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# 生物学# 微生物学

微生物:石油流出後の自然のクリーンアップ部隊

研究によると、海の微生物が油を分解して生態系を回復させる手助けをしているんだって。

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微生物が海の石油汚染と戦う微生物が海の石油汚染と戦うするのに重要なんだって。研究によると、微生物は海洋環境で油を分解
目次

毎年、大量の油が海に入り込み、海洋生物や海洋生態系全体の健康への害についての懸念が高まってるんだ。この油は自然の源からも人間の活動からも来てる。海に油が存在すると、広範囲に薄い層で覆うことができて、無数の生物に影響を与えるんだ。海はメタンみたいなガスも自然に生産してて、これは強い温室効果ガスなんだ。海が大気にメタンを少しだけ寄与してると推定されてる。だから、水中の微生物が油やガスを食べることで、環境に重要な利益をもたらして、海の健康を維持し、空気に出て行くだろうガスを捕まえてるんだ。

この問題を浮き彫りにした大きな事件が、2010年のディープウォーター・ホライゾンの油流出事故だね。数ヶ月間、大量の油とガスがメキシコ湾に放出されたんだ。流出が深いところで起きたから、日光で分解したり物理的に取り除いたりする通常の油の清掃方法が使えなかった。それに代わって、微生物が流出の影響を軽減する主な手段になって、油を分解する役割を果たしたんだ。

深海の微生物に関する研究は少しあったけど、まだまだ知らないことが多い。研究によれば、メキシコ湾の水が油で汚染された時、これらの微生物の多様性が無汚染の水に比べて減少したことがわかってる。この油の影響を受けた地域での微生物の種類や量の変化が記録されてる。油流出の間に特定の微生物グループが成長して、利用可能な炭化水素の種類によって変わっていたんだ。例えば、軽い化合物がある時にある微生物グループが優勢だったけど、違うタイプの炭化水素が豊富になると他のグループがそれに取って代わったりしたんだ。

ディープウォーター・ホライゾンの流出から時間が経ったけど、深海の微生物がどうやって炭化水素を分解してるかの詳細な情報はまだ不足してる。メタンが最も一般的に放出された炭化水素の一つだったけど、それを分解する特定の微生物がどれか完全には理解されてない。さまざまな方法で、メタン酸化に関連する遺伝子や転写物の多様性が見つかったけど、関与するバクテリアの正確な特定は不明のままだ。直鎖状や芳香族化合物などの他の炭化水素も流出区域で見つかって、いくつかの重要な分解プロセスが特定されたが、これらのプロセスに関与する微生物についての知識は限られてる。

研究の目的

メキシコ湾や他の場所でのこれらの微生物の分解能力に関する知識のギャップがある。目標は、特定の微生物が炭化水素を分解するのに何ができるかについての情報を集めることだ。これには、ディープウォーター・ホライゾンの流出から集めたサンプルを見て、新しい技術を適用してサンプルに存在する微生物についてのデータを組み立てることが含まれる。これにより、海での炭化水素の分解に特定の微生物グループがどのように寄与するかに関する欠落したリンクが埋まることが期待されてる。

方法

サンプル収集

2010年に、メキシコ湾から2回の研究航海中に海水が集められた。これらのサンプルは、水中に存在する微生物を分離するためにフィルターされた。

DNAとRNAの抽出

研究者たちは、集めたサンプルからDNAとRNAを抽出するために特定の手順を踏んだ。DNAとRNAは、その後、シーケンシング用に利用可能な量を増やすために増幅された。このプロセスには、微生物細胞を破壊すること、生成された材料を精製すること、シーケンシングの準備をすることなどの複数のステップが含まれてる。

シーケンシングとデータ分析

抽出したDNAとRNAは、サンプルに存在する微生物コミュニティの詳細な分析を可能にする高度な技術を使ってシーケンシングされた。シーケンシングデータの質がチェックされ、質の悪い読み取りは削除された。残りのデータは、サンプルに存在する微生物の全体像を組み立てるためにまとめられた。

機能分析

シーケンスが得られたら、研究者たちは炭化水素を分解できる可能性のある微生物を示す異なる遺伝子を探した。これには、微生物の遺伝子の既知データベースとシーケンスを比較することが含まれた。

結果

微生物の多様性と豊富さ

分析により、メキシコ湾のサンプルに多様な微生物が存在することがわかった。最も豊富なグループの中には、炭化水素を分解することで知られるバクテリアが含まれてた。研究では、特定の微生物が汚染された水で無汚染の地域に比べてより豊富だったことが発見された。

炭化水素分解パスウェイ

分析は、特定の微生物がメタンのような気体炭化水素を分解するための装備が整っていることを示した。例えば、メタン酸化に関連する特定の遺伝子が主要な微生物グループで見つかった。また、研究は直鎖状および芳香族炭化水素を分解する微生物の能力の証拠も見つけた、これらは油でよく見られる有毒な化合物だ。

