【特集】 地殻内微生物の生態と機能
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特集にあたって

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稲垣史生((独)海洋研究開発機構 高知コア研究所 地下生命圏研究グループ グループリーダー 上席研究員)




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海底下堆積物内に拡がるアーキアワールド
The Archaea World in Marine Subsurface Sediments

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稲垣史生((独)海洋研究開発機構 高知コア研究所 地下生命圏研究グループ グループリーダー 上席研究員)
諸野祐樹((独)海洋研究開発機構 高知コア研究所 地下生命圏研究グループ 研究員)

世界各地の海底下堆積物から抽出された極性脂質は,エーテル型アーキア脂質が全体の約87%を占めていた。また,凍結細胞破砕法と全ゲノム増幅を組み合わせて抽出した環境DNAを鋳型に定量PCR法やスロットブロットハイブリダイゼーションを試みた結果,40～60%の割合でアーキアの16S rRNAが検出された。それらの結果は,海底下生命圏が地球上で最もアーキアが多い生息空間“アーキアワールド”であることを示している。

【目次】
1. はじめに
2. 海底下堆積物中の極性脂質
3. DNAによるアーキアの定量
4. 従属栄養の優占
5. 海底下生命圏の微生物由来の炭素量試算
6. おわりに―海底下になぜアーキアが多いのか―


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熱水循環が支える海底下微生物生態系
Subseafloor Microbial Ecosystems Sustained by Hydrothermal Fluid Flows

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高井研((独)海洋研究開発機構 極限環境生物圏研究センター プログラムディレクター)

地球表層環境に比べ,エネルギーも有機物も乏しいと考えられる海底下環境にも豊かな微生物生態系が形成される場がある。「海底下の大河」と呼ばれる海底下熱水循環の周辺環境である。本稿では,典型的な「海底下の大河」について,その原動力,物理・化学環境,化学合成生物生産が密接に相関することを概説する。

【目次】
1. はじめに
2. 地殻内微生物研究の歴史
3. 「海底下の大河」として熱水循環
4. 「海底下の大河」と海底下微生物生態系
4.1 海嶺軸(火山)における活発なマグマ活動による大河
4.2 海嶺軸あるいは周辺部におけるテクトニクスによる熱水循環
4.3 海嶺翼部における玄武岩冷却過程における熱水循環
4.4 堆積物に埋没した熱水循環
5. 4つの「海底下の大河」と海底下微生物生態系の解明に向けて


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海底下深部堆積物中の好気性細菌が産生する酵素
Enzymes of Aerobic Bacteria Isolated from Deep Subseafloor Sediments

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小林徹((独)海洋研究開発機構 極限環境生物圏研究センター プロジェクトディレクター)
三浦健((独)海洋研究開発機構 極限環境生物圏研究センター 研究員)

地球深部探査船“ちきゅう”は,海底下より7,000mまで掘削できる能力を有する世界屈指の科学掘削船である。筆者らは,下北半島東方沖において行われた掘削試験により得られた海底下365mまでのコア堆積物中に酵素活性を見出し,さらに非常に多くの好気性細菌の存在を分離・培養によって明らかにした。これらの細菌が産生する酵素についてその特徴を概説する。

【目次】
1. はじめに
2. コア堆積物中の酵素活性
3. 好気性細菌の分離
3.1 好気性細菌数と分離
3.2 16S rRNA配列による系統解析と優占種
3.3 分離菌の鉛直分布
4. 分離菌の産生する酵素
4.1 酵素の検出
4.2 アルカリ耐性菌と産生酵素
5. おわりに


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硝酸塩イオンを電子受容体とした地下微生物生態系―無菌脱酸素掘削からの知見―
Nitrate-Dependent Subsurface Biosphere―Insights from Aseptic and Deoxygenated Drilling

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鈴木庸平((独)産業技術総合研究所 地圏資源環境研究部門 地質特性研究グループ 研究員)
須甲武志((独)産業技術総合研究所 地圏資源環境研究部門 地質特性研究グループ 博士特別研究員;原子力安全基盤機構 研究員)
伊藤一誠((独)産業技術総合研究所 地圏資源環境研究部門 地質特性研究グループ グループ長)

