(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-14
(45)【発行日】2022-09-26
(54)【発明の名称】アガリボランス(Agarivorans)属細菌、その変異株である細菌、海藻分解用細菌並びにアガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解用細菌
(51)【国際特許分類】
C12N 1/20 20060101AFI20220915BHJP
【FI】
C12N1/20 A ZNA
(21)【出願番号】P 2018220801
(22)【出願日】2018-11-27
【審査請求日】2021-09-13
【微生物の受託番号】NPMD NITE BP-02802
(73)【特許権者】
【識別番号】301021533
【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所
(73)【特許権者】
【識別番号】000125369
【氏名又は名称】学校法人東海大学
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100165515
【氏名又は名称】太田 清子
(74)【代理人】
【識別番号】100111464
【氏名又は名称】齋藤 悦子
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 英臣
(72)【発明者】
【氏名】木原 稔
【審査官】太田 雄三
(56)【参考文献】
【文献】特開2009-195222(JP,A)
【文献】特開平08-298937(JP,A)
【文献】特開2015-192903(JP,A)
【文献】FEMS Microbiology Letters,2015年04月02日,Vol. 362,1-7,doi:10.1093/femsle/fnv054
【文献】International Journal of Systematic and Evolutionaly Microbiology,2016年,Vol. 66,p. 3119-3124,doi:10.1099/ijsem.0.001155
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C12N 1/00
JSTPlus/JMEDPlus/JST7580(JDreamIII)
CAplus/MEDLINE/EMBASE/BIOSIS(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
受託番号NITE BP-02802として寄託されたアガリボランス属細菌又はその変異株であ
って、
前記変異株は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有し、
前記変異株は、配列番号1に示される塩基配列と99%以上の相同性を示す16S rRNA遺伝子塩基配列を有する、
細菌。
【請求項2】
受託番号NITE BP-02802として寄託されたアガリボランス属細菌又はその変異株である細菌からな
り、
前記変異株は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有し、
前記変異株は、配列番号1に示される塩基配列と99%以上の相同性を示す16S rRNA遺伝子塩基配列を有する、
ことを特徴とする海藻分解用細菌。
【請求項3】
受託番号NITE BP-02802として寄託されたアガリボランス属細菌又はその変異株である細菌からな
り、
前記変異株は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有し、
前記変異株は、配列番号1に示される塩基配列と99%以上の相同性を示す16S rRNA遺伝子塩基配列を有する、
ことを特徴とするアガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解用細菌。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アガリボランス(Agarivorans)属細菌、その変異株である細菌、海藻分解用細菌並びにアガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解用細菌に関する。
【背景技術】
【0002】
アガリボランス(Agarivorans)属は、Gammaproteobacteria綱内のAlteromonadaceae科に属し、主に、貝類、海藻、海水、干潟の土壌等から分離されている。
【0003】
アガリボランス属に共通している特徴の一つに、アガー分解能が挙げられる。アガーは海藻、特に紅藻に含まれる主要な多糖類の一つであることから、アガリボランス属は、海洋環境の炭素循環等において中心的な役割を果たすと考えられている。
【0004】
非特許文献1には、Agarivorans albus YKW-34のアガー分解酵素を精製して性状解析したことが記載されている。
【0005】
一方で、アガーと同様に主要な海藻多糖類の一つであるアルギン酸の分解能についても、アガリボランス属において報告されている。非特許文献2には、アガリボランス属細菌であるAgarivorans albus YKW-34のアルギン酸分解酵素を精製して性状解析したことが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【文献】Applied Microbiology and Biotechnology,78,265-273,2008
