Potential for microbial H and metal transformations associated with novel bacteria and archaea in deep terrestrial subsurface sediments

地層処分研究施設周辺の深部地下堆積岩における微生物の水素および金属代謝の潜在能力

Hernsdorf, A. W.*; 天野 由記   ; 宮川 和也   ; 伊勢 孝太郎; 鈴木 庸平*; Anantharaman, K.*; Probst, A. J.*; Burstein, D.*; Thomas, B. C.*; Banfield, J. F.*

Hernsdorf, A. W.*; Amano, Yuki; Miyakawa, Kazuya; Ise, Kotaro; Suzuki, Yohei*; Anantharaman, K.*; Probst, A. J.*; Burstein, David*; Thomas, B. C.*; Banfield, J. F.*

地層処分システムにおける微生物影響の可能性を評価するために、北海道の幌延深地層研究センター地下施設を利用して、堆積岩地下の生態系における微生物群集構造と代謝機能について調査を行った。全体として、微生物生態系は多様な系統群からなる微生物種で構成されており、その多くはこれまで培養されていない生物門に属していることが示された。大部分の微生物種は、酸化型[NiFe]ヒドロゲナーゼあるいはフェレドキシンをベースとする代謝経路を可能にする電子分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼを介して水素代謝をおこなうことが明らかになった。水素代謝と関連して、多くの微生物が炭素,窒素,鉄および硫黄を代謝することが推定された。特に、ANME-2dというメタン酸化を行う古細菌として知られている未培養微生物が、鉄関連の代謝反応を行う可能性が示唆された。得られた結果から、幌延堆積岩環境における微生物群集の生態学的概念モデルを推定した。

To evaluate the potential for interactions between microbial communities and disposal systems, we explored the structure and metabolic function of a sediment-hosted subsurface ecosystem associated with Horonobe Underground Research Center, Hokkaido, Japan. Overall, the ecosystem is enriched in organisms from diverse lineages and many are from phyla that lack isolated representatives. The majority of organisms can metabolize H, often via oxidative [NiFe] hydrogenases or electron-bifurcating [FeFe] hydrogenases that enable ferredoxin-based pathways, including the ion motive Rnf complex. Many organisms implicated in H metabolism are also predicted to catalyze carbon, nitrogen, iron, and sulfur transformations. Notably, iron-based metabolism was predicted in a bacterial lineage where this function has not been predicted previously and in an ANME-2d archaeaon that is implicated in methane oxidation. We infer an ecological model that links microorganisms to sediment-derived resources and predict potential impacts of microbial activity on H accumulation and radionuclide migration.