地質学的に安定な第三紀堆積岩地域を対象に,地球化学・微生物学的擾乱を最小限にした深度350mの無菌脱酸素掘削を実施した。水理地質学・地球化学・微生物学的解析により硝酸塩イオンを電子受容体とする活動的な地下微生物生態系の存在が示された。本稿では,その科学的根拠を示し、地下生物圏における物質循環に関して考察する。

【目次】
1. はじめに
2. 地下微生物調査法の問題点
3. 無菌脱酸素掘削
4. 掘削サイトの地質学的セッティング
5. 水理地球化学的特性
6. 地下微生物の代謝活性
7. DNAと脂質バイオマーカーを用いた微生物群集構造解析
8. 陸域地下生物圏における物質循環の新たな視点
9. おわりに


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天然ガス田でメタンを作る微生物を探る
Microbial Diversity and Methanogenic Potential in Natural Gas Fields in Japan

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持丸華子((独)産業技術総合研究所 生物機能工学研究部門 生物資源情報基盤研究グループ;同研究所 地圏資源環境研究部門 地圏微生物研究グループ 特別研究員)
鎌形洋一((独)産業技術総合研究所 生物機能工学研究部門 生物資源情報基盤研究グループ;同研究所 ゲノムファクトリー研究部門 部門長)

微生物が作り出したメタンが濃集して形成された天然ガス田がある。そのメタンはどのような微生物により作られたのであろうか。そして,その営みは今も続いているのであろうか。本稿では,地球化学的研究により微生物起源とされた水溶性天然ガス田を対象として,微生物学的な手法を用いることにより明らかになったメタン生成微生物群の生態について紹介する。さらに油ガス田微生物研究の今後の可能性について概説する。

【目次】
1. はじめに
2. 天然ガス田の分類と微生物によるメタン生成
3. 日本に特徴的な水溶性天然ガス田
4. 微生物の生息場所としてガス田環境を見る
5. 水溶性天然ガス田における微生物の多様性
6. 培養法を用いて検出された生きたメタン生成古細菌
7. 油ガス田環境における物質循環
8. おわりに


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北海道の石炭層と堆積岩断層帯の深部地下水中のメタン生成微生物群集
Methanogenic Microbial Communities in Deep Coal Seam Groundwater and Fault-bordered Aquifers of Hokkaido,Japan

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清水了((財)北海道科学技術総合振興センター 幌延地圏環境研究所 地下微生物環境研究グループ 主任研究員)
秋山克((財)北海道科学技術総合振興センター 幌延地圏環境研究所 地下微生物環境研究グループ 研究員)
長沼毅(広島大学 大学院生物圏科学研究科 准教授)
石島洋二((財)北海道科学技術総合振興センター 幌延地圏環境研究所 所長)

地下深部のメタン胚胎環境である北海道の夕張地域の石炭層と幌延地域の堆積岩断層帯の地下水中の微生物群集について紹介する。興味深いことに石炭層に包蔵されているメタンは同位体分析では熱分解起源であることが示唆されたが,同地下水にはメタン生成に関わる微生物群集が存在していた。一方,幌延では,断層帯を挟んでメタン生成微生物群集と非メタン生成微生物群集が存在していた。両サイトのメタン生成微生物群集は興味深いことに群集構造に類似性がみられた。

【目次】
1. はじめに
2. 石炭層の微生物
2.1 CO2-ECBMプロジェクトと研究サイト
2.2 生産ガスの組成と安定同位対比
2.3 石炭層の微生物群集
2.4 N2ガス注入による微生物群集への影響
3. 堆積岩断層帯の微生物
3.1 研究サイト
3.2 堆積岩断層帯の微生物群集構造
4. 両メタン胚胎地下環境の地下微生物群集の比較


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地下生命圏におけるメタゲノム解析
Metagenomics in Subsurface Biosphere

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布浦拓郎((独)海洋研究開発機構 極限環境生物圏研究センター 研究員)
高見英人((独)海洋研究開発機構 極限環境生物圏研究センター プログラムディレクター)