【文献】Enzyme and Microbial Technology,41,828-834,2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、アガー及びアルギン酸以外の複数の多糖類の分解活性を有するアガリボランス属細菌については、今まで報告がなされていなかった。
【0008】
本発明者らは、海洋生物において新規のアガリボランス属細菌を見出し、本発明を完成した。本発明は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有する新規のアガリボランス属細菌又はその変異株である細菌及び海藻分解用細菌を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の第1の観点に係る細菌は、
受託番号NITE BP-02802として寄託されたアガリボランス属細菌又はその変異株であって、
前記変異株は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有し、
前記変異株は、配列番号1に示される塩基配列と99%以上の相同性を示す16S rRNA遺伝子塩基配列を有する。
【0012】
本発明の第2の観点に係る海藻分解用細菌は、
受託番号NITE BP-02802として寄託されたアガリボランス属細菌又はその
変異株である細菌からなり、
前記変異株は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有し、
前記変異株は、配列番号1に示される塩基配列と99%以上の相同性を示す16S rRNA遺伝子塩基配列を有する。
【0013】
本発明の第3の観点に係るアガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン
及びキシラン分解用細菌は、
受託番号NITE BP-02802として寄託されたアガリボランス属細菌又はその
変異株である細菌からなり、
前記変異株は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有し、
前記変異株は、配列番号1に示される塩基配列と99%以上の相同性を示す16S rRNA遺伝子塩基配列を有する。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有する新規のアガリボランス属細菌又はその変異株である細菌及び海藻分解用細菌を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】単離株のアガー分解酵素活性及びアルギン酸分解酵素活性を測定した結果を示す図である。
【
図2】Toyoura001株陰性染色細胞の透過電子顕微鏡像を示す図である。
【
図3】16S rRNA遺伝子配列から推測される、Toyoura001株とその近縁種が含まれるAlteromonadaceae科細菌との系統発生的関係を示す系統樹の図である。Toyoura001株の配列を太字で示す。節(node)には50%を超えるブートストラップ値が示される。Pseudomonas aeruginosa DSM 50071T(X06684)の16S rRNA配列をアウトグループとして使用した。
【発明を実施するための形態】
【0016】
まず、本実施形態によるアガリボランス(Agarivorans)属細菌について説明する。
【0017】
本実施形態によるアガリボランス属細菌は、アガリボランス属に属する新規の種であり、Agarivorans albus MKT106Tと系統的に近いが、これとは明確に異なる新規微生物である。該アガリボランス属細菌は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン、キシランを栄養源として増殖できる。つまり、本実施形態によるアガリボランス属細菌は、アガー、アルギン酸、ペクチン及びキシラン分解活性を有する。
【0018】
次に、本実施形態による受託番号NITE BP-02802として寄託されたアガリボランス属細菌又はその変異株である細菌について説明する。
【0019】
受託番号NITE BP-02802として寄託されたアガリボランス属細菌は、本明細書において「Toyoura001」とも称される。受託番号NITE BP-02802として寄託されたアガリボランス属細菌(Toyoura001)は、配列番号1に示される16S rRNA遺伝子塩基配列を有する。
【0020】
Toyoura001は、平成30年11月7日付で、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター(郵便番号292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8 122号室)に受託番号NITE BP-02802にて寄託された。
【0021】
本明細書においてToyoura001の変異株とは、例えば、配列番号1に示される塩基配列と95%以上、好ましくは96%以上、97%以上、98%以上又は99%以上、さらに好ましくは100%の相同性を示す16S rRNA遺伝子塩基配列を有する菌株をいう。また、Toyoura001の変異株は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有する。
【0022】
Toyoura001の変異株は、例えば、Toyoura001から当業者に公知の変異処理により誘導され得る。該変異処理として、例えば、紫外線、γ線といった放射線等の照射、メチルニトロソウレア等の変異原性化学物質の接触、N-メチル-N’-ニトロ-N-ニトロソグアニジン(NTG)処理、エチルメタンスルホン酸(EMS)処理等が挙げられる。
