米西部56か所の温泉からの500サンプルを対象としたゲノム分解メタゲノム調査

なぜ温泉が重要なのか

温泉は火山地帯の景観にある景色の美しい水たまりだけではありません。それらは非常に高温で、特異な化学組成を持ち、外界から長期間隔離される中で生物が適応してきた強烈な自然の実験場です。これらの条件は、これまで知られていない働きをする微生物や、その酵素が将来DNA検査から環境に優しい産業プロセスまでを改良する可能性のある生物を探すうえで理想的な場所にしています。

人里離れた湯だまりの隠れた世界を探る

米国西部では、無数の温泉が割れ目の岩盤から湧き出しています。イエローストーンの有名な場所を除けば、おおくの温泉に生息する微小生物については驚くほどわかっていません。本研究では、グレートベイスンとイエローストーン地域に点在する56か所のほとんど手つかずの遠隔温泉を広範に調査しました。研究者たちは多くの泉を何年にもわたって再訪し、源泉や近接する流出路から温度、酸性度、鉱物含有量が広範に異なる500の個別サンプルを採取しました。

群集全体のDNAを読み取る

よく知られている微生物を除き、多くの種は培養が困難であるため、チームはメタゲノミクスと呼ばれる手法を用いました。各地点で微生物マットの薄層、フィラメント、堆積物や泥をすくい取り、それら混合物に含まれるすべてのDNAを抽出しシーケンスしました。強力な計算機が何十億もの短いDNA断片をより長い配列につなぎあわせ、さらにそれらを個々の細菌や古細菌の草案ゲノムとしてまとめました。このアプローチにより、培養を必要とせずに「誰がいるか」と「何ができるか」の両方を調べることができました。

耐熱性微生物の豊かな顔ぶれを明らかにする

この大量のDNA資源から、研究者たちは780の比較的完全な微生物ゲノムを再構築しました。内訳は680が細菌ゲノム、100が古細菌ゲノムです。多くは、明るい浅い池で光合成を行う系統や、深部や暗い領域で硫黄や水素からエネルギーを得る系統など、既知の高温環境に適するグループに属していました。しかし、注目に値する割合のゲノムが既存の系統樹にきれいに収まらないこともありました。一部は既知の属や科にしか結びつけられず、いくつかはよく研究されたどの群とも遠く離れているように見え、培養されたことのないまま全く新しい科やそれ以上の分類階級に相当する可能性を示唆しています。

系統だけでなく機能を追う

本研究は非常に異なる温度や水質の多くの泉、さらに一部の泉では複数年にわたるデータを含んでいるため、温泉コミュニティがどのように構築され維持されるかについて広範な図像を提供します。遺伝子を既知の代謝機能にマッピングすることで、これらのコミュニティが酸素呼吸、発酵、光駆動のエネルギー獲得、窒素や硫黄化合物の利用など、複数のプロセスの混合で動いていることが示されました。ゲノムはまた、ゲノムサイズやGC含量に大きな幅があり、熱や栄養不足、化学的ストレスを生き抜くための異なる戦略を示唆しています。すべてのリードのうち回収されたゲノムに結びつけられたのは約8分の1にすぎないという事実は、まだ解明されていない多くの多様性が残されていることを示しています。

この資源が将来にとって重要な理由

本研究は温泉に関するすべての生態学的疑問に答えようとするものではありません。代わりに、慎重に記録された公開資源を提供します：何百もの深いDNAデータセット、何百もの再構築ゲノム、そして各サンプルがいつどこで採取されたかに関する詳細な情報です。専門外の方にとっての重要なメッセージは、多くの遠隔温泉が独自の微生物相を抱えており、地熱開発の拡大とともに失われる可能性があるということです。これらのデータを広く公開することで、本研究は初期地球に似た環境、孤立した湯だまり間での微生物進化、新しい耐熱酵素の探索と高温バイオテクノロジーへの応用に向けた将来の研究の基盤を提供します。

引用: Korchagina, M.V., Mullin, C.E., Soufi, H.H. et al. Genome-resolved metagenomic survey of 500 samples from 56 hot springs across the Western US. Sci Data 13, 782 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07139-w

キーワード: 温泉, 極限微生物, メタゲノミクス, 微生物多様性, 微生物ゲノム