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.07 (Jan, 2023)

⽬次

公募研究 (後期) A02 班の紹介

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ニュース

1・若⼿交流会 2022 の開催

10・マイクロ培養デバイス講習会の開催

10・ERATO 共⽣進化機構国際セミナーを共催

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モデル圃場から

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公募研究 A02 班の紹介
浦⼭ G

⽣態系構成因⼦であるウイルスの”⽣態機能”を
全 RNA 解析と箱庭実験で究明する研究代表者

浦⼭俊⼀（筑波⼤学）

研究協⼒者

宮下脩平（東北⼤学）

研究の概要
本研究は継続した栽培・施肥管理が⾏われている研究圃場の⼟壌を対象とし、内包されている RNA ウイルスの多様性や動態の把握を⽬指す。⼀般に RNA ウイルスは病原体として認識されているが、多くの RNA ウイルスは⽣物に明確な病気を引き起こすことなく、宿主⽣物と共存している可能性が、近年の環境ウイルス研究の発展により明らかになった。本研究では微⽣物内に潜む、これまで⽣態系構成要素として解析されてこなかった RNA ウイルスの⽣態中での動態を把握することで、これら共存型 RNAウイルスが有する実環境中での機能の理解に繋げたい。そのため、得られたデータを⽤いて宮下脩平博⼠（研究協⼒者）と数理モデルを構築し、⽣態レベルでのウイルス機能の推定や、圃場実験区のデータ解釈を進める。

興味あること：そこら中にいる、極悪ではないウイルス達の役割。そういったものを評価しようとする、ヒトの営み。
保有技術など：極悪ではないウイルスを保持している生物と、そのウイルスを保持していない生物のセット（主に糸状菌）を研究室として保有しています。対象試料中の RNA ウイルスのゲノム情報を一網打尽にする技術もあります。

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岡野 G

微⽣物特異的な増殖抑制技術を⽤いた
微⽣物菌叢の増殖連関解析

研究代表者

岡野憲司（関⻄⼤学）

研究協⼒者

本⽥孝祐（⼤阪⼤学）

研究の概要
遺伝⼦⼯学は微⽣物機能の理解と機能応⽤において必須の技術である。単⼀の微⽣物
細胞内で遺伝⼦の切り貼りや発現制御をするが如く、微⽣物菌叢内で微⽣物の除去や追加、機能制御ができれば、菌叢機能の理解と応⽤が加速するに違いない。このような⼈⼯菌叢の作出技術の⼀つとして、アンチペプチド核酸（PNA）を⽤いた減算的な菌叢改変技術を提案する。標的微⽣物の必須遺伝⼦ mRNA に結合し増殖抑制を引き起こす PNA に細胞膜透過ペプチド（CPP）を融合する。この CPP-PNA を菌叢に添加することで、CPP-PNA が菌叢微⽣物へ⾮特異的に侵⼊し、PNA の配列特性をもって標的微⽣物の増殖抑制を引き起こす。この際、標的微⽣物の増殖抑制に連動して増殖を変化させる微⽣物が⽣じる。このような微⽣物間の増殖連関を網羅的に解析し、菌叢微⽣物間の増殖連関を可視化することを⽬指す。また、所望の微⽣物が⽋損した菌叢を作出することで、種々の菌叢機能に対する当該微⽣物の役割を明らかにしたい。

興味あること：微生物菌叢の微生物構成を自在に操る技術の開発に興味を持っています。究極的には微生物菌叢の個々の微生物の遺伝子を改変したいです。
保有技術など：もともとは代謝工学を専門としておりますので、ゲノム編集など、微生物の遺伝子改変を得意としています。

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甲斐 G

⽬⽴たない分⼦から探る
ポストコッホ型異種微⽣物間相互作⽤

研究代表者

甲斐建次（⼤阪公⽴⼤学）

研究の概要
微⽣物が⽣産・分泌する⼆次代謝産物の多くは、⽣態学的な機能が未知である。特に、⽬⽴たない分⼦は「ゆるい」⽣物活性が主で、強烈な⽣育阻害などを指標としてきた従来の天然物化学・微⽣物⽣態学からは抜け落ちてきた可能性が⾼い。本研究では、Aspergillus や Fusarium 属などの代表的な真菌類に対して形態変化を引き起こす、すなわち相互作⽤の場である真菌菌⽷に物理的な変化を与える⽬⽴たない分⼦（ポストコッホ分⼦）を探索する。さらに、これらの分⼦が⽰す「ゆるい」⽣物活性の⽣態系における重要性を検証する。具体的には、①現有のポストコッホ分⼦候補の作⽤機序解析、②新規ポストコッホ分⼦の単離・構造決定、③ポストコッホ分⼦の⽣態学的機能の解析、を⾏う。

興味あること：同種・異種微生物間の化学コミュニケーション、珍しい構造を有する天然物の発見、微生物の形態を制御する化合物の発見・創製、天然物の生合成保有技術など：天然物の単離・構造決定、グラム陰性細菌の遺伝子工学、有機合成