【0023】
Toyoura001は、例えば、日本近海で捕獲したアワビを解剖して腸内容物を採取し、マリンブロス寒天培地に塗布して培養し、アガー及びアルギン酸分解活性を有する株を単離することで得ることができる。
【0024】
次に、本実施形態による海藻分解用細菌について説明する。
【0025】
本実施形態による海藻分解用細菌は、前述のアガリボランス属細菌又はToyoura001若しくはその変異株からなる。本実施形態による海藻分解用細菌は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有するため、海藻成分の多糖類(例えば、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン)を効率良く分解し、海藻を分解することができる。本明細書において、「海藻」とは、海産種群の藻類の総称であり、褐藻類、紅藻類及び緑藻類が包含され、例えば、褐藻類として、アラメ、ガゴメコンブなど、紅藻類として、キリンサイ、クロバラノリ(スサビノリ)、トサカノリ、オゴノリなど、緑藻類として、ヒトエグサ(アオサ)などが挙げられる。本明細書において、「海藻分解」とは、海藻成分の多糖類(例えば、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン)を分解することで、海藻が軟化すること、海藻が物理的に分解すること等をいう。
【0026】
次に、本実施形態によるアガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解用細菌について説明する。
【0027】
本実施形態によるアガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解用細菌は、前述のアガリボランス属細菌又はToyoura001若しくはその変異株からなる。本実施形態によるアガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解用細菌は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有する。つまり、該細菌は、アガー分解活性、アルギン酸分解活性、フコイダン分解活性、カラギーナン分解活性、ペクチン分解活性及びキシラン分解活性の6つの分解活性を併せ持つ。アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシランの分解活性は、例えば、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシランをそれぞれ唯一の炭素源とした培地(例えば、Ensor,L.A.,Stosz,S.K.,& Weiner,R.M.(1999).Expression of multiple complex polysaccharide-degrading enzyme systems by marine bacterium strain 2-40.Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology,23(2),123-126.に準拠)において該細菌を培養し、培養前後の培養液の濁度を比較することで測定することができる。また、アガー分解酵素活性については、例えば、該細菌をMarine Broth液体培地に懸濁して振とう培養し、遠心分離後の上澄み液をフィルター滅菌して菌体外酵素(酵素液)を得て、該酵素液とリン酸緩衝液とを混合した後、基質溶液(アガーを含むリン酸緩衝液)を添加混合して反応させ、遠心分離後の反応液上清にジニトロサリチル酸試薬を加えて加熱し、氷冷後、吸光度を545nmで測定し、アガロース分解の生成物であるガラクトースを用いて検量線を作成し、ガラクトース生成量を酵素活性とすることで測定することができる。また、アルギン酸分解酵素活性については、例えば、該細菌をMarine Broth液体培地に懸濁して振とう培養し、遠心分離後の上澄み液をフィルター滅菌して菌体外酵素(酵素液)を得て、酵素液とTris-HCl緩衝液とを混合した後、アルギン酸ナトリウム含有Tris-HClを添加混合して反応させ、遠心分離後の反応液上清の吸光度を235nmで測定し、吸光度を1分間あたり0.01増加させる酵素活性を1Uとして測定することができる。
【0028】
以上説明したように、本実施形態によるアガリボランス属細菌又はToyoura001若しくはその変異体は、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有する新規なAgarivorans属細菌である。これまでのアガリボランス属では報告のない多糖類分解能を利用した、高効率な海藻分解技術への活用を可能とする。本実施形態によるアガリボランス属細菌又はToyoura001若しくはその変異体を活用することで、例えば、海藻廃棄物の減量、易消化型海藻飼料の開発等が期待される。
【実施例】
【0029】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0030】
(実施例1)
アワビの腸内容物から、新規のアガリボランス属細菌株(Toyoura001)を単離し、多糖類分解活性を調べた。
【0031】
