2019-2023 年度 ⽂部科学省 科学研究費補助⾦ 新学術領域研究

NEWS LETTER
No.05 (December, 2021)

⽬次

論⽂紹介
・ラマン分光と機械学習で異なる細菌とアーキアを１細胞レベルで識別可能に︕

2

・新属新種のアーキアを分離・記載し、新綱を創設︕

4ニュース・シンポジウム「もっと知りたい︕ポストコッホ技術」を開催

6

・シンポジウム「ポストコッホ型の⽣態を⾒る・知る」を開催

6

・公募研究（後期）の募集を開始

6

・第 5〜9 回共⽣進化機構国際セミナーを共催

7

・ACT-X「環境とバイオテクノロジー」領域－新学術領域「ポストコッホ⽣態」合同シンポジウムを開催

8

・IIBMP2021（2021 年⽇本バイオインフォマティクス学会年会・第 10 回⽣命医薬情報学連合⼤会）にてシンポジウム「ポストコッホ⽣態学が拓くBioinformatics の新地平」を共催
・EMBO Workshop 2021 “Bacterial Membrane Vesicles” を共催

89イベント予告

1

・第 10 回共⽣進化機構国際セミナーを共催予定

10・農芸化学会と細菌学会の連携シンポジウムを共催予定

10モデル圃場から

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論⽂紹介
① ラマン分光と機械学習で異なる細菌とアーキアを１細胞レベルで識別可能に︕
Machine learning-assisted single-cell Raman ﬁngerprinting for in situ
and nondestructive classiﬁcation of prokaryotes
N. Kanno (A01-2), S. Kato (A02-4), M. Ohkuma (A02-4), M. Matsui (A02-3),
W. Iwasaki (A02-3) and S. Shigeto (A01-2)
iScience, 2021, 24(9):102975. https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102975
論⽂の概要
メタオミクス解析により、未培養系統を含む多種多様なバクテリア・アーキ
アの環境中における様々な活動が明らかになってきています。環境微⽣物の詳
細な機能解析、および新規微⽣物の分離効率の向上には、環境サンプル中の細胞の種類を⾮破壊かつ低侵襲に識別し、培養を含む様々な解析へと繋げられる⼿法が有効です。私たち A01-2 班が得意とする「顕微ラマン分光法」では、豊富な分⼦情報が反映された細胞のラマンスペクトルを顕微鏡下で⾮破壊的に、かつ 1 細胞レベルで取得することが可能です。培養可能か否かに関わらず、細胞が顕微鏡下で視認できさえすれば測定できるため、「ポストコッホ技術」として有⽤であると期待されます。
本研究では、環境微⽣物種の 1 細胞レベル識別技術の開発を⽬標に、シングルセルラマンスペクトルの機械学習を⽤いて、アーキアを含む6 種の原核⽣物の細胞を識別する実験を⾏いました。私たちのこのアプローチは A01-3 班の⾃家蛍光スペクトルパターンを利⽤した識別法と相補的であると⾔えます。⾃家蛍光は感度の点で⾮常に優れていますが、そのスペクトルがどのような⽣体分⼦種に由来するかを調べる

2

ことは困難です。ラマン分光は細胞を壊さずそれを明らかにできるという点で唯⼀無⼆です。
A02-4 班（理研バイオリソースセンター）の協⼒のもと選定・培養したバクテリア 3 種、アーキア 3 種のラマンスペクトルを、光ピンセットにより捕捉した 1 細胞ごとに測定しました。得られたデータを⽤いて、機械学習アルゴリズムの⼀つである Random Forest による識別モデルを構築しました。ここでは情報科学の専⾨家 A02-3 班とディスカッションを重ねながら、パラメーターの最適化や結果の解釈を⾏いました。その結果、98.8%という⾼い精度で原核⽣物 6種を識別可能なモデルを構築できました。さらに、各特徴量の重要度を求めることで、タンパク質や核酸、脂質の組成や、カロテノイド⾊素の有無といった、微⽣物種ごとの細胞の分⼦組成の違いが種の識別に⼤きく寄与したことを明らかにしました。また、⼈⼯的に作成した微⽣物混合系においても、1 細胞レベルで⾼精度に微⽣物種を識別できることを⽰しました。
以上のように、微⽣物学・ラマン分光学・情報科学の異分野融合によって、スペクトル処理から 1 細胞識別、特徴量抽出まで容易に実⾏でき、かつ系統群や⽣化学的知⾒と関連させながら解析可能な、分⼦情報を基盤としたシングルセル解析⼿法を確⽴しました。今後は、圃場の⼟などの実環境サンプルを想定して微⽣物種や⽣理活性、測定条件を検討し、実環境中の微⽣物の培養やシングルセルゲノム解析などにも繋げて⾏くことを⽬指します。
A01-2 班3