栄養素の獲得

結果は、微生物が成長のために不可欠な窒素やリンのような重要な栄養素を取得する能力も持っていることを示した。栄養素輸送に関連する遺伝子の存在は、これらの微生物がメキシコ湾の条件によく適応していたことを示唆してる。

微生物活動に影響を与える環境要因

研究はまた、温度や栄養素の可用性のような環境要因が微生物の活動に影響を与える可能性があることを発見した。低温ショックタンパク質の存在は、これらの微生物が深海の低温に適応していることを示していて、これが代謝や炭化水素分解能力に影響を与えるかもしれない。

議論

微生物による炭化水素分解の重要性

微生物による炭化水素の分解は、特に油流出の後の海洋健康の維持に不可欠だ。研究結果は、有害な化合物を分解する上での在来の微生物の重要な役割を強調していて、最終的には影響を受けた生態系の回復につながる。

将来の油流出への影響

どの微生物が異なる炭化水素を分解できるかをよりよく理解することで、将来の油流出への対応がより効果的になるかもしれない。結果は、油流出後に微生物コミュニティを監視して、その能力や生物修復への貢献を評価する重要性を強調してる。

さらなる研究の必要性

これらの発見があったにもかかわらず、これらの微生物が炭化水素を分解するメカニズムについてまだ学ぶべきことがたくさんある。さまざまな微生物グループ間の具体的な相互作用や、彼らがどのように共同で炭化水素を分解するかを理解するためには、さらなる研究が必要だ。

グローバルな関連性

メキシコ湾の発見は、他の地域にも応用できる洞察を提供できるかもしれない。油流出やプラスチック汚染が今なお深刻な環境問題である中、炭化水素分解に関与する微生物メカニズムを理解することは、世界規模の汚染管理戦略を考えるのに役立つかもしれない。

結論

この研究は、海で炭化水素を分解する際の微生物の重要な役割を強調してる。特定の微生物が油やガスを代謝する能力は、流出の影響を軽減するだけでなく、海洋生態系全体の健康にも貢献してる。今後の汚染イベントに対処するための効果的な戦略を開発し、海洋の微生物生態学を理解するためには引き続き研究が必要だ。

オリジナルソース

タイトル: Novel, active, and uncultured hydrocarbon degrading microbes in the ocean

概要: Given the vast quantity of oil and gas input to the marine environment annually, hydrocarbon degradation by marine microorganisms is an essential ecosystem service. Linkages between taxonomy and hydrocarbon degradation capabilities are largely based on cultivation studies, leaving a knowledge gap regarding the intrinsic ability of uncultured marine microbes to degrade hydrocarbons. To address this knowledge gap, metagenomic sequence data from the Deepwater Horizon (DWH) oil spill deep-sea plume was assembled to which metagenomic and metatranscriptomic reads were mapped. Assembly and binning produced new DWH metagenome assembled genomes that were evaluated along with their close relatives, all of which are from the marine environment (38 total). These analyses revealed globally distributed hydrocarbon degrading microbes with clade specific substrate degradation potentials that have not been reported previously. For example, methane oxidation capabilities were identified in all Cycloclasticus. Further, all Bermanella encoded and expressed genes for non-gaseous n-alkane degradation; however, DWH Bermanella encoded alkane hydroxylase, not alkane 1-monooxygenase. All but one previously unrecognized DWH plume members in the SAR324 and UBA11654 coded for aromatic hydrocarbon degradation. In contrast, Colwellia were diverse in the hydrocarbon substrates they could degrade. All clades encoded nutrient acquisition strategies and response to cold temperatures, while sensory and acquisition capabilities were clade specific. These novel insights regarding hydrocarbon degradation by uncultured planktonic microbes provided missing data, allowing for better prediction of the fate of oil and gas when hydrocarbons are input to the ocean, leading to a greater understanding of the ecological consequences to the marine environment. ImportanceMicrobial degradation of hydrocarbons is a critically important process promoting ecosystem health, yet much of what is known about this process is based on physiological experiments with a few hydrocarbon substrates and cultured microbes. Thus, the ability to degrade the diversity of hydrocarbons that comprise oil and gas by microbes in the environment, particularly in the ocean, is not well characterized. Therefore, this study aimed to utilize non-cultivation based omics data to explore novel genomes of uncultured marine microbes involved in degradation of oil and gas. Analyses of newly assembled metagenomic data and metagenomic and metatranscriptomic read recruitment revealed globally distributed hydrocarbon degrading marine microbes with clade specific substrate degradation potentials that have not been previously reported. This new understanding of oil and gas degradation by uncultured marine microbes suggested that the global ocean harbors a diversity of hydrocarbon degrading Bacteria, that can act as primary agents regulating ecosystem health.

著者: Olivia U Mason, K. L. Howe, J. Zaugg

最終更新: 2024-01-21 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.20.576437

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.20.576437.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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