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⽊賀 G

ありえる細胞間通信システムの機械学習による具現化とこれを⽤いた微⽣物集団の制御研究代表者

⽊賀⼤介（早稲⽥⼤学）

研究の概要
本研究の⽬的は、機能インフォマティクスと合成⽣物学での細胞間通信デザイン技術により、地球上に存在しつつも未だ読み取られていない微⽣物情報を計算機により⽣成・⽣物実験で検証し、ポストコッホ機能⽣態学の幅を広げることにある。ゲノム読み取り技術の発展により、培養不可能な微⽣物の情報の活⽤がされつつあるとはい
え、未だ、本来地球に存在し超地球⽣命体のシステムを形成している微⽣物情報の⼀部にしかアクセスできていない。本研究は、すでに⼈類が取得したものに加え、領域が取得する試験圃場の微⽣物遺伝情報を学習することで、環境変化に応じた今後の微⽣物進化で容易に出現してくるタンパク質を事前に具現化し、その超地球⽣命体システム内での機能を解析する。結果として、今後も超地球⽣命体を持続可能なものとするための制御・デザイン技術を提供する。

興味あること：生物がどこまで変わりうるか、に興味を持っています。その一例として、微生物間のコミュニケーションを、0-1 の関係ではなく調整可能な様々な強度の相互作用たちの集合としてつくりこむことで、微生物たちに実験室内で「高度なふるまい」をさせてみたいです。その結果が、同等の高度なふるまいを天然でも見つかるきっかけとなりましたら幸いです。
保有技術など：AHL 系のクオラムセンシングを繋ぎ変えて、大腸菌が様々な通信を行えるように改変しています。
また、特殊な分注機を用いて、25 nLの菌液を 0.3 mm 精度で寒天培地に捲く5ことができます。

杉原 G

脱炭素化を実現するポストコッホ⼟壌機能⽣態系の解明とその活⽤研究代表者

杉原創（東京農⼯⼤学）

研究の概要
本研究では、⼟壌⽣態系内で分解者としてふるまう⼟壌微⽣物の役割に着⽬し、様々な環境条件下で⼟壌微⽣物群集が発現する実測可能な物質循環機能（＝有機物分解機能）に関して、その規定要因を特に化学量論的に解明し管理することで、脱炭素化農業を実現する炭素隔離型ポストコッホ⼟壌機能⽣態系の創出に挑戦する。具体的には、本プロジェクトが管理している施肥履歴が異なる⻑期連⽤圃場の試料を⽤いて実験を⾏い、⼟壌炭素循環の重要な指標である⼟壌微⽣物の炭素利⽤効率を⽬的変数に、肥培管理が⼟壌理化学性や⼟壌微⽣物群集に与える様々な影響を説明変数に⽤いることで、炭素利⽤効率を最⼤化する（⼟壌への炭素貯留を最⼤化する）ための環境デザインを構築する。 加えて、⾃⾝のもつ⼟壌科学的な知⾒・経験・技術を他領域で得られる成果と共有することで、ポストコッホ機能⽣態系の解析・解明・制御に関する研究領域全体の発展にも貢献したい。

興味あること：土壌微生物が持つ物質循環機能を有用に管理するために必要な知見、として、様々な肥培管理・土地利用条件下における微生物群集構造・機能の差異に興味があります。
保有技術など：土壌中における養分存在量（ストック）と、養分移動量（フロー）を評価するための土壌科学に立脚した様々な測定技術を持っています。一方で、土壌微生物群集を解析する技術については素人同然です。
土壌中の○○の存在慮・移動量が測れれば、微生物の機能をさらに深く評価できるのに！
みたいな方がおられれば、協力できる可能性が高いです。コラボ、期待しています。

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福永 G

⼤規模メタゲノムデータを⽤いた⾼精度機能未知遺伝⼦推定⼿法の開発
研究代表者

福永津嵩（早稲⽥⼤学）

研究の概要
これまで膨⼤なゲノムデータがシーケンスされてきた⼀⽅、その遺伝⼦の⼤多数は機能未知であり、その機能を推定する情報科学的⼿法開発は重要な研究課題である。遺伝⼦は他の遺伝⼦と協調して機能を発揮する事が多いため、サンプル間 で共起する遺伝⼦は機能が類似していると考えられ、この考えに基づく機能推定⼿法(系統プロファイル法)が利⽤されてきた。ただし、従来の系統プロファイル法は擬似相関を多く検出するいう問題点が存在していた。応募者は前回の公募研 究にて、逆イジング法を利⽤した⾼精度な系統プロファイル法を開発した。ただし本⼿法は遺伝⼦の存在量を連続値で表すメタゲノム解析には適⽤できないという問題点がある。また、⼤規模なメタゲノム遺伝⼦表データセットを構築するた めには、より⾼速なオーソログ推定⼿法が必要である。これを踏まえ本研究では (1)超⾼速オーソログ推定⼿法の開発、及び (2)⾼精度なメタゲノム系統プロファイル法の開発、について研究を⾏う。

