水素栄養性メタン生成は、嫌気性アメーバ Pelomyxa schiedti の偏性共栄養コンソーシアムにおける重要なプロセスです

ISME Journal (2023)この記事を引用する

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メトリクスの詳細

ペロミクサは、複数の原核生物の内部共生生物と共同して生息する嫌気性アメーバの属です。 共生生物は細胞バイオマスの大部分を占めていますが、その代謝的役割は調査されていません。 我々は、単細胞ゲノミクスとトランスクリプトミクスを用いて、P. schiedti に関連する原核生物群集を特徴付けました。この群集は、Candidatus Syntrophus pelomyxae (デルタプロテオバクテリア綱) と Candidatus Vesiculincola pelomyxae (Clostridia 綱) という 2 つの細菌と、メタン生成菌である Candidatus Methanoregula pelomyxae で構成されています。 。 蛍光 in situ ハイブリダイゼーションおよび電子顕微鏡検査により、Ca が示されました。 Vesiculincola pelomyxae は小胞の内部に局在しますが、他の内部共生生物は細胞質ゾル内で自由に発生し、Ca を伴います。 Methanoregula pelomyxae は核の周囲に豊富です。 ゲノムおよびトランスクリプトームに基づいた代謝の再構成は、P. schiedti のセルロース分解活性が、自身の代謝と Ca の代謝を促進する単糖を生成することを示唆しています。 Vesiculincola pelomyxae、Ca。 Syntrophus pelomyxae のエネルギー代謝は、環境からの酪酸とイソ吉草酸の分解に依存しています。 細菌とアメーバの両方の種はヒドロゲナーゼを使用して電子を還元当量から水素に移動しますが、このプロセスには低い水素分圧が必要です。 これは、3 番目の内部共生生物である Ca によって達成されます。 Methanoregula pelomyxae、メタン生成のために H2 とギ酸を消費します。 細菌共生生物は、アメーバの生存能力に影響を与えることなくバンコマイシン処理により首尾よく除去できるが、メタン生成の特異的阻害剤である2-ブロモエタンスルホン酸で処理するとアメーバが死滅し、このコンソーシアムにとってメタン生成が不可欠であることが示された。

ペロミクサ属はアーカメーバ科に属し、その代表種は低酸素淡水環境に生息しています [1,2,3]。 大きさが数ミリメートルに達することもあるペロミクサの種は、異常な軸索構造を持つ多数の非運動性鞭毛を持ち[4、5]、当初はゴルジ体やミトコンドリアなどの基本的な細胞小器官を欠いていると考えられていました。 Pelomyxa palustris の初期の形態学的研究では、ミトコンドリア関連細胞小器官 (MRO) を表す可能性のある微小体様顆粒の存在が示されており [6]、Pelomyxa schiedti では、そのような MRO が最近、単細胞ゲノムおよびトランスクリプトームのアプローチを使用して特徴付けられました [7]。 。 これらのアメーバはさまざまな細菌内部共生生物を保有しているため、透過型電子顕微鏡によるペロミクサ属の代表的な MRO の同定は困難です [2、8、9、10、11]。 これらの内部共生生物はサイズと局在が異なり、液胞内または細胞質内に自由に位置しており、一部は核の周囲に局在する傾向があります [2、10]。 すでに、P. palustris の最初の説明では、細胞が壊れたときに観察される小さな「踊る桿体」について言及しています [12]。 その後の研究では、P. palustris が 3 種類の内部共生生物を保有していることが示唆されました。 グラム陽性菌とグラム陰性菌は細長い棒状で、長方形の形状をした大型のグラム陽性菌もあります [13、14]。 P. palustris の培養物によるメタンの生成と、2 つの細長い形態型で観察された F420 補酵素の特徴的な自己蛍光に基づいて、これらがメタン生成菌である可能性があることが示唆されました [15]。 このことは、P. palustris から細長いグラム陽性メタン生成古細菌を単離して純粋培養し、H2/CO2 とギ酸で増殖し、Methanobacterium formicicum として同定されたことによってさらに裏付けられました [16]。 ただし、この補因子は特定の放線菌によっても生成されるため、F420 蛍光への依存性は完全に決定的ではありません [17]。 さらに、これらの観察は、3 番目の形態型がメタン生成共生生物を表すと主張した P. palustris に関する他の研究と矛盾していました [18]。 この状況は、16 S rRNA 遺伝子配列決定と蛍光 in situ ハイブリダイゼーション (FISH) を使用して最終的に明らかにされ、核の周囲に位置する大きな長方形の細胞がメタノサエタ属のメタン生成古細菌であること、グラム陰性桿菌がシントロフォラブダス属のデルタプロテオバクテリアであることが同定されました。 、およびロドコッカス属の放線菌としてのグラム陽性桿菌[19]。 内部共生生物の代謝は不明のままであったが、P. palustris 内の微生物群集は活性汚泥で見られる群集 [19] に似ていることが示唆されており、そこではロドコッカス属およびシントロフォラブダス属のメンバーがメタン生成菌と共生関係で発生している [20、21]。