2020 年 9 ⽉ 24 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学
国⽴研究開発法⼈科学技術振興機構（JST）

細菌は菌⽷の「⾼速道路」を移動し「通⾏料」を払う〜細菌と⽷状菌の知られざる共⽣関係を発⾒〜
細菌と⽷状菌はいずれも、⾃然界に広く存在する主要な微⽣物で、互いに作⽤して、それぞれの特徴的な機能を発揮していることが明らかとなってきています。また、菌⽷ネットワークが、細菌の増殖と移動に重要であることも分かってきました。そこで本研究では、細菌と⽷状菌のモデル⽣物である

Bacillus subtilis (枯草菌)と Aspergillus nidulans を共培養し、これらの相互作⽤を解析しました。
その結果、寒天培地上で、細菌が⾃⾝の鞭⽑を使って⽷状菌の菌⽷上を秒速 30 マイクロメートルという速度で素早く移動する様⼦が観察されました。また、⽷状菌の菌⽷ネットワークの⽣⻑を利⽤して細菌がその⽣存空間を拡⼤している様⼦を、タイムラプス撮影により可視化しました。細菌は、菌⽷を⾼速道路のように利⽤して、より速くより遠くへ移動することができます。⼀⽅、菌⽷の先端まで移動した細菌から、⽷状菌にビタミン B1(チアミン)が供給され、菌⽷の⽣⻑を促進していることが分かりました。すなわち、細菌は菌⽷の「⾼速道路」を移動し、⽷状菌は「通⾏料」としてチアミンを受け取り、互いにメリットを得ています。このことは、空間的相互作⽤と代謝的相互作⽤の組み合わせにより、細菌と⽷状菌が共同体として⽣存空間を拡⼤するという、これまで知られていなかった相利共⽣の仕組みを⽰しています。
細菌と⽷状菌の相互作⽤を理解することは、これら微⽣物が関わるバイオマス分解、動物植物への感染、植物共⽣と植物⽣育促進、発酵⾷品の⽣産などの制御につながると考えられます。

研究代表者
筑波⼤学 ⽣命環境系/微⽣物サステイナビリティ研究センター(MiCS)
JST ERATO 野村集団微⽣物制御プロジェクト ゲノム⽣化学グループ グループリーダー
⽵下 典男 准教授
筑波⼤学 医学医療系/トランスボーダー医学研究センター/微⽣物サステイナビリティ研究センター（MiCS）JST ERATO 野村集団微⽣物制御プロジェクト 不均⼀性グループ グループリーダー
尾花 望 助教

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研究の背景細菌や⽷状菌（カビ）は、⾃然界に広く存在する主要な微⽣物です。細菌は通常１個の細胞からできている単細胞⽣物（⼤きさ 1 マイクロメートル程度、１ミリメートルの 1/1000)で、細胞の分裂を繰り返して増殖します。また⽷状菌は、菌⽷と呼ばれる管状の細胞の先端を伸ばしながら分岐してネットワーク構造を形成します。近年、細菌と⽷状菌が相互に作⽤してそれぞれ特徴的な機能を発揮していることが明らかになってきています。森林の⼟１グラム中には細菌が１億個以上も存在し、菌⽷の総距離は数百メートルにもなるという試算があり、菌⽷ネットワークが、細菌の増殖と移動に重要であることも分かってきました。これら多種多様な微⽣物が相互に作⽤して機能し、炭素・窒素などの物質循環に関わり、地球や⽣態系の成り⽴ちに⼤きく影響しています。
研究内容と成果
本研究では、細菌と⽷状菌のモデル⽣物である Bacillus subtilis (枯草菌) １）と Aspergillus nidulans２）を共培養し、これらの相互作⽤を解析しました。その結果、寒天培地上で、細菌が⾃⾝の鞭⽑３）を使って、⽷状菌の菌⽷上を秒速 30 マイクロメートルという速度で素早く移動する様⼦を、蛍光顕微鏡によるライブイメージングで観察することができました。細菌だけだと、この様な運動性は⾒られません。また、⽷状菌の菌⽷ネットワークの⽣⻑を利⽤して、細菌がその⽣存空間を拡⼤している様⼦を、タイムラプス撮影により可視化しました。細菌が、菌⽷を⾼速道路のように利⽤し、より速くより遠くへ移動することは、細菌にとってメリットです。さらに、遺伝⼦発現、遺伝⼦破壊、イメージング、質量分析などの解析から、細菌が菌⽷の先端まで移動し、ビタミン B1 (チアミン) ４）を⽷状菌に供給することで、菌⽷の⽣⻑が促進されていることが明らかとなり、⽷状菌もメリットを得ていることが分かりました。これらのことから、空間的相互作⽤と代謝的相互作⽤の組み合わせにより、細菌と⽷状菌が共同体として⽣存空間を拡⼤するという、これまで知られていなかった相利共⽣５）の仕組みが明らかになりました（図１）。
このモデルは、細菌が菌⽷の「⾼速道路」を移動し、その「通⾏料」としてチアミンを⽷状菌に払う様⼦に例えることができます。本研究グループは、実際の環境中から、このような相利共⽣を⽰す細菌（パントエア属）と⽷状菌（トリコデルマ属）の組み合わせを単離することにも成功しており、空間的・代謝的相互作⽤による相利共⽣が、現実の⽣態系内で機能していることが⽰されました。
今後の展開
今回は１種ずつの細菌と⽷状菌を研究対象としましたが、様々な組み合わせで検証したところ、その親和性に種の特異性があることが分かってきました。今後、相互作⽤の特異性に関わる分⼦機構の解明を⽬指します。⽷状菌が基質や動植物の宿主に⼊り込み、その菌⽷⽣⻑と菌⽷ネットワークが細菌群の局在分布、機能分化に関わっていることが予想されます。このような細菌と⽷状菌の相互作⽤を理解することは、これらの微⽣物が関わるバイオマス分解、動物植物への感染、植物共⽣と植物⽣育促進、発酵⾷品の⽣産などの制御につながります。それぞれの場⾯に合った細菌と⽷状菌の相互作⽤、異なる微⽣物達の⽣き様を理解することは、環境、健康、農業、⾷といった幅広い分野に重要です。