【目次】
1. メタゲノム解析とは
1.1 ライブラリーの作製
1.2 シーケンシング
1.3 特定の微生物(群)由来ゲノムの解析
2. メタゲノム解析の利点と課題
3. 地下生命圏におけるメタゲノムの実際
3.1 嫌気的メタン酸化微生物群集
3.2 カリフォルニア鉱山酸性排水微生物群集
3.3 金山の地下熱水環境におけるメタゲノム解析
4. 複雑な海底下生命圏メタゲノム解析に向けて


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地球深部探査船「ちきゅう」によるライザー掘削試験に用いられた循環泥水の微生物学的汚染評価
Contamination Monitoring of Circulation Mud Fluids during the Test Operation of Riser Drilling by the Deep-Earth Research Vessel Chikyu

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益井宣明((独)海洋研究開発機構 高知コア研究所 地下生命圏研究グループ 研究員)

掘削により採取されるコアの汚染の状況を把握することは,海底下生命圏の研究を行う上で重要である。地球深部探査船「ちきゅう」は,泥水を循環させるライザー掘削方式によって海底下数千メートルの大深度掘削が可能である。バイオマスが少ないと予想される大深度掘削試料を分析するには,ライザー掘削に用いられる泥水の微生物学的研究が不可欠である。本稿では,2006年に下北半島沖で行われた「ちきゅう」のライザー掘削試験に使用された循環前および循環後の泥水試料を用いて,微生物相がどのように変化したのかを概説する。また,外来微生物による汚染(コンタミネーション)をできる限り防ぐ(もしくは評価する)ための泥水調製について議論する。

【目次】
1. はじめに―海底下生命圏研究の進展
2. 科学掘削にライザー掘削技術を導入
2.1 「ちきゅう」による初めてのライザー掘削試験
2.2 掘削循環泥水の特性
2.3 掘削循環泥水の汚染評価
3. 掘削循環泥水の全菌数および生菌数の変化
4. 分子生物学的手法による掘削循環泥水中のバクテリアの多様性
5. 分子生物学的手法による掘削循環泥水中のアーキアの多様性
6. おわりに


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海底下堆積物中の微生物バイオマス測定法
Enumeration of Microbial Cells in Marine Subsurface Sediments

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諸野祐樹((独)海洋研究開発機構 高知コア研究所 地下生命圏研究グループ 研究員)
寺田武志((株)マリン・ワーク・ジャパン OD科学技術部 高知海洋課)

微生物細胞の直接計数は,真っ暗な部屋の中で一人顕微鏡を覗き,カチカチとカウンターを押しながら行う地味な作業であり,寒天などを用いた培養法による微生物数計測に比べ若干敬遠されがちである。しかし,海底下のような未培養,難培養の微生物を多く含む環境においては直接係数が簡便かつ迅速な唯一の微生物バイオマス計測法である。本稿では,海底下堆積物を用いて行ったバイオマスの直接計数とその自動化の事例を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 微生物バイオマスの直接計数法―蛍光色素を利用した生物特異的検出―
3. どれが微生物?―非生物粒子と微生物
4. 塩酸(HCl),フッ化水素酸(HF)を用いた堆積物処理
5. 顕微鏡観察,微生物検出の自動化
6. 堆積物からの微生物回収率
7. 海底堆積物中の微生物カウント
8. 今後の展望:直接計数の今後と複合的計測


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BIO R&D

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植物の生長・開花調整機構の解明とその応用―根毛をつくる遺伝子が,生長・開花にも関与―
Analyses of Growth and Flowering Mechanism in Arabidopsis

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冨永るみ(基礎生物学研究所 植物器官形成学研究室 研究員)
和田拓治(基礎生物学研究所 植物器官形成学研究室 研究員;(独)理化学研究所 植物科学研究センター 非常勤チームリーダー)

