時間と空間にわたる全球深海熱水鉱床のメタゲノムとメタゲノム組立ゲノム

海の最も暗い場所に生きる生命

太陽光の届かないはるか深海で、熱水噴出孔と呼ばれる深海の温泉は、それ以外は不毛な海底に生命のオアシスを作り出します。これらの場所には、地球規模の化学サイクルを駆動し、地球上の初期の生命形態に似ている可能性のある、熱を好む奇妙な微生物が生息しています。本研究は特定の新しい生物個体に焦点を当てるものではなく、むしろこれら極限環境で繁栄する微生物の膨大で長期にわたる遺伝学的カタログを提供するものであり、進化学、バイオテクノロジー、そして深海採鉱の将来の影響に関する発見を促進するオープンな資源となります。

世界各地に隠れた温泉

熱水噴出孔は、海水が海洋の地殻に浸透して加熱され、金属やガスを多く含んだまま海底に戻ってくる場所で形成されます。この熱い流体が冷たい海水と出会うと、煙突状の鉱物堆積物が形成され、太陽光の代わりに化学物質をエネルギー源として利用できる微生物にすぐに占領されます。これまで、これらの好熱性細菌や古細菌の多くは単一遺伝子の断片からしか知られておらず、それらが何をできるのかについてはほとんど明らかではありませんでした。本新規プロジェクトは、大西洋、太平洋、インド洋の21の噴出域から16年にわたって収集されたサンプルを集約し、散発的な遠征を首尾一貫した全球時系列へと変換します。

海底の鉱物をゲノムへ変える

これらの堆積物にどのような微生物が生息し、どのような機能を担っているかを把握するために、研究チームは「メタゲノミクス」手法を用いました：各種を培養で分離する代わりに、噴出孔の鉱物から直接すべてのDNAを抽出したのです。高スループットシーケンシングにより、70のサンプルから合計3.56兆塩基対という膨大な生データが得られました。低品質や汚染配列を除去する慎重な品質管理の後、複雑なソフトウェアが残りのDNA断片をより長い配列へとつなぎ合わせ、それらを数千のドラフトゲノム、すなわちメタゲノム組立ゲノム（MAG）に分類しました。この段階的なプロセス―煙突のサンプリングからDNAシーケンス、ゲノム再構築に至るまで―は、各噴出コミュニティの分子的な国勢調査のようなものを生み出します。

深海微生物の広大なファミリアルアルバム

その結果得られたのがDSV70データセットで、好熱性の細菌と古細菌からなる7,422の中〜高品質のゲノムです。これらのゲノムは少なくとも16の古細菌群と85の細菌群にまたがり、既存データベースで十分に代表されていない、あるいは全く存在しない系統も多数含んでいます。Campylobacterotaや一部のプロテオバクテリアのように噴出孔で豊富に見られる既知の群は特によくカバーされていますが、本データセットはThermoproteotaや小細胞のDPANN系統など、未踏査の古細菌枝のゲノムカバレッジも大幅に拡張しています。合計で2,900万を超える予測タンパク質が同定され、その多くは既知の代謝機能と結びついています。これは、噴出微生物がどのように化学エネルギーを利用し、元素を循環させ、互いにそして噴出孔の化学とどのように相互作用しているかを理解するための宝庫となります。

空間・時間・温度を越えた変化の追跡

サンプルが多くの場所から得られ、十年以上にわたる時系列を含んでいるため、このデータセットは噴出微生物群集が時間と地質環境の違いによってどのように変化するかを問うことを可能にします。著者らは新規シーケンスを類似の生息地からの既存メタゲノムコレクションと結合し、異なる中央海嶺や背弧盆地の噴出孔を比較するための統計的に強力な基盤を作りました。研究者は、どの微生物がどこにでも見られるのか特定の噴出孔にのみ存在するのか、深海微生物が陸上の温泉の微生物とどの程度近縁か、噴火や自然な気候変動、あるいは海底採鉱のような人間活動に対して群集構造がどのように応答する可能性があるか、などの問いを探ることができます。

なぜこのゲノムアトラスが重要か

すべての生配列、組立てられたDNA断片、再構築されたゲノムは公開データベースに登録されており、事実上、深海熱水微生物のための全球的な参照ライブラリが作られました。専門外の読者にとっての主要な結論は、科学者たちが地球で最も過酷で、かつ脅かされつつある環境のいくつかにおける生命の詳細な遺伝的スナップショットを現在持っているということです。この資源は、産業や医療用途のための新しい酵素の同定、生命の系統樹における微生物の枝の精緻化、そして海洋の温暖化や採鉱圧力が深海生態系に与える変化を監視するためのベースライン確立に役立ちます。

引用: St. John, E., Reysenbach, AL. Global deep-sea hydrothermal deposit metagenomes and metagenome-assembled genomes over time and space. Sci Data 13, 283 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06612-w

キーワード: 深海熱水噴出孔, 微生物ゲノム, メタゲノミクス, 極限環境生物（エクストリーモファイル）, 海洋生物多様性