継代生育中の炭素源利用パターンの適応

Adaptation of Carbon Source Utilization Patterns of During Sessile Growth.

• Sviatlana Marozava
• Juliane Merl-Pham
• Hubert Müller
• Rainer U Meckenstock

抄録

微生物がどのようにして基質利用を調節しているかについては、主に 2 つの戦略が知られている。すなわち、バッチ培養では高濃度で 1 つの好ましい基質に特化するか、ケモスタットでは低濃度で多くの基質を同時に利用するかである。しかし、微生物がどのようにして低濃度で基質を利用しているのかは不明な点が多く、単一の基質に集中して異化を抑制するのか、あるいはすべての異化経路の制御を抑制しないのか、ということがわかっていない。ここでは、帯水層のモデルとして、混合群集の存在下での土砂柱の無細胞増殖下での有機基質分解の準備性を調査した。3本の平行なカラムを砂で満たし、基質である安息香酸塩（1mM）を電子受容体として非制限的な硝酸塩濃度（30mM）で一定の流入量（18ml h）で無酸素培地でフラッシングした。カラムには嫌気性安息香酸分解剤を接種した。微生物分解により、カラム出口に向かって安息香酸の濃度勾配が生じた。0.2 mM以下の安息香酸濃度では、発酵産物や芳香族化合物の利用に関与する異化タンパク質の発現量が増加し、トルエンを培地に添加していないにもかかわらず、トルエン分解経路の完全なアップレギュレーションが見られた。我々は、無菌条件下および低基質濃度下では、これらの基質が存在しない場合でも、好ましい基質に対する特定の異化経路のセットを発現することを提案する。

There are two main strategies known how microorganisms regulate substrate utilization: specialization on one preferred substrate at high concentrations in batch cultures or simultaneous utilization of many substrates at low concentrations in chemostats. However, it remains unclear how microorganisms utilize substrates at low concentrations in the subsurface: do they focus on a single substrate and exhibit catabolite repression or do they de-repress regulation of all catabolic pathways? Here, we investigated the readiness of to degrade organic substrates under sessile growth in sediment columns in the presence of a mixed community as a model for aquifers. Three parallel columns were filled with sand and flushed with anoxic medium at a constant inflow (18 ml h) of the substrate benzoate (1 mM) with non-limiting nitrate concentrations (30 mM) as electron acceptor. Columns were inoculated with the anaerobic benzoate degrader . Microbial degradation produced concentration gradients of benzoate toward the column outlet. Metagenomics and label-free metaproteomics were used to detect and quantify the protein expression of . Bulk benzoate concentrations below 0.2 mM led to increased abundance of catabolic proteins involved in utilization of fermentation products and aromatic compounds including the complete upregulation of the toluene-degrading pathway although toluene was not added to the medium. We propose that under sessile conditions and low substrate concentrations expresses a specific set of catabolic pathways for preferred substrates, even when these substrates are not present.

Copyright © 2020 Marozava, Merl-Pham, Müller and Meckenstock.