シロイヌナズナの表皮細胞分化をつかさどるCAPRICE遺伝子のホモログCPC LIKE MYB 3(CPL3)遺伝子は,根毛を作り,葉のトライコームを増やす働きだけでなく,葉の生長や花芽形成に関与することがわかった。CPL3遺伝子を利用した作物の収量増加技術の開発が期待される。

【目次】
1. はじめに
2. 表皮細胞分化を制御するCPC遺伝子ファミリー
3. CPL3遺伝子の探索とその機能について
3.1 CPL3突然変異体の大型化
3.2 CPL3遺伝子の開花時期への関与
4. 作物収量の向上を促す新技術開発への貢献


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万能インフルエンザワクチン実現へ繋がるCTL誘導型リポソームワクチンの開発
CTL-based Liposome Vaccine for the Development of Universal Influenza Vaccine

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内田哲也(国立感染症研究所 血液・安全性研究部 主任研究官)
種市麻衣子(国立感染症研究所 血液・安全性研究部 主任研究官)

従来のワクチンが主として液性免疫(抗体産生)を誘導するものであったのに対して,ワクチン抗原をリポソームの表面に結合することにより細胞性免疫(CTL)を誘導するワクチンの創製が可能であることが明らかになった。このことを利用して,現在筆者らはCTL誘導型万能インフルエンザワクチンの開発を試みている。

【目次】
1. はじめに
2. リポソーム表面結合抗原によって誘導されるIgE選択的無反応
3. 抗原とリポソームとの結合方法によらず誘導されるIgE選択的無反応
4. リポソームの脂質組成によって異なるアジュバント効果
5. T細胞に非依存的なIgE抗体産生の調節機構
6. 不飽和脂肪酸からなるリポソームを用いて作製されたリポソーム表面結合抗原による腫瘍拒絶の誘導
7. CTL誘導型インフルエンザワクチンの開発
8. 万能インフルエンザワクチンの臨床応用にむけて


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連載:未来をひらく 脳科学のススメ

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第2回 はじめに

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脳をみること,みつめること

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福士珠美((独)科学技術振興機構 社会技術研究開発センター 研究員)




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非侵襲脳機能イメージング法(MRI,PET,NIRS)の進歩
Progress in Non-invasive Brain Functional Imaging Technology:MRI,PET,NIRS

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清水公治((株)島津製作所 経営戦略室 次世代医療事業推進グループ 部長)

イメージング機器の進歩によって,脳機能を非侵襲で画像化することが可能になっている。ここでは,機器開発の立場から,非侵襲脳機能イメージングに利用されているMRI(磁気共鳴イメージング装置),PET(ポジトロンCT装置),NIRS(近赤外光イメージング装置)の概要を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. MRI
3. PET
4. NIRS
5. おわりに


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分子イメージングを用いた先端研究とその実用化
Advanced Research Using Molecular Imaging and Its Utilization

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瀬藤光利(浜松医科大学 分子イメージング先端研究センター 分子解剖学部門 主任教授)
松本峰男(三菱化学生命科学研究所 分子加齢医学研究グループ 主任研究員)
小西慶幸(三菱化学生命科学研究所 分子加齢医学研究グループ 主任研究員)

「脳と心をめぐる科学技術の今とこれから」というテーマに沿って,筆者らが開発と応用を手がけている分子イメージング法である質量顕微鏡法を紹介する。これは観察対象の組織上での観察と同定を同時に行えるという意味にて究極の観察方法と言える。直近の脳科学研究において重要な手法となるだろう。筆者らはこれまでに,QIT-TOF型質量分析装置を利用した質量顕微鏡法,ナノ微粒子イオン化支援剤をマトリクスに用いた高解像度の質量顕微鏡,大気圧型質量顕微鏡の開発等に着手し,成功してきた。質量顕微鏡法を用いた最近の幾つかの具体例,その問題点,発展性などについて解説したい。

【目次】
1. はじめに
2. 質量顕微鏡法の実際
2.1 既存のQIT-TOF型質量分析装置を利用した質量顕微鏡
2.2 ナノ微粒子イオン化支援剤をマトリクスに用いた高解像度の質量顕微鏡法
2.3 大気圧型質量顕微鏡の開発
3. おわりに