興味あること：ゲノム配列解析手法
や機能未知遺伝子の機能推定手法の開発に興味があります。
保有技術など：機械学習や確率モデ
ルに基づくソフトウェア開発技術

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⻄村 G

未培養系統群ＣＰＲ/ＤＰＡＮＮが優占する⽣態系のポストコッホ解析研究代表者

⻄村祐貴（東京⼤学）

研究の概要
CPR と DPANN はメタゲノム解析により近年発⾒された、それぞれ細菌と古細菌の巨⼤未培養系統群である。これらの微⽣物は⽣存に必須な物質を合成するための遺伝⼦をほとんど持たず、他の微⽣物に共⽣していると考えられている。CPR/DPANN は主に深層地下圏に優占しているが、このような環境に⽣息する微⽣物のバイオマスは全原核⽣物の 4 分の 3 にも及ぶと推定されている。しかし CPR/DPANN の基本的な⽣態、すなわち CPR/DPANN がどんな宿主と、どのように共⽣⽣活を営んでいるかはほとんど未解明である。そこで本研究では CPR/DPANN が豊富に⽣息する地下⽔に対してメタゲノム解析を実施する。復元されたゲノムから微⽣物同⼠の物質的なやり取りや遺伝⼦⽔平伝播を推定することで、CPR/DPANN の宿主や、共⽣関係を成⽴させているゲノム的基盤を明らかにする。さらに本研究で得られた知⾒を先⾏研究と照らし合わせることで、他者に依存する微⽣物が優占する⽣態系に共通している成⽴要因の解明を⽬指す。

興味あること：CPR/DPANN に限らず、微生物の共生やオルガネラの進化・多様性に広く興味をもっています。
保有技術など：環境サンプルや培養株(細菌・古細菌・原生生物)からの核酸抽出〜NGS デー
タの取得・解析までは一通りノウハウがあります。

8美世 G

バクテリア・アーキアの種内多様性に光をあてる
ポストコッホ⽣態系メタゲノミクス

研究代表者

美世⼀守（産業技術総合研究所）

研究の概要
環境微⽣物の研究を困難にする重⼤な要因として、遺伝⼦⽔平伝播や世代時間の短さに原因する"種内多様性"の⾼さを挙げることができる。系統的に極めて近縁な菌株同⼠であってもゲノムや表現型が⼤きく異なることは多々あり、環境微⽣物の⽣理⽣態・群集機能の予測や制御の妨げになっているのが現状である。他⽅、これまでの種内多様性研究は、豊富なカルチャーコレクションに依拠するものがほとんどであり、難培養のものを含む多様な微⽣物からなる、複雑な⽣態系における種内多様性の実態はつまびらかでない。本研究では、微⽣物系統情報と既知ゲノム情報、⼤規模メタゲノムデータを組み合わせ、微⽣物群集内の種内多様性・種間多様性を定量的に明らかにする⼿法を開発する。さらに本⼿法をさまざまなメタゲノムデータを解析し、複雑な微⽣物⽣態系において、微⽣物の種内多様性がどの程度⾒られ、微⽣物群集機能をどのように規定しているのかを明らかにする。

興味あること：微生物ゲノム・メタゲ
ノム・群集構造などの大規模データを新たな切り口で分析し、微生物機能や生態系動態の解明に貢献したいです。
保有技術など：サンプル取得から大規模解析に至るまでの土壌メタゲノム解
析、群集構造解析。原核生物ゲノム・メタゲノム解析全般。

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ニュース
① 若⼿交流会 2022 を開催
2022 年 9 ⽉ 2 ⽇に関⻄学院⼤学神⼾三⽥キャンパスに於いて、若⼿研究者によるポスター発表会を開催しました。参加者は 54 名で、発表件数は 31 件でした。

② マイクロ培養デバイス講習会を開催
2022 年 9 ⽉ 2 ⽇の若⼿交流会 2022 の機会を利⽤して、A01-1 班代表の佐々⽂洋先⽣によるマイクロ培養デバイスへのゲル充填実演講習会を開催しました（参加者 11 名）。

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ニュース（つづき）③ 第 17〜19 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 17〜19 回共⽣進化機構国際セミナーを共催しました。Angad Mehta 博⼠（University of Illinois at Urbana-Champaign）、PhilippEngel 博⼠（University of Lausanne）、および Ehab Abouheif 博⼠（McGill University）に講演いただきました。

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モデル圃場から圃場ではラッカセイの収穫を⾏いました。ラッカセイの栽培では、カラスなどに⾷べられないように、カラス除けネット（防⿃網）が必要となります。

収穫後のラッカセイです。施肥条件ごとの⽣育の差異、そしてそこに⽣息するマイクロバイオームとの関係性を探ることが重要な研究テーマの⼀つです︕🦠

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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.07
発⾏︓2023 年 1 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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