研究分野
  • 微生物の生態
関連発表論文 (1) S. Noda, T. Iida, O. Kitade, H. Nakajima, T. Kudo, M. Ohkuma. Endosymbiotic Bacteroidales bacteria of flagellated protist Pseudotrichonympha grassii in the gut of termite Coptoterms formosanus. Appl. Environ. Microbiol., 71, in press (2005).
(2) S. Noda, T. Inoue, Y. Hongoh, M. Kawai, C. C. NaleDa, C. Vongkaluang, T. Kudo, M. Ohkuma. Identification and characterization of ectosymbionts of distinct lineages in Bacteroidales attached to flagellated protists in the gut of termites and a wood-feeding cockroach. Environ. Microbiol., 7, in press (2005).
(3) Y. Hongoh, P. Deevong, T. Inoue, S. Moriya, S. Trakulnaleamsai, M. Ohkuma, C. Vongkaluang, N. Noparatnaraporn, T. Kudo. Intra- and interspecific comparison of bacterial diversity and community structure support coevolution of gut microbiota and termite host. Appl. Environ. Microbiol., 71, in press (2005).
(4) H. Nakajima, Y. Hongoh, S. Noda, Y. Yoshida, R. Usami, T. Kudo, M. Ohkuma. Phylogenetic and morphological diversity of Bacteroidales members associated with the gut wall of termites, Biosci. Biotech. Biochem., in press.
(5) Y. Taprab, T. Johjima, Y. Maeda, S. Moriya, S. Trakulnaleamsai, N. Noparatnaraporn, M. Ohkuma, T. Kudo. Symbiotic fungi produce laccases potentially involved in phenol degradation in fungus combs of fungus-growing termites in Thailand. Appl. Environ. Microbiol., 71, in press (2005).
(6) A. Yamada, T. Inoue, D. Wiwatwitaya, M. Onkuma, T. Kudo, A. Sugimoto. Ecological function of nitrogen fixed by termites in tropical forests, Thailand. Ecosystems, 8, in press (2005).
(7) Y. Hongoh, L. Ekpornprasit, T. Inoue, S. Moriya, S. Trakulnaleamsai, M. Ohkuma, N. Noparatnaraporn, T. Kudo. Intra-colony variation of bacterial gut microbiota among castes and ages in the fungus-growing termite Macrotermes gilvus. Mol. Ecol., in press.
(8) S. Noda, M. Kawai, H. Nakajima, T. Kudo, M. Onkuma. Identification of two lineages of Bacteroidales ectosymbionts associated with a termite gut protist, Oxymonas sp., and their in situ detection. Microbes Environ., in press.
(9) S. Moriya, T. Inoue, M. Ohkuma, Taprab, Y., T. Jobjima, P. Suwanarit, U. Sangwanit, C. Vongkaluang, N. Noparatnaraporn, T. Kudo. Fungus community analysis of fungus garden in termite nest. Microbes Environ., in press
(10) H. Nakajima, Y. Hongoh, R. Usami, T. Kudo, M. Ohkuma. Spatial distribution of bacterial phylotypes in the gut of the termite Reticulitermes speratus and bacterial community colonizing on the gut epithelium. FEMS Microbiol. Ecol., 54, 247-255 (2005).
(11) M. Ohkuma, T. Iida, O. Kuniyo, H. Yuzawa, S. Noda, E. Viscogliosi, T. Kudo. Molecular phylogeny of parabasalids inferred from small subunit rRNA sequences, with emphasis on the Hypermastigea. Mol. Phylogenet. Evol., 35, 646-655 (2005).
(12) T. Inoue, S. Moriya, M. Ohkuma, T. Kudo. Molecular cloning and characterization of a cellulase gene from a symbiotic protist of the lower termite, Coptotermes formosanus Gene, 349, 67-75 (2005).
(13) T. Thongaram, Y. Hongoh, S. Kosono, M. Ohkuma, S. Trakulnaleamsai, N. Noparatnaraporn, T. Kudo. Comparison of bacterial communities in the alkaline gut segment among various species of higher termites. Extremophiles, 9, 229-238 (2005).
(14) A Yamada, T. Inoue, M. Ohkuma, T. Kudo, A. Sugimoto. Fungus-growing termites determine carbon flow from above- to belowground pools and restrict the biomass of soil-feeding termites Ecol. Res. 20, 453-460 (2005).
(15) T. Inoue, Y. Hongoh, C. Klangkaew, Y. Takematsu, C. Vongkaluang, N. Noparatnaraporn, M. Ohkuma, T. Kudo. Plasticity and specificity of termite nest structure. Sociobiology, 45, 671-678 (2005).
(16) P. Deevong, S. Hattori, A. Yamada, S. Trakulnaleamsai, M. Ohkuma, N. Noparatnaraporn, T. Kudo. Isolation and detection of methanogens from the gut of higher termites. Microbes Environ., 19, 221-226 (2004).