菅野菜々⼦、重藤真介

論⽂紹介（つづき）② 新属新種のアーキアを分離・記載し、新綱を創設︕
Conexivisphaera calida gen. nov., sp. nov., a thermophilic sulfur- and iron-reducing
archaeon, and proposal of Conexivisphaeraceae fam. nov., Conexivisphaerales
ord. nov., and Conexivisphaeria class. nov. in the phylum Thaumarchaeota
Kato S (A02-4), Ohnishi M, Nagamori M, Yuki M (A02-4),
Takashina T, Ohkuma M (A02-4), Itoh T (A02-4)
Int J Syst Evol Microbiol, 2021, 71(1): 004595. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004595
論⽂の概要
微⽣物の真髄は「多様性」です。1990 年頃からの 16S rRNA 遺伝⼦配列解析技術の発展に伴い、微⽣物の系統学的多様性が明らかにされてきました。その結果、地球上に⽣息する⼤部分の微⽣物が実験室で未だ培養できていないことが明らかになりました。2010 年頃からは、メ

Nitrososphaeria
100(class)Nitrosopumilus maritimus SCM1T
Nitrosoarchaeum koreensis MY1T
‘Cenarchaeum symbiosum’ A‘Nitrosopelagicus brevis’ CN25
‘Nitrosotenuis cloacae’ SAT1
‘Nitrosotalea devanaterra’ NDEV1100‘Nitrososphaera gargensis’ Ga9.2
100
Nitrososphaera viennensis EN76T100‘Nitrosocosmicus oleophilus’ MY3100100 HRbin04‘Nitrosocaldus cavascurensis’ SCU2100Fn1100
UBA183100
PALSA−1368
100
BOG−1369
60
UBA223
100
SAT139
66
UBA14163
SCGC AB-179-E04
58
HRbin06
100DS1100
Conexivisphaeria
UBA160100(class)
UBA164
57
BS196
76
100
100100

タゲノム・シングルセルゲノム解析技術が急速に発展し、それら未培養微⽣物のゲノしながら、いくらゲノムを解読しても、機能未知遺伝⼦だらけの現状では、微⽣物の形態や⽣理機能といった「表現型」の多様性を理解することはできません。表現型は、その微⽣物を実験室で培養することで、初めてその詳細が明らかになります。
以前、私たちの研究グループは、国内温泉から鉄を還元する好熱性アーキア NAS02 株の分離培養に成功しました[1]。系統解析の結果、NAS-02 株は”THSCG”と呼ばれる未培養系統群に属することが明らかになりました。THSCG はアンモニア酸化アーキ
アの存在が知られている Thaumarchaeota

4Thaumarchaeota

ム多様性も明らかにされてきました。しかConexivisphaera calida NAS-02T931008710087‘Geothermarchaeota’

2‘Aigarchaeota’

3‘Bathyarchaeota’

5100

100 67598

Crenarchaeota (Sulfolobales, Desulfurococcales, etc.)‘Marsarchaeota’

36283

Crenarchaeota (Thermoproteales)

4711002‘Geoarchaeota’581003‘Verstraetearchaeota’