北海道虻田郡豊浦町の海岸で野生アワビHaliotis discus hannaiを捕獲した。捕獲した翌日、アワビを解剖して腸内容物を採取し、フィルター滅菌した人工海水(Instant Ocean、Aquarium Systems社)に懸濁させた。得られた懸濁液をマリンブロス(Difco社)の1.5%寒天プレート上に塗布して、15℃で10日間培養した。培養後、寒天上に複数のコロニーが形成されたが、寒天を凹ませながら生育するコロニーが観察された。形成されたコロニーのうち、寒天を凹ませるもの4個(株名:203株、206株、219株、225株)、寒天を凹ませないもの4個(株名:201株、204株、220株、222株)について、16S rRNA遺伝子の部分配列を解読して簡易同定したところ、寒天を凹ませるものはすべてアガリボランス属細菌であり、凹ませないものはAllivibrio、Shewanella、Vibrio属細菌の近縁種であると推定された。
【0032】
上記8株(201、203、204、206、219、220、222、225株)について、アガー分解活性及びアルギン酸分解活性を測定した。なお、201、203、204、206、219、220の6株と、222、225の2株と、は、それぞれ別個体のアワビから単離されたものであった。
【0033】
アガー分解酵素活性及びアルギン酸分解酵素活性の測定方法について説明する。
(1)酵素溶液の調製
単離した細菌をMarine Broth液体培地に懸濁して振とう培養(15℃、24h)し、遠心分離(2,800rpm、20分間、4℃)後の上澄み液をフィルター滅菌(DISMIC-25、0.45μm)して菌体外酵素を得た。
【0034】
(2)アガー分解酵素活性
アガー分解酵素活性の基質溶液には、0.25%のアガー(試薬特級、富士フイルム和光純薬)を含む10mMリン酸緩衝液(pH6.8)を使用した。酵素液とリン酸緩衝液(pH6.8)とを混合した後、基質溶液を添加混合して、30℃で30分間反応させた。遠心分離(7,000rpm、4℃、5分間)後の反応液上清にジニトロサリチル酸試薬を加え、100℃で5分間加熱した。氷冷後、吸光度を545nmで測定した。アガロース分解の生成物であるガラクトースを用いて検量線を作成し、ガラクトース生成量を酵素活性とした。
【0035】
(3)アルギン酸分解酵素活性
酵素液と0.1M Tris-HCl緩衝液(pH7.5)とを混合した後、1%(w/v)アルギン酸ナトリウム含有0.1M Tris-HClを添加混合して、30℃で30分間反応させた。遠心分離(8,000rpm、4℃、5分間)後の反応液上清の吸光度を235nmで測定した。酵素活性は、吸光度を1分間あたり0.01増加させる酵素活性を1Uと定義した。アルギン酸分解酵素活性測定については、Inoue A.,et al.(2014).Characterization of an Alginate Lyase,FlAlyA,from Flavobacterium sp.Strain UMI-01 and Its Expression in Escherichia coli.Marine Drugs,12,4693-4712.を参考にした。
【0036】
結果を
図1に示す。8株のうち、203、206、219、225株については、アガー分解酵素活性及びアルギン酸分解酵素活性の両方を有することが確認され、特に「206株」においてアガー分解酵素活性及びアルギン酸分解酵素活性が高いことが示された。そこで、この「206株」を「Toyoura001株」(受託番号NITE BP-02802)と命名した。
【0037】
(実施例2)
実施例1で得られた「Toyoura001株」について、形態、生理学的性状、化学的性状、遺伝子型特性等について調べた。
【0038】
前述のマリンブロスの1.5%寒天プレート上で生育したToyoura001株を単離し、MB培地に移し、15℃で24時間振とうしながらインキュベートし、次いで、以下の実験に使用するまで培養液に20%グリセロールを補充して-80℃で保存した。比較対象のAgarivorans albus MKT106Tは、NITE生物資源センター(NBRC)から入手した。
【0039】
Toyoura001株をMB寒天プレート上で、25℃で24時間培養した後、コロニー形態及びグラム染色を観察した。MB培地で25℃、24時間培養した細胞の形態を陰性染色して透過型電子顕微鏡で観察し、光学顕微鏡下、ハンギングドロップ法で運動性を評価した。MB寒天上で24時間培養し、4~40℃(4、10、15、20、25、30、35及び40℃)で増殖の温度範囲及び最適条件を決定した。pH範囲及び最適増殖条件を、20mMの濃度で緩衝液(MES(pH5.0~6.0)、PIPES(pH6.5~7.0)、HEPES(pH7.5~8.0)、Tricine(pH8.5)及びCHES(pH9.0~10.0))を用いて25℃で24時間、MB培地中で試験した。0~8.0%NaCl(0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0)を補充したR2A(Difco社)培地中で、25℃で48時間、NaCl濃度及び最適増殖条件を調べた。嫌気的条件下での増殖を、AnaeroPack system(Mitsubishi Gas Chemical社)を用いて25℃で2週間、MB寒天培地上でのインキュベーションによって試験した。カタラーゼ活性の測定については、Kim,S.G.,Pheng,S.,Lee,Y.J.,Eom,M.K.,& Shin,D.H.(2016).Agarivorans aestuarii sp.nov.,an agar-degrading bacterium isolated from a tidal flat.International journal of systematic and evolutionary microbiology,66(8),3119-3124.