水生生物生息地からの炭化水素代謝特性を有する細菌種の単離・増殖・同定

炭化水素(HC)は、燃料としても化学用途でも広く使用されています。溶媒¹としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素が広く用いられている。エチレンおよびプロピレンなどのアルケンは、それぞれポリエチレンおよびポリプロピレンポリマーの合成における前駆体として役立つ。他の炭化水素の重合、スチレンはポリスチレンを形成する。人為的活動は、その生産および輸送中に炭化水素を環境に導入します。土壌や水の炭化水素汚染は、環境と人間の健康に深刻な懸念を抱いています。微生物は、生物地球化学的循環を調節し、汚染物質や生体異物を含む幅広い基質を利用して炭素やエネルギー源に変換することにより、生態系を維持する上で主要な役割を果たしています。微生物による環境汚染物質の解毒のこのプロセスは、バイオレメディエーション³、^4、5、^6、7として知られています。

炭化水素を分解する能力を持つ微生物は、水生および土壌の生息地で見られます^8,9,10。シュードモナス、アシネトバクター、ロドコッカス、マリノバクター、オレイバクター11など、アルカンや芳香族HCを分解する可能性のある多くの細菌が確認されています。技術的に高度な培養に依存しないアプローチの開発は、新しいHC分解微生物群集の発見に役立っています¹²。ソースサンプルから直接分離されたゲノム材料は、次世代シーケンシング(NGS)などのハイスループット法によって増幅およびシーケンシングされ、その後分析されるため、微生物を培養する必要がなくなります。メタゲノム解析などのNGS法は高価であり、増幅プロセスに関連する欠点に悩まされている¹³。炭化水素分解微生物の分離を標的とする選択的濃縮培養¹⁴などの培養技術は、研究者が細菌分離株の代謝経路を調査および操作できるようにするため、依然として有用です。

ゲノムDNAの単離とそれに続くゲノム材料の配列決定により、あらゆる生物に関する貴重な情報が明らかになります。全ゲノムシーケンシングは、抗生物質耐性、潜在的な薬物標的、病原性因子、トランスポーター、生体異物代謝酵素などをコードする遺伝子の同定に役立ちます15,16,17。16SrRNAコード遺伝子の配列決定は、細菌の系統発生を特定するための堅牢な技術であることが証明されています。長年にわたる遺伝子配列と機能の保存により、未知の細菌を同定し、分離株を最も近い種と比較するための信頼できるツールになります。また、この遺伝子の長さはバイオインフォマティクス解析に最適である¹⁸。これらすべての特徴に加えて、ユニバーサルプライマーを使用した遺伝子増幅の容易さと遺伝子シーケンシング技術の改善により、微生物の同定のゴールドスタンダードとなっています。

ここでは、環境試料からHC分解能を有する培養可能な微生物を回収する手順について述べる。以下に説明する方法は、HC分解細菌の収集と同定の概要を示しており、(1)水サンプルからの細菌の収集、(2)純粋培養物の分離、(3)細菌分離株のHC分解能力の探索、(4)ゲノムDNAの分離、および(5)16S rRNA遺伝子シーケンシングとBLAST分析に基づく同定の5つのセクションに分かれています。この手順は、多くの異なるバイオテクノロジー用途のために細菌を単離するために適応させることができます。