0.10図. NAS-02 株の系統学的位置を⽰す
系統樹（上記⽂献より改変）

⾨に属しますが、本菌株にはアンモニア酸化能はなく、むしろ Crenarchaeota ⾨に属する好熱性アーキアと似た性状を有しています。しかし、本菌株の分離を報告した時点では命名のための記載がまだ⼗分でなく、分類学上の位置も確⽴しておりませんでした。そこで私たちは、詳細な記載を追加して、NAS-02 株を新属新種として Conexivisphaera calida と命名し、さらに⾼次分類群として、新科
Conexivisphaeraceae、新⽬ Conexivisphaerales、新綱 Conexivisphaeria を提唱し、これらが正式に認められました（前⾴の図）。本菌株は、各研究機関で研究材料として利⽤可能です（=JCM 31663T=DSM 105898T）。
新しく発⾒した微⽣物の特徴を記載し、分類学上の位置を確⽴して、固有の名前をつけることは、多様性を「整理」するためのプロセスであり、⽣命科学を混乱なく発展させるために必要不可⽋です。その⼀⽅で、多様性を「理解」するためには、分類体系の裏に秘められた科学的真理を⾒出すことこそが重要であり、⽣息環境やゲノムだけでなく、表現型についても詳しく調べることが望まれます。培養は、表現型を知るための基本かつ強⼒な⼿法であり、本領域によってさらなる改良・開発が進められています。本領域により、微⽣物の「多様性」の理解が⾶躍的に進むことが期待されます。
[1] Kato S, Itoh T, Yuki M, Nagamori M, Ohnishi M, Uematsu K, Suzuki K, Takashina T,Ohkuma M. 2019. Isolation and characterization of a thermophilic sulfur- and ironreducing thaumarchaeote from a terrestrial acidic hot spring. ISME J 13:2465-2474.
A02-4 班

5加藤真悟、伊藤隆、⼤熊盛也

ニュース① シンポジウム「もっと知りたい︕ポストコッホ技術」を開催
2021 年 7 ⽉ 2 ⽇（⾦）に、シンポジウム「もっと知りたい︕ポストコッホ技術」（農芸化学会で⾒逃した⽅のための追加公演）をオンライン開催しました。約 160 名の参加者が集まり、ポストコッホ型の微⽣物探索技術に関して、議論がなされました。当⽇のプログラムの詳細は以下リンク
先よりご覧ください︓https://postkoch.jp/event/knowmorepostkochtechnology/

また当⽇はシンポジウムに引き続き、後期（2022-2023 年度）の公募研究に関する説明会を開催しました。参加者は約 70 名でした。

② シンポジウム「ポストコッホ型の⽣態を⾒る・知る」を開催
2021 年 7 ⽉ 16 ⽇（⾦）午前に、本領域主催シンポジウム「ポストコッホ型の⽣態を⾒る・知る」をオンライン開催しました。100 名を超える参加者が集まり、筑波⼤学施肥量試験圃の微⽣物研究に関する議論がなされました。当⽇のプログラムの詳細は以下リンク先よりご覧ください︓https://postkoch.jp/event/symposiumseenewtype-learnpostkoch/③ 公募研究（後期）の募集を開始
2021 年 8 ⽉ 20 ⽇（⾦）に、後期（20222023 年度）の公募研究の募集案内を公開しました。公募要領や計画調書などの詳細は以下リンク先よりご覧ください︓https://postkoch.jp/invitedresearch/867/

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ニュース（つづき）④ 第 5〜9 回共⽣進化機構国際セミナーを共催
ERATO 深津共⽣進化機構プロジェクトの第 5〜9 回共⽣進化機構国際セミナーを共催しました。Martin Kaltenpoth 博⼠（Max Planck Institute for ChemicalEcology）、John McCutcheon 博⼠（Arizona State University）、John Beckmann
博⼠（Auburn University）、Thomas Bosch 博⼠（University of Kiel）、Alex Wilson
博⼠（University of Miami）に講演いただきました。