を参照した。炭水化物からの酸生成についてはAPI50CH(bioMerieux社)、種々の酵素活性についてはAPIZYM(bioMerieux社)、API20NE(bioMerieux社)及びAPI20E(bioMerieux社)を用いて試験した。単糖類、二糖類及び有機酸の資化性については、それぞれを唯一の炭素源とした最少培地(人工海水(Park,S.,et al.(2014).Agarivorans litoreus sp.nov.,a novel gammaproteobacterium isolated from seawater and emended description of the genus Agarivorans. Antonie van Leeuwenhoek,106(5),1041-1047.)に、塩化アンモニウム、微量金属溶液(表1)及びビタミン溶液(表2)を添加したもの)を用いて試験した。25℃で24時間培養し、培養前後の培養液の濁度を比較し、資化性を判別した。すべてのAPI試験は、細胞懸濁液を3%(w/v)NaCl溶液で調製したことを除いて、製品説明書に従って25℃で行った。抗生物質に対する感受性を、各抗生物質(最終濃度;μg/ml)(アンピシリン(10)、カルベニシリン(100)、クロラムフェニコール(30)、エリスロマイシン(15)、ゲンタマイシン(10)、カナマイシン(30)、ナリジクス酸(30)、ネオマイシン(30)、ペニシリンG(10)、ストレプトマイシン(10)、テトラサイクリン(10)及びバンコマイシン(30))を補充したMB培地で試験した。培養物を25℃で24時間インキュベートした。
【0040】
【0041】
【0042】
25℃で24時間、MB培地で培養した細胞100mgからSasserの方法(Sasser,M.(1990).Identification of bacteria by gas chromatography of cellular fatty acids,MIDI Technical Note 101.Newark,DE:MIDI Inc.)を参照して細胞性脂肪酸メチルエステルを抽出し、Sherlock Microbial Identification System version 6.0(MIDI Inc.)によって分析した。また、25℃で24時間、MB培地で培養した細胞100mgからメタノール/クロロホルム/MilliQ水(10:5:4)及びクロロホルム/MilliQ水(1:1)を用いてイソプレノイドキノンを精製した。得られた精製キノンをHPLC(Tamaoka,J.,Katayama-Fujimura,Y.,& Kuraishi,H.(1983).Analysis of bacterial menaquinone mixtures by high performance liquid chromatography.Journal of Applied Bacteriology,54(1),31-36.)により同定した。極性脂質をメタノール/0.3% NaCl(10:1、v/v)及び石油エーテルで抽出し、Minnikinらの方法(Minnikin DE,Collins MD,Goodfellow M.Fatty acid and polar lipid composition in the classification of Cellulomonas,Oerskovia and related taxa.J Appl Bacteriol 1979;47:87-95.;Collins MD,Jones D.Lipids in the classification and identification of coryneform bacteria containing peptidoglycans based on 2,4-diaminobutyric acid.J Appl Bacteriol 1980;48:459-470.)を用いて分析した。
【0043】
Toyoura001株の16S rRNA遺伝子の全配列(1,539bp)(配列番号1)を、ドラフトゲノム配列上のrRNAオペロン(16S-23S-5S)から読み出した。分離株の近接系統を同定するために、BLAST検索を行った。GENETYX-MAC Ver.19(Genetyx)を用いて、Toyoura001株と標準株との間の配列類似性を計算した。系統解析のために、GenBank/EMBL/DDBJデータベースから、アガリボランス属の4種の標準菌株とアルテロモナス科の菌株の16S rRNA遺伝子配列を検索した。MAFFTプログラム(Katoh,K.,& Toh,H.(2008).Recent developments in the MAFFT multiple sequence alignment program.Briefings in bioinformatics,9(4),286-298.)を用いて、ヌクレオチド配列の複数のアラインメントを生成した。MEGA ver.7.0.21ソフトウェア(Kumar,S.,Stecher,G.,& Tamura,K.(2016).MEGA7: molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets.Molecular biology and evolution,33(7),1870-1874.)を用いて、近隣結合法及びTamura-Nei置換モデル(Tamura,K.,& Nei,M.(1993).Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Molecular biology and evolution,10(3),512-526.)