2参考図

図１ 空間的・代謝的相互作⽤による細菌と⽷状菌の相利共⽣の仕組み
⽤語解説

１）

Bacillus subtilis（枯草菌）

⼟壌中や空気中、植物体に普遍的に存在する細菌です。納⾖の製造に⽤いられる納⾖菌は、枯草菌の⼀種です。

２）

Aspergillus nidulans（アスペルギルス ニドゥランス）古くから遺伝学の研究対象とされ、分⼦⽣物学的⼿法が整備された⽷状菌のモデル⽣物です。この⽷状菌は、産業上重要なコウジカビなどの近縁種です。

３）（細菌）鞭⽑細菌の表⾯に⾒られる繊維で、遊泳に必要な推進⼒を⽣み出します。細菌鞭⽑は、フラジェリンというタンパク質が重合して伸びた繊維でできています。

４）ビタミン B1（チアミン）

⽔溶性ビタミンに分類される⽣理活性物質、栄養素の⼀つです。ヒトでは、糖質および分岐脂肪酸の代謝に⽤いられ、不⾜すると脚気や神経炎などの症状を⽣じます。微⽣物を含むほぼ全ての⽣物にとって必要な微量栄養素で、保存されたエネルギー代謝の中枢の反応の補酵素として機能します。

５）

相利共⽣

異なる⽣物種が同所的に⽣存することで、互いに利益を得ることができる共⽣関係のことです。
研究資⾦
本研究は、国⽴研究開発法⼈科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 総括実施型研究（ERATO）「野村集団微⽣物制御プロジェクト」の⼀環で⾏われました。
掲載論⽂【題 名】 Fungal mycelia and bacterial thiamine establish a mutualistic growth mechanism(⽷状菌の菌⽷と細菌のチアミンがもたらす相利共⽣的⽣⻑機構)【著者名】 Gayan Abeysinghe#, Momoka Kuchira#, Gamon Kudo, Shunsuke Masuo, Akihiro Ninomiya,Kohei Takahashi, Andrew S. Utada, Daisuke Hagiwara, Nobuhiko Nomura, Naoki Takaya,Nozomu Obana†*, Norio Takeshita*
Microbiology Research Center for Sustainability (MiCS), Faculty of Life and Environmental
Sciences, University of Tsukuba

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#Equal contribution, †Current position, MiCS and Transborder Medical Research Center,

Faculty of Medicine, University of Tsukuba, * Corresponding author【掲載誌】 Life Science Alliance【掲載⽇】 2020 年 9 ⽉ 23 ⽇
【DOI】

10.26508/lsa.202000878

問合わせ先【研究に関すること】
⽵下 典男 （たけした のりお）
筑波⼤学 ⽣命環境系/微⽣物サステイナビリティ研究センター(MiCS) 准教授
JST ERATO 野村集団微⽣物制御プロジェクト ゲノム⽣化学グループ グループリーダー
Web: https://fungalcell.com
尾花 望 （おばな のぞむ）
筑波⼤学 医学医療系/トランスボーダー医学研究センター/微⽣物サステイナビリティ研究センター（MiCS） 助教
JST ERATO 野村集団微⽣物制御プロジェクト 不均⼀性グループ グループリーダー【取材・報道に関すること】
筑波⼤学 広報室
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E-mail：kohositu@un.tsukuba.ac.jp
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内⽥ 信裕（うちだ のぶひろ）
科学技術振興機構 研究プロジェクト推進部〒102-0076 東京都千代⽥区五番町７ Ｋʼs 五番町
Tel: 03-3512-3528
E-mail: eratowww@jst.go.jp

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