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ニュース（つづき）⑤ ACT-X「環境とバイオテクノロジー」領域－新学術領域「ポストコッホ⽣態」合同シンポジウムを開催科学技術振興機構 JST ACT-X「環境とバイオテクノロジー」領域では、新進気鋭の若⼿研究者が集結し、バイオテクノロジー分野において新分野開拓や新価値創造につながる基礎研究を推進しています（詳細は以下リンク先よりご覧ください: https://www.jst.go.jp/kisoken/act-x/research_area/ongoing/bunya2020-2.html）。
2021 年 9 ⽉ 1 ⽇（⽔）に、若⼿研究者の更なるネットワーク形成を⽬指し、本新学術領域との合同シンポジウムを開催しました（セミクローズド形式でオンラインにて開催）。

⑥ IIBMP2021（2021 年⽇本バイオインフォマティクス学会年会・第 10回⽣命医薬情報学連合⼤会）にてシンポジウムを開催
2021 年 9 ⽉ 29 ⽇（⽔）に、IIBMP2021（2021 年⽇本バイオインフォマティ
クス学会年会・第 10 回⽣命医薬情報学連合⼤会）にて企画セッション「ポストコッホ⽣態学が拓く Bioinformatics の新地平」を共催しました。本領域の計画班・公募班のメンバーが講演しました。発表者と講演題⽬は以下の通りです︓
⾼⾕ 直樹（筑波⼤）「領域紹介」
沼館 美法（筑波⼤）「マイクロデバイスを⽤いた新たな微⽣物の分離培養法の構築」
菅野 菜々⼦（関⻄学院⼤）「ラマン分光を⽤いた⽣体分⼦情報解析による微⽣物種識別」
増⽥ 幸⼦（理研）「植物共⽣微⽣物叢のロングリードメタゲノム解析」
松井 求（東京⼤）「バイオインフォマティクスが解き明かすポストコッホ⽣態系」

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ニュース（つづき）⑦ EMBO Workshop 2021 を共催
2021 年 11 ⽉ 23 ⽇（⽕）から 11 ⽉ 26 ⽇（⾦）までの４⽇間、EMBO Workshop 2021
Bacterial Membrane Vesicles –Biogenesis,functions and medical applications–（本領域共催）が、ハイブリッド形式にて、つくば国際会議場で開催されました。
当⽇のプログラムなど詳細は以下リンク先よりご覧ください︓https://meetings.embo.org/event/20-membranevesicles

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イベント予告① 第 10 回共⽣進化機構国際セミナーを共催予定
2022 年 1 ⽉ 25 ⽇（⽕）に、ERATO 深津共⽣進化機構プロジェクトの第 10 回共⽣進化機構国際セミナーを共催する予定です。腸内細菌叢に関する研究を推進している Mahesh Desai 博⼠（Luxembourg Institute ofHealth）に講演いただきます。

② 農芸化学会と細菌学会の連携シンポジウムを共催予定
2022 年 3 ⽉ 17 ⽇（⽊）に、⽇本農芸化学会 2022 年度⼤会において、農芸化学会と細菌学会の分野融合連携シンポジウム「微⽣物群集の構造と動態の理解」を共催予定です。詳細や最新情報については以下の⼤会ウェブページをご覧ください︓https://www.jsbba.or.jp/2022/program_jsbba_symp.html

10モデル圃場から2021 年 9 ⽉末〜10 ⽉頭の圃場の様⼦です。ソバが満開となりました︕
ソバの花に🐝ミツバチ🐝が訪れています。

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【事務局より】
若⼿異分野交流会、勉強会、講演などのリクエストがございましたら、事務局（office@postkoch.jp）まで、是⾮お知らせください︕︕

ポストコッホ⽣態 NEWS LETTER No.05
発⾏︓2021 年 12 ⽉
発⾏者︓新学術領域研究「超地球⽣命体を解き明かすポストコッホ機能⽣態学」（領域代表者 ⾼⾕ 直樹）
編集担当︓中井 亮佑（産総研）・⽟⽊ 秀幸（産総研）
領域ウェブページ︓https://postkoch.jp/
お問い合わせ先︓〒305-8572 茨城県つくば市天王台 1-1-1
筑波⼤学⽣命環境系 ⽣物農林 A 棟 A201-1「ポストコッホ⽣態」領域事務E-mail︓office@postkoch.jp

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