に基づいて系統樹を作成した。Toyoura001株とA.albus MKT106T(Yasuike,M.,Nakamura,Y.,Kai,W.,Fujiwara,A.,Fukui,Y.,Satomi,M.,& Sano,M.(2013).Draft genome sequence of Agarivorans albus strain MKT 106T,an agarolytic marine bacterium.Genome announcements,1(4),e00367-13.)との間のドラフトゲノムの平均ヌクレオチド同一性(ANI)及びDNA G+C含量を、EZ BioCloudのANI計算機及びJGI微生物種同定機(Yoon,S.H.,Ha,S.M.,Kwon,S.,Lim,J.,Kim,Y.,Seo,H.,& Chun,J.(2017).Introducing EzBioCloud:a taxonomically united database of 16S rRNA gene sequences and whole-genome assemblies.International journal of systematic and evolutionary microbiology, 67(5),1613-1617.;Varghese,N.J.,Mukherjee,S.,Ivanova,N.,Konstantinidis,K.T.,Mavrommatis,K.,Kyrpides,N.C.,& Pati,A.(2015).Microbial species delineation using whole genome sequences. Nucleic acids research,43(14),6761-6771.)を用いて検証した。
【0044】
Toyoura001株は、25℃で24時間培養した後、MB寒天培地に白いコロニーを形成させた。そのまま培養を続けると、細菌は完全に寒天を溶かした。細胞はグラム染色で陰性であり、厳密に好気性であり、運動性が高く、桿状(幅0.9~1.2μm、長さ2.3~3.7μm)の単一極鞭毛を形成した(
図2)。コロニーは、円形で、わずかに凸状で、色は白色で、MB寒天プレート上では周囲にクレーターを形成した。Toyoura001株の増殖は、1.0~8.0%NaCl(至適濃度5.0%)の存在下で、pH5.5~10.0(至適pH 7.5)及び10℃~30℃(至適温度25℃)で起こることが判明した。なお、同条件で調べたところ、A.albus MKT106Tの至適NaCl濃度は4.0%であり、他のアガリボランス属の標準株も、いずれも2.0~3.0%NaCl中で最適に増殖することが知られている(Du,Z.J.,Lv,G.Q.,Rooney,A.P.,Miao,T.T.,Xu,Q.Q.,& Chen,G.J.(2011).Agarivorans gilvus sp.nov.isolated from seaweed.International journal of systematic and evolutionary microbiology,61(3),493-496.;Park,S.,Park,J.M.,Jung,Y.T.,& Yoon,J.H.(2014).Agarivorans litoreus sp.nov.,a novel gammaproteobacterium isolated from seawater and emended description of the genus Agarivorans. Antonie van Leeuwenhoek,106(5),1041-1047.;Kim,S.G.,Pheng,S.,Lee,Y.J.,Eom,M.K.,& Shin,D.H.(2016).Agarivorans aestuarii sp.nov.,an agar-degrading bacterium isolated from a tidal flat. International journal of systematic and evolutionary microbiology,66(8),3119-3124.)。したがって、Toyoura001株は、5.0%NaCl中での最適増殖によって、他のアガリボランスの標準株と区別することができた。
【0045】
Toyoura001株は、アルカリホスファターゼ、ロイシンアリールアミダーゼ、酸性ホスファターゼ、ナフトール-AS-BI-ホスホリラーゼ及びβ-ガラクトシダーゼの酵素活性、並びにグリセロール、D-キシロース、D-ガラクトース、D-グルコース、D-フルクトース、D-マンニトール、N-アセチルグルコサミン、エスクリン、クエン酸鉄、D-セロビオース、D-マルトース、D-ラクトース、D-メリビオース、デンプン及びグリコーゲンからの酸生成を示した。さらに、Toyoura001株は、フマル酸、リンゴ酸、グルコース、ガラクトース、マルトース及びマンノースを資化したが、酢酸、プロピオン酸、クエン酸、グルコン酸、アラビノース及びスクロースは資化しなかった。また、Toyoura001株は、アンピシリン、カルベニシリン、クロラムフェニコール、エリスロマイシン、ナリジクス酸、ネオマイシン、ペニシリンG、テトラサイクリンに感受性を示した。
【0046】