(17) D. Gerbod, E. Sanders, S. Moriya, C. Noeel, H. Takasu, N. M. Fast, P. Delgado-Viscogliosi, M. Ohkuma, T. Kudo, M. Capron, J. D. Palmer, P. J. Keeling, E. Viscogliosi. Molecular phylogenies of Parabasalia inferred from four protein genes and comparison with rRNA trees. Mol. Phylogenet. Evol. 31, 572-580 (2004).
(18) M. Ohkuma, H. Shimizu, T. Thongaram, S. Kosono, K. Moriya, S. Trakulnaleamsai, N. Noparatnaraporn, T. Kudo. An alkaliphilic and xylanolytic Paenibacillus species isolated from the gut of a soil-feeding termite. Microbes Environ., 18, 145-151 (2003).
(19) T. Thongaram, S. Kosono, M. Ohkuma, Y. Hongoh, M. Kitada, T. Yoshinaka, S. Trakulnaleamsai, N. Noparatnaraporn, T. Kudo. Gut of higher termites as a niche for alkaliphilies as shown by culture-based and culture-independent studies. Microbes Environ., 18, 152-159 (2003).
(20) Y. Hongoh, H. Yuzawa, M. Ohkuma, T. Kudo. Evaluation of primers and PCR conditions for the analysis of 16S rRNA genes from a natural environment. FEMS Microbiol. Lett., 221, 299-304 (2003).
(21) Y. Hongoh, M. Ohkuma, T. Kudo. Molecular analysis of bacterial flora in the gut of the termite Reticulitermes speratus (Isoptera: Rhinotermitidae). FEMS Microbiol. Ecol., 44, 231-242 (2003).
(22) S. Noda, M. Ohkuma, A. Yamada, Y. Hongoh, T. Kudo. Phylogenetic position and in situ identification of ectosymbiotic spirochetes on protists in the termite gut. Appl. Environ. Mibrobiol., 69, 625-633 (2003)
(23) M. Ohkuma, Y. Hongoh. T. Kudo. Chapter 12. Diversity and molecular analyses of yet-uncultivated microorganisms. In H. Konig, A. Avarma (eds.), Soil Biology Volume 6, Intestinal microorganisms of termites and other invertebrates. Springer-Verlag, Heidelberg, in pres
(24) S. Moriya. S. Noda, M. Ohkuma. T. Kudo. In situ hybridization of termite hindgut microbes. In E. Hilario. J. F. Mackay (eds.), DNA-analysis by nonradioactive probes. Humana Press, Totowal, NJ. USA, in press.
(25) 工藤俊章、大熊盛也(監修)、バイオテクノロジーシリーズ難培養微生物研究の最新技術─未利用微生物資源へのアプローチ─、シーエムシー出版(2004).
(26) 野田悟子、大熊盛也、難培養微生物の研究方法 9.機能遺伝子による解析とそのmRNAの検出、In工藤俊章、大熊盛也(監修)、難培養微生物研究の最新技術─未利用微生物資源へのアプローチ─、シーエムシー出版、pp.83-93,(2004).
(27) 斎藤雅典、岩瀬剛二、大熊盛也、辺境に残された貴重な宝物─学際シンポジウム「微生物の寄生と共生:その進化と適応」報告、日本微生物生態学会誌、19,54-56,(2004).
(28) 大熊盛也、工藤俊章、シロアリ共生微生物への培養を介さないアプローチ、日本農芸化学会誌(ミニレビュー「難培養微生物資源へのアプローチ」)、77,1237-1239,(2003).
(29) 大熊盛也、共生微生物は極限環境微生物か?、極限環境微生物学会誌(研究最前線)、2,4-5,(2003).
(30) 大熊盛也、シロアリ-微生物共生系の分子生態学的研究、日本農芸化学会誌(受賞総税)、77,846-851,(2003).
(31) 大熊盛也、シロアリ腸内の微生物共生システム、日本農芸化学会誌(ミニレビュー「共生微生物のバイオフロンティア」)、77,134-136,(2003).
(32) M. Ohkuma. Cellular symbioses within the symbiotic microbial community in the gut of termites.Okazaki Biology Conference(OBC)on "Terra Micro biology",Sep.(2004).
(33) 大熊盛也、シロアリと微生物共生系の分子生態学的研究、筑波大学生命環境科学研究科21世紀COEプログラム第1回若手シンポジウム「環境応答の分子機構とバイオ機能の高度利用」、2004年3月
(34) 大熊盛也,シロアリ-微生物共生系の分子生態学的研究(平成15年農芸化学奨励賞受賞記念講演)、日本農芸化学会関東支部第1回例会、2003年6月
(35) 大熊盛也、工藤俊章、シロアリ腸内の共生微生物の機能とミクロエコロジー、日本農芸化学会大会(シンポジウム「難培養微生物資源へのアプローチ」)、2003年3月
研究制度
  • 戦略的創造研究推進事業 さきがけタイプ(旧若手個人研究推進事業を含む)/変換と制御
研究報告資料
  • 大熊 盛也. 高効率バイオリサイクル共生システムの解明. シンポジウム2005 環境調和型のエネルギー・物質変換を目指して さきがけタイプ研究報告会 「変換と制御」領域 講演要旨集(第三期研究者)(研究期間2002-2005), 2005. p.31 - 40.

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