微生物共培養では、単独培養にはないmetabolic cooperationを設計できます。2024年の Communications Biology 研究は、cyanobacterium Synechococcus elongatusとheterotrophic bacterium Pseudomonas putidaのengineered synthetic co-cultureをmulti-omicsで解析しました。
「藻類2種」の共培養ではない
Synechococcus elongatus cscBはsucrose exporterを発現し、photosynthesisで作ったsucroseを外へ分泌するengineered cyanobacteriumです。P. putida cscRABYはそのsucroseを利用できるようengineeredされています。
つまりphototroph＋heterotrophのdesigner consortiumです。
P. putidaがphotobleachingからcyanobacteriumをrescue
高光・sucrose secretion inductionがSynechococcusへstressを与える条件では、P. putidaを早期に加えることでphotobleachingが抑えられ、cyanobacterial growth rateが改善しました。
条件によってgrowth rate増加は最大約80%と報告されています。day 1 inoculationの比較では61%高いgrowth rateなど、inoculation timingが重要でした。
一方、P. putida側はcyanobacterium coexistenceによる大きなgrowth penaltyを示しませんでした。
multi-omicsで「なぜ助かるか」を探索
transcriptome、proteome、metabolomeを統合し、oxidative stress、amino acid metabolism、vitamin exchangeなどの候補interactionを解析しました。
ただし「Pseudomonasが特定1物質を供給するから80%伸びる」という単一mechanismが完全確定したわけではありません。
難培養microbe一般を培養できる証明ではない
このsystemはgenetically engineered two-member consortiumです。「どんな難培養藻類も共培養すれば育つ」という結果ではありません。
それでも、phototrophがcarbonを供給し、heterotrophがstress mitigationを担うsynthetic consortiumは、CO₂-derived chemical productionなどindustrial biotechnologyの設計原理として有望です。
関連するテーマとして、かつお出汁＋強赤色光でユーグレナが赤くなる――葉緑体崩壊とdiadinoxanthinが見せた光stress応答もあわせて読むと背景がつながります。
関連するテーマとして、植物ホルモンIAAを作る細菌――根の形を変えるplant–microbe communicationの仕組みもあわせて読むと背景がつながります。
関連するテーマとして、赤い雪をつくるSanguina nivaloides――培養できない雪藻を3D細胞解析したもあわせて読むと背景がつながります。
参考文献
- Kratzl F et al. Pseudomonas putida as saviour for troubled Synechococcus elongatus in a synthetic co-culture – interaction studies based on a multi-OMICs approach. Communications Biology. 2024;7:452. https://doi.org/10.1038/s42003-024-06098-5
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