Toyoura001株は、カタラーゼには陽性であった。アルギニンヒドロラーゼ、リシンデカルボキシラーゼ、オルニチンデカルボキシラーゼ、クエン酸の利用、H2Sの生成、ウレアーゼ、トリプトファンの脱アミノ化、インドール及びアセトインの生成、プロテアーゼは陰性であった。エスクリン及びパラ/オルト-ニトロフェニル-β-ガラクトピラノシドの加水分解に対するβ-ガラクトシダーゼ活性はすべて陽性であった。硝酸塩を亜硝酸塩に還元するが、N2には還元しなかった。エステラーゼ(C4)、エステラーゼ/リパーゼ(C8)、リパーゼ(C14)、バリンアリールアミダーゼ、シスチンアリールアミダーゼ、トリプシン、α-キモトリプシン、α-ガラクトシダーゼ、β-グルクロニダーゼ、α-グルコシダーゼ、β-グルコシダーゼ、N-アセチル-β-グルコシダーゼ、α-マンノシダーゼ、α-フコシダーゼは陰性であった。エリストール、D-アラビノース、L-アラビノース、D-リボース、L-キシロース、D-アドニトール、メチルβ-D-キシロピラノシド、D-マンノース、L-ソルボース、L-ラムノース、ズルシトール、イノシトール、D-ソルビトール、メチルα-D-マンノピラノシド、メチルα-グルコピラノシド、アミグダリン、アルブチン、サリシン、D-スクロース、D-トレハロース、イヌリン、D-メレジトース、D-ラフィノース、キシリトール、ゲンチオビオース、D-ツラノース、D-リキトース、D-タガトース、D-フコース、L-フコース、D-アラビトール、L-アラビトール、グルコン酸、2-ケトグルコン酸及び5-ケトグルコン酸からは酸産生は示されなかった。
【0047】
Toyoura001株の主な脂肪酸は、C16:0(19.9%)、C16:1ω7c/C16:1ω6c(39.4%)及びC18:1ω7c/C18:1ω6c(16.6%)、C12:0(6.0%)であった。キノン分析については、ユビキノン8(Q-8)がToyoura001株の主要なイソプレノイドキノンであることが示された。
【0048】
Toyoura001を100mLのマリンブロス培地(Difco社)中、80rpmで振とうしながら25℃で20時間培養した。培養細胞由来のゲノムDNAを、プロテイナーゼK及びSDSによる消化、フェノール/クロロホルム/イソアミルアルコール(25:24:1)抽出、イソプロパノール及びエタノール沈殿、RNase処理(Das S,Dash HR.2014.Basic Molecular Microbiology of Bacteria p1-34.In Das S,Dash HR(ed),Microbial Biotechnology-A Laboratory Manual for Bacterial Systems.Springer,India.https://doi.org/10.1007/978-81-322-2095-4.のプロトコルを参照)によって調製した。調製したDNAの純度及び濃度は、NanoDrop ND-1000分光光度計(NanoDrop Technologies社)及びQuantiFluor dsDNA System(Promega社)を用いて測定した。Covaris M220(Covaris Inc.)による精製DNAの500bp断片化後、500ngの断片化DNA用いて、KAPA HyperPrep Kit(Kapa Biosystems社)でDNAライブラリーを調製した。調製したライブラリーの完全性は、Bioanalyzer(Agilent Technologies社)を用いてHigh Sensitivity DNA Kit(Agilent Technologies社)で確認した。調製したライブラリーのペアエンドシーケンス(2×151bp)を、Illumina MiseSeqシーケンサー(Illumina社)で行った。低品質(Qスコア<20)及び短長(<128塩基)の配列をSickle ver.1.33(Joshi NA,Fass JN.2011. Sickle:a sliding-window,adaptive,quality-based trimming tool for FastQ files(version 1.33).https://github.com/najoshi/sickle.)を使用してトリム及び破棄した。残りの配列を、SPAdes ver.3.10.1(Bankevich A,Nurk S,Antipov D,Gurevich AA,Dvorkin M,Kulikov AS,Lesin VM,Nikolenko SI,Pham S,Prjibelski AD,Pyshkin AV,Sirotkin AV,Vyahhi N,Tesler G,Alekseyev MA,Pevzner PA.2012.SPAdes:a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing.J Comput Biol 19:455-477.doi:10.1089/cmb.2012.0021.)を用いて新たに組み立てた。得られたToyoura001のゲノムを、Prokka ver.1.11(Seemann T.2014.Prokka:rapid prokaryotic genome annotation.Bioinformatics 30:2068-2069.doi:10.1093/bioinformatics/btu153.)を使用してアノテーションした。
【0049】
Toyoura001の組み立てられたゲノムは、243個のコンティグ(最長:706,345bp、N50:186,035bp)からなり、4,731,753bpを含みG+C含量44.4%を有していた。Prokkaによるアノテーションは、4,295個のタンパク質コード配列、1個のrRNAオペロン(16S-23S-5S)及び62個のtRNAについての遺伝子を予測した。ドラフトゲノムは、アガラーゼ及びアルギナーゼを各々コードする5遺伝子及び7遺伝子を含み、それはA.albus MKT106Tのものと相同性を有していた(相同性は各々それぞれ77.9-93.3%及び59.3-94.8%)。
