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May 30, 2023

イエローストーン国立公園のファイブシスターズ温泉の縦断分析により、動的な熱アルカリ環境が明らかになった

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18707 (2022) この記事を引用 1369 アクセス 2 Altmetric Metrics の詳細 熱アルカリ泉の微生物集団に焦点を当てた研究が行われています。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18707 (2022) この記事を引用

1369 アクセス

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

熱アルカリ泉の微生物集団に焦点を当てた研究は、主に、高 pH および高温環境で産業用途に役立つ機能性酵素を発見するという誘惑によって推進されてきました。 いくつかの研究はこれらの泉の基本的な生態を理解することに焦点を当ててきましたが、熱アルカリ泉の小分子プロファイルはほとんど見落とされてきました。 地球化学、低分子組成、および微生物群集がどのように関連しているかをより深く理解するために、私たちはファイブ・シスターズ (FS) 泉の 3 年間の研究を実施しました。これには、高解像度地球化学測定、細菌および古細菌群集の 16S rRNA 配列決定、および質量分析に基づく代謝産物および細胞外小分子の特性評価。 4 つのデータセットを統合することで、織り交ぜられた熱アルカリ性スプリング システムの包括的な分析が容易になりました。 研究の過程で、微生物集団は環境条件の変化に反応し、細菌集団と比較して古細菌集団は相対的な存在量と多様性の両方で減少しました。 古細菌の相対存在量の減少は、特定の窒素および硫黄を含む細胞外小分子の利用可能性の減少や、窒素循環に関連する代謝経路の変動などの環境変化と関連していた。 この多因子分析は、微生物群集の組成が温泉の地球化学よりも細胞外小分子のプールとより密接に相関していることを示しています。 これは新しい発見であり、これまで見落とされていた温泉の成分が微生物群集の構成に重大な影響を与えている可能性があることを示唆しています。

熱アルカリ性泉は、生物学的および産業的に重要な独特の環境です。 これらのシステムでは商業用途が十分に文書化されており、現在の熱アルカリ生物探査の取り組みは広範囲に及んでいます1。 成功例は、脂肪分解酵素と加水分解酵素を含む一連の熱安定性酵素の商品化です2、3。 特に興味深いのは、工業条件下でリグノセルロース系バイオマスを糖、最終的にはエタノールに変換できる熱安定性セルロース分解酵素の開発である4。 商業用途向けの熱安定性および pH 安定性の酵素を開発する可能性と、これらのシステムの生態学への関心により、地球化学および微生物の系統発生データが蓄積されてきました 5、6、7、8。

生物探査の取り組みに加えて、熱アルカリ生態学も調査を推進しています。 この研究を通じて、気温が微生物の多様性の大きな要因であることが示されており、春の気温の上昇は微生物の多様性の減少につながります9、10、11。 気温の上昇は、古細菌の存在量と多様性の増加にも関連しています11,12。 好熱菌は、広範囲の pH10、13 に耐えることが示されています。 また、pH は温熱環境の豊富さと多様性にとって重要な要素であることも証明されており、環中性およびアルカリ性の泉はより多様な微生物集団をサポートしています 13,14。 しかし、これら 2 つの要因だけでは、熱システムにおける微生物集団の集合を完全に説明できるわけではありません 15。 熱アルカリ性泉には広範囲の細菌や古細菌が含まれていることが示されており、地球化学や地理的位置が変化する泉にはいくつかの一般的なクレードが存在しています9,16。 記載されている泉の主な微生物には、クロロフレクシ、デイノコッカス、ニトロスパイラル、シアノバクテリア、プロテオバクテリア、サーモデスルホバクテリア、アキフィカエ、サーモタグー、サーモコッカル目、およびクレンナーチャエオタが含まれます9、14、16、17。

これらのシステムへの関心と調査が高まっているにもかかわらず、知識のギャップは依然として残っています2。 例えば、複数年にわたる熱アルカリ性微生物集団の時間的動態はほとんど調査されておらず17、18、19、我々の知る限りでは、微生物と細胞内メタボロームおよび細胞外小分子組成を組み合わせた分析は行われていない。 これは、アクセスが制限されている YNP の冬の温泉サンプリングに特に当てはまります。 熱アルカリ泉に関する知識の増加に伴う課題には、微生物の培養が含まれます。 個々の微生物の特定の代謝能力と生態学的貢献を確認するには、培養分離株が必要になることがよくあります。 熱アルカリ泉のような極端な環境は、特に古細菌に関して、伝統的な培養方法を使用する場合の隔離作業に課題をもたらしています16,20。 熱アルカリ環境の細胞外および細胞内ベースの理解を得るには、環境小分子および代謝ネットワークについての洞察を提供することによる培養作業の改善など、幅広い意味があります。