メチロバクテリウム属

メチロバクテリウム属は、メチロバクテリウム科の基準属でグラム陰性の非芽胞形成桿菌。通性メタノール資化性細菌であり、ピンク色のコロニーを形成する特徴からPPFMと称されることも多い。基準種は//Methylobacterium organophilum//。研究のモデル株は//Methylobacterium extorquens// AM1。名称はメチルの微生物を意味する。

土壌、水中、植物葉上など環境中に広く生息する。グルコースや有機酸を利用するほか、メタノール、メチルアミン、クロロメタンといったC1化合物を利用できる。C1化合物の資化経路としてセリン経路を持つ。光エネルギー利用に関わるバクテリオクロロフィルやロドプシンを保有する種がいるが、その機能は未解明である。生産するピンク色素はカロテノイドであり、光吸収に関して他にUV-A吸収化合物も生産する。塩素への耐性を持つため、水道水中でも生育・生存できる。家庭の水回りに形成されるピンクぬめりを構成する。病院内では日和見菌として問題になる。

1. 培養
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貧栄養細菌であるため、低栄養の培地を使って培養が可能である。無機塩培地として、Hypho mediumがよく用いられる。これに、炭素源としてメタノールまたはコハク酸ナトリウムを加える。要求性に応じて、ビタミンB群を加えることもある。天然培地としては、R2A培地やTryptic Soy Brothなどが用いられる。液体培地では1～2日の培養で生育が、寒天培地では3～4日の培養でコロニーが認められる。

メタノール代謝においては、メタノール脱水素酵素MxaFIの活性にCaが必要である。別のメタノール脱水素酵素XoxFの活性や発現には、Laなどのランタノイドが必要である。

2. 分類
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2018年にGreenらによって、//Methylobacterium//属の一部の種は、//Methylorubrum//属への再分類が提唱されている。しかし再分類を反証する研究報告も出ている。多数の種が存在しており、LPSNには2020年7月現在、64種が記載されている。この中には、根粒形成を行う種、白色コロニーを形成する種、C1化合物で生育できない種も含まれる。

//Methylobacterium adhaesivum//
//Methylobacterium aerolatum//
//Methylobacterium aminovorans//
//Methylobacterium aquaticum//
//Methylobacterium brachiatum//
//Methylobacterium brachythecii//
//Methylobacterium bullatum//
//Methylobacterium cerastii//
//Methylobacterium chloromethanicum//
//Methylobacterium crusticola//
//Methylobacterium currus//
//Methylobacterium dankookense//
//Methylobacterium dichloromethanicum//
//Methylobacterium durans//
//Methylobacterium extorquens//
//Methylobacterium frigidaeris//
//Methylobacterium fujisawaense//
//Methylobacterium gnaphalii//
//Methylobacterium goesingense//
//Methylobacterium gossipiicola//
//Methylobacterium gregans//
//Methylobacterium haplocladii//
//Methylobacterium hispanicum//
//"Methylobacterium indicum"//
//Methylobacterium iners//
//Methylobacterium isbiliense//
//Methylobacterium jeotgali//
//Methylobacterium komagatae//
//Methylobacterium longum//
//Methylobacterium lusitanum//
//Methylobacterium marchantiae//
//Methylobacterium mesophilicum//
//Methylobacterium nodulans//
//Methylobacterium nonmethylotrophicum//
//Methylobacterium organophilum//
//Methylobacterium oryzae//
//Methylobacterium oryzihabitans//
//Methylobacterium oxalidis//
//Methylobacterium persicinum//
//Methylobacterium phyllosphaerae//
//Methylobacterium phyllostachyos//
//Methylobacterium platani//
//Methylobacterium podarium//
//Methylobacterium populi//
//Methylobacterium pseudosasae//
//Methylobacterium pseudosasicola//
//Methylobacterium radiora//
//Methylobacterium radiotolerans//
//Methylobacterium rhodesianum//
//Methylobacterium rhodinum//
//Methylobacterium rhodos//
//Methylobacterium salsuginis//
//"Methylobacterium segetis"//
//Methylobacterium soli//
//Methylobacterium suomiense//
//Methylobacterium tardum//
//Methylobacterium tarhaniae//
//"Methylobacterium terrae"//
//Methylobacterium terricola//
//Methylobacterium thiocyanatum//
//Methylobacterium thuringiense//
//Methylobacterium trifolii//
//Methylobacterium variabile//
//Methylobacterium zatmanii//

3. ゲノム
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//M. extorquens// AM1株のゲノムは、染色体、メガプラスミド、3つのプラスミドから構成され、CDSは6665である。これまでに解読されている//Methylobacterium//のゲノム情報を見ると、ゲノムサイズは5M～9M bp、CDSは4000～9000と幅広い分布になっている。

4. 遺伝子工学
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//M. extorquens// AM1株を代表として、相同組み換えによる遺伝子破壊や遺伝子導入、プラスミドからの遺伝子発現を行うことができる。薬剤耐性マーカーには、アンピシリン、カナマイシン、テトラサイクリンなどが用いられる。cre-loxPシステムを用いたマーカーのリサイクルも可能である。細胞内へのDNA導入には、エレクトロポレーションや大腸菌接合伝達が用いられる。

遺伝子の高発現には//mxaF//遺伝子プロモーターがよく用いられる。レポーターとして、β-ガラクトシダーゼ遺伝子、カテコール-2,3-ジオキシゲナーゼ遺伝子、蛍光タンパク質遺伝子、ルシフェラーゼ遺伝子の使用例がある。

5. 物質生産
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安価な炭素栄養であるメタノールを使って培養が可能であることから、メチロトローフを用いた有用物質生産が注目されている。これまでに//Methylobacterium//を用いた次の物質生産が研究レベルで報告されている。L-serine、Ergothioneine、poly-3-hydroxybutyrate、3-hydroxypropionic acid、butadiene、1-butanol、mevalonate、α-humulene、PQQ。

また異化経路の逆反応を利用することで、COから有用物質を生産する試みも行われている。

6. 植物との共生
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植物の葉を試料として、メタノール含有無機塩培地で培養すると、高頻度で//Methylobacterium//を取得することができる。葉の細菌を対象としたメタゲノム解析により、//Methylobacterium//が優占している植物があることが知られている。

//Methylobacterium//と植物との関係は相利共生と表現される。植物からは、葉などに含まれるペクチンのメチルエステル基の脱離によりメタノールが発生している。//Methylobacterium//は、他の多くの微生物が利用できない葉から放出されるメタノールを栄養にすることで、植物上での生育を有利にしていると考えられている。またメタノール代謝能を欠損しても植物上で生育できることから、植物から分泌される糖類・アミノ酸・有機酸なども合わせて栄養にしていると推察される。生育に必要なパントテン酸も植物から供給されている。一方で//Methylobacterium// は植物に対して、生長調節や栄養分取得補助の働きを持つ。生長調節では、ゼアチン、インドール酢酸、ACC deaminaseの生産など植物ホルモンに関わるものや、PQQ、ビタミンB12の生産などビタミン類に関わるものが知られる。栄養取得補助では、リン可溶化、ウレアーゼ生産、シデロフォア生産、窒素固定が知られる。また、植物の抵抗性誘導の働きも知られる。

こういった共生関係を応用して、イチゴのフレーバー改善、トマトや小麦など幼苗の生長促進、コケの栽培、コメの収量増ができると報告されている。

7. 脚注
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8. 参考文献
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Brock 『微生物学』
発酵研究所 『IFO 微生物学概論』