１. 発表のポイント
・ 天然ガス生成においてメチル利用アーキアによるメタノールからのメタン生成の重要性が近年注目されているが、地下環境でのメタノール供給源は不明であった。
・ メタノールを主な最終代謝産物とする「メタノール生成バクテリア」を世界で初めて発見し、ギ酸を還元しメタノールを生成する新奇代謝経路を明らかにした。
・ メタノール生成バクテリアとメチル利用アーキアの共生によるメタン生成を実証し、メタノールの受け渡しを介した新規共生機構に基づく天然ガス生成経路を明らかにした。
【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202501243311-O1-SndWeoR1】
２．概要
国立研究開発法人海洋研究開発機構（理事長 大和 裕幸、以下「JAMSTEC」という。）超先鋭研究開発部門超先鋭研究開発プログラムのMasaru K. Nobu (延 優) 主任研究員、国立研究開発法人産業技術総合研究所（理事長 石村 和彦、以下「産総研」という。）生物プロセス研究部門の加藤 創一郎上級主任研究員、五十嵐 健輔主任研究員、地圏資源環境研究部門の眞弓 大介主任研究員らの研究グループは、暗黒の地下生態系に潜む微生物のメタノールを介した共生が、新たな天然ガス生成経路を支えていることを発見しました。
天然ガスの主成分であるメタンは、酢酸利用アーキアや水素利用アーキアにより酢酸や水素から生成されていると考えられていました。一方、酢酸や水素を利用できず、メタノールなどのメチル化合物のみを利用可能な「メチル利用アーキア」が地下環境に普遍的に存在することが近年明らかとなり、メタノールもまた重要な天然ガス生成基質であることがわかってきました。しかし、メタノールが地下環境で供給されるメカニズムは謎に包まれていました。
本研究では、地球深部地下に生息する未知の微生物の生理機能を調査することで、メタノールを代謝産物として生成する新奇生物代謝およびその代謝経路を世界で初めて発見し、その「メタノール生成バクテリア」がメチル利用アーキアにメタノールを直接供給することで共生的にメタンが生成されることを明らかにしました。この発見により、メタノールが地下微生物間の共生関係を成立させる重要なコミュニケーションツールであり、メタノールを介した微生物共生が天然ガス生成に大きく寄与していることがわかりました。この新たな天然ガス生成経路の発見は、地下微生物の活性促進による天然ガス増産など、地下エネルギー資源の有効活用技術の開発に繋がることが期待されます。
本研究は、日本学術振興会 科学研究費補助金 18H03367、19K22296、22H04985、22H05152および24H00582の支援を受け実践されました。本成果は、自然科学と科学技術に関する最高峰の学術誌「Nature」に1月30日付け（日本時間）で掲載される予定です。
タイトル：Methanol transfer supports metabolic syntrophy between bacteria and archaea
著者：Yan Huang1,2,3、五十嵐 健輔3、Laiyan Liu1、眞弓 大介4、氏家 知美4、Lin Fu1、Min Yang1,5、Yahai Lu6、Lei Cheng1,5、加藤 創一郎3、Masaru K. Nobu (延 優)7
1. 中国農業部沼気研究所、2. 北海道大学大学院 農学研究院、3. 産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門、4. 産業技術総合研究所 地圏資源環境研究部門、5. 中国嫌気性微生物培養収集管理センター、6. 北京大学 都市環境学部、7. 海洋研究開発機構 超先鋭研究開発部門
DOI: 10.1038/s41586-024-08491-w
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