【0050】
Toyoura001株は、16S rRNA遺伝子配列に基づいて、Agarivorans albus MKT106T、Agarivorans litoreus GJSW-6T、Agarivorans aestuarii hydD622T、Agarivorans gilvus WH0801Tとそれぞれ98.1、97.4、97.3及び96.4%の類似性を有し、これは種分離基準の98.65%を下回っていた(Kim M,Oh HS,Park SC,Chun J.Towards a taxonomic coherence between average nucleotide identity and 16S rRNA gene sequence similarity for species demarcation of prokaryotes.Int J Syst Evol Microbiol 2014;64:346-351.)。Toyoura001株とアガリボランス系統株との系統学的関係は、Toyoura001株がA.albus MKT106T、A.litoreus GJSW-6T、A.aestuarii hydD622及びA.gilvus WH0801から独立した枝を形成することを示した(
図3)。最も近い系統発生系統であるA.albus MKT106Tに対するToyoura001株のゲノム塩基配列に基づくANI値は、78.5%(OrthoANI)及び79.1%(gANI)(Yoon,S.H.,Ha,S.M.,Kwon,S.,Lim,J.,Kim,Y.,Seo,H.,& Chun,J.(2017).Introducing EzBioCloud:a taxonomically united database of 16S rRNA gene sequences and whole-genome assemblies.International journal of systematic and evolutionary microbiology,67(5),1613-1617.;Varghese,N.J.,Mukherjee,S.,Ivanova,N.,Konstantinidis,K.T.,Mavrommatis,K.,Kyrpides,N.C.,& Pati,A.(2015). Microbial species delineation using whole genome sequences.Nucleic acids research,43(14),6761-6771.を参照)であり、これらの値は種の分化に一般的に使用される94~95%の閾値より低かった(Richter,M.,& Rossello-Mora,R.(2009).Shifting the genomic gold standard for the prokaryotic species definition.Proceedings of the National Academy of Sciences,106(45),19126-19131.)。Toyoura001株のドラフトゲノムのDNA G+C含有量は、44.4モル%であり、他のアガリボランス属の標準株と同等であった。
【0051】
Toyoura001株の多糖類の資化性について下記の表にまとめる。25℃で24時間、0.01%アガー及び0.02%アルギン酸を含むMB培地で培養したToyoura001株を、アガー、アガロース、アルギン酸、フコイダン、k-カラギーナン、λ-カラギーナン、ラミナラン、デンプン、ペクチン、キシラン、CMセルロース、イヌリン、プルラン及びゲランガムをそれぞれ唯一の炭素源とする培地(Ensor,L.A.,Stosz,S.K.,& Weiner,R.M.(1999).Expression of multiple complex polysaccharide-degrading enzyme systems by marine bacterium strain 2-40.Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology,23(2),123-126.に準拠)に接種して、25℃で48時間培養して濁度を比較した。なおアガロース及びk-カラギーナンについては、培地がゲル化したため濁りを目視で確認した。その結果、アガー、アガロース、アルギン酸、フコイダン、k-カラギーナン、λ-カラギーナン、デンプン、ペクチン、キシラン、プルラン、ゲランガムにおいて菌の増殖が確認された。また、アガロース及びk-カラギーナンについては、ゲル化した培地の液状化も確認された。このことから、Toyoura001株がアガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン、キシラン分解活性を有することが示された。
【0052】
【0053】
Toyoura001株は、ゲノム配列の相同性解析、ゲノム情報から得られた16S rRNA遺伝子の塩基配列の系統解析、形態観察、生理学的性状等から、アガリボランス属の新規の種であることが証明された。また、アガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン、キシランをそれぞれ唯一の炭素源とする培地でToyoura001株を培養したところ生育可能であることが確認され、Toyoura001株がアガー、アルギン酸、フコイダン、カラギーナン、ペクチン及びキシラン分解活性を有することが示された。
【配列表】