Groundwater are metabolically diverse compared to gut microbiome and some have a novel nitrogenase paralog

Mheust, R.*; Castelle, C. J.*; Matheus Carnevali, P. B.*; Farag, I. F.*; He, C.*; Chen, L.-X.*; 天野 由記; Hug, L. A.*; Banfield, J. F.*

ISME Journal, 14(12), p.2907 - 2922, 2020/12

https://doi.org/10.1038/s41396-020-0716-1

We reconstructed 94 draft-quality, non-redundant genomes from diverse animal-associated and natural environments. Genomes group into 12 clades, 10 of which previously lacked reference genomes. Groundwater-associated are predicted to be capable of heterotrophic or autotrophic lifestyles, reliant on oxygen or nitrate/nitrite-dependent respiration of fatty acids, or a variety of organic compounds and Rnf-dependent acetogenesis with hydrogen and carbon dioxide as the substrates. Genomes from two clades of groundwater-associated often encode a new homologous group of nitrogenase-like proteins that co-occur with an extensive suite of radical SAM-based proteins. We identified similar genomic loci in genomes of bacteria from the Gracilibacteria and Myxococcus phyla and predict that the gene clusters reduce a tetrapyrrole, possibly to form a novel cofactor. The animal-associated clades nest phylogenetically within two groundwater-associated clades. Thus, we propose an evolutionary trajectory in which some adapted to animal-associated lifestyles from groundwater-associated species via genome reduction.

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

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.*

ISME Journal, 11, p.1915 - 1929, 2017/03

AA2016-0002.pdf:2.21MB

https://doi.org/10.1038/ismej.2017.39

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。