3-in-1 微生物発見で教科書をひっくり返す

微生物は硫黄循環を維持し、気候プロセスに影響を与えるために重要です。 研究を通して、硫酸塩還元と酸素呼吸を同時に行うことができる多様で多機能な硫酸塩還元微生物が発見され、以前の科学的合意を覆した。 （芸術的概念。）

環境関連微生物の研究は、以前に想定したものよりも多様性が大きいことを示している。

ある研究チームは、自然界に環境的に関連する微生物の生物多様性が信じられないほど高いことを示しました。 この多様性は、以前に知られていたものより少なくとも4.5倍大きいです。 研究者は最近、権威あるジャーナルに研究結果を発表しました。 ネイチャーコミュニケーションズ とFEMS微生物学レビュー。

多くの気候関連プロセスが微生物の影響を受け、しばしば驚くべき多様性に関連しているにもかかわらず、隠された微生物の世界はしばしば見落とされることが多い。 種 細菌と古細菌（「生の細菌」）グループ内。 例えば、硫酸塩を減らす微生物は海洋堆積物の有機炭素の1/3を二酸化炭素に変換します。 これは有毒な硫化水素を生成する。 肯定的な側面としては、硫酸化微生物がこれを素早くエネルギー源として活用して無害にするという点だ。

「このプロセスは、湖、沼地、さらには人間の場でも自然と健康のバランスを維持する上で重要な役割を果たしています。」 Technische Universität Braunschweig微生物学博士。 ある研究では、これらの新しい微生物のうちの1つの代謝をさらに詳しく調べて、以前は達成できなかった多機能性を明らかにしました。

種多様性が非常に高い硫酸塩還元微生物が発見された。 硫酸塩還元剤は、以前に知られている6つのドアの代わりに、バクテリアと古細菌の合計27のドアに見られます。 クレジット: DSMZ

硫黄循環の臨界バランス

硫黄循環は、地球上で最も重要で最も古い生地化学循環の1つです。 同時に、これは炭素と窒素の循環と密接に関係しており、その重要性が強調されます。 これは主に硫酸塩還元および硫黄酸化微生物によって駆動される。 世界中で、硫酸塩還元剤は毎年海底に達する有機炭素の約3分の1を変換します。 その代わりに、硫酸化剤は海洋堆積物の酸素の約4分の1を消費します。

これらの生態系が不均衡になると、これらの微生物の活動は酸素を枯渇させ、有毒な硫化水素を蓄積する可能性があります。 これにより、動物や植物がもはや生存できなくなる「デッドゾーン」が形成されます。 これは、漁業などの経済的被害だけでなく、地域の重要なリゾート地の破壊による社会的被害ももたらします。 したがって、どの微生物が硫黄循環のバランスを保ち、どのようにこれを行うかを理解することが重要です。

発表された結果によれば、硫酸塩還元微生物の種多様性には少なくとも27門（株）が含まれていることがわかりました。 以前は6つのドアだけが知られていました。 これに比べて現在動物界には40個の扉が知られています。 脊椎動物 Chordataステートメント（ステートメント）にのみ属します。

硫酸塩還元と新しく発見された酸細菌の酸素呼吸による植物ペクチン分解の概略図クレジット: DSMZ

新しく発見された多機能細菌種

研究者たちは、これらの新しい「硫酸塩還元剤」の1つをほとんど研究されていない乳酸菌門に割り当て、それをバイオリアクターで研究することができました。

彼らは環境微生物学の最先端の方法を使用して、これらの細菌が硫酸塩還元と酸素呼吸の両方でエネルギーを得ることができることを示した。 これらの２つの経路は、一般に知られている全ての微生物において相互に排他的である。 同時に、研究者たちは、硫酸塩を減らす乳酸菌が以前に知られていなかった「硫酸塩還元剤」のもう一つの特徴であるペクチンのような複雑な植物炭水化物を分解できることを示した。

したがって、研究者は教科書の知識を完全に覆した。 彼らは、以前に考えたように、様々な微生物の調和のとれた相互作用だけでなく、近道を通る単一の細菌種によっても、複雑な植物化合物が酸素排除下で分解することができることを示しました。

新しい「硫酸塩還元剤」を研究できるDSMZのバイオリアクターの隣にあるStefan Dyskma博士（左）とMichael Pester博士。 クレジット: DSMZ

別の新しい発見は、この細菌がこの目的のために硫酸塩と酸素の両方を使用できることです。 DSMZとブラウンシュバイク技術大学（Technische Universität Braunschweig）の研究者たちは、新しい発見が炭素と硫黄循環の相互作用にどのように影響するか、そしてそれが気候関連プロセスとどのように関連しているかを調査しています。

参考資料：

「硫酸塩還元酸菌による酸素呼吸と多糖類の分解」 Stefan DyksmaとMichael Pester著、2023年10月10日、 ネイチャーコミュニケーションズ。
DOI: 10.1038/s41467-023-42074-z

Muhe Diao、Stefan Dyksma、Elif Koeksoy、David Kamanda Ngugi、Karthik Anantharaman、Alexander Loy、およびMichael Pesterの「異化硫酸塩/亜硫酸塩還元の可能性がある微生物の世界的多様性と推定された生態生理学」、2023年10月5日、 FEMS微生物学レビュー。
DOI：10.1093/femsre/fuad058