好热性细菌 Geobacillus stearothermophilus のゲノム多様性を解明 ―生息環境に応じた進化的分化を発見―
山口大学大学院創成科学研究科の荒金青空 大学院生（修士課程1年）と、山口大学大学研究推进机构 中高温微生物研究センターの前野慎太朗助教及び同センターの佐藤悠助教、国立健康危機管理研究機構 国立感染症研究所 病原体ゲノム解析研究センターの橋野正紀主任研究員らの研究グループは、耐熱性細菌 Geobacillus stearothermophilus の大规模比较ゲノム解析を行い、同一种内においても生息环境に応じた遗伝的?机能的分化が进行していることを明らかにしました。
本研究では、食品製造環境由来株と、温泉?油田などの自然熱環境由来株との間で、代謝関連遺伝子や輸送系遺伝子の構成に違いが存在することを明らかにしました。また、近年細菌分類で広く用いられているゲノム類似度指標（ANI（Average Nucleotide Identity）およびdDDH（digital DNA-DNA hybridization））を用いた解析から、細菌種の境界が必ずしも明確ではないことも示されました。
本研究成果は、2026年6月12日（英国時間）にSpringer Nature「Scientific Reports」誌で公開されました。
研究成果のポイント
G. stearothermophilus 36株のゲノム比较解析により、菌株群が生息地に合わせて大きく2つのクラスターに分かれることを明らかにしました。
? 食品関連環境由来グループと、温泉?油田など自然熱環境由来グループとの間で、炭水化物代謝、脂肪酸分解、輸送系などに関連する遺伝子構成に違いがみられ、生息环境に応じた机能分化の可能性が示されました。これにより今後、本菌を産業利用する際の菌株選択に有用な知見となる可能性があります。
? 細菌の同定に用いられるANIおよびdDDH解析では、一部菌株が同一種か異なる種かどうかの境界付近の値を示し、細菌分類における固定的な閾値のみでは説明が難しい連続的な多様化の存在が示唆されました。
研究の背景
G. stearothermophilus は、高温环境で増殖可能な芽胞形成细菌であり、食品製造环境、温泉、油田など幅広い环境から分离される耐热性细菌です。特に食品产业では、高温环境でも生残可能な菌として知られており、食品卫生や製造管理の観点から重要视されています。
一方で、本菌種内におけるゲノム多様性や進化的構造については十分に理解されておらず、同一種内でどの程度の機能的分化が存在するのかは不明でした。また近年、細菌分類では全ゲノム情報を用いたANI（Average Nucleotide Identity）やdDDH（digital DNA-DNA hybridization）が広く利用されていますが、種境界付近の菌株では分類結果の解釈が課題となる場合があります。
本研究では、?G. stearothermophilus の系统构造、生息环境との関连、およびゲノム分类指标の挙动を包括的に解析することを目的としました。
研究の概要
本研究では、新たに取得した5株を含む36株の G. stearothermophilus 株について比较ゲノム解析を実施しました。各菌株について础狈滨、诲顿顿贬、系统解析、遗伝子机能比较などを行い、菌株间のゲノム构造や机能差を评価しました。
その结果、菌株群は大きく2つのクラスターに分かれ、一方は食品関连环境由来株が多く、もう一方は温泉?油田など自然热环境由来株が多いことが明らかとなりました。さらに、自然热环境由来株では、炭水化物利用、脂肪酸分解、エネルギー代谢、输送系に関连する遗伝子群が比较的多く保持されていました。他方、食品関连环境由来株では、比较的小型化したゲノム构造が确认されました。
また、础狈滨および诲顿顿贬解析では、一部菌株が种境界付近の値を示し、ゲノム分类指标のみでは明确に区分しきれない连続的な分化パターンが観察されました。
研究の成果
本研究では、G. stearothermophilus の比较ゲノム解析を通じて、同一种内においても生息环境に応じた遗伝的?机能的分化が进行していることを明らかにしました。特に、食品関连环境由来株と、温泉?油田などの自然热环境由来株との间で、ゲノム构造や保持する机能遗伝子に违いがみられました。
- 生息环境に応じた机能分化の可能性
自然热环境由来株では、炭水化物利用や脂肪酸分解、输送系などに関与する遗伝子が比较的多く保持されていました。一方、食品関连环境由来株では、比较的小型化したゲノム构造が确认されました。これらの结果から、异なる环境条件への适応に伴い、同一种内でも机能的な分化が进行している可能性が示唆されました。 - 细菌分类における课题
础狈滨および诲顿顿贬を用いた解析では、一部菌株が种境界付近の値を示しました。これらの结果は、细菌分类において広く利用されている固定的な閾値のみでは、连続的なゲノム多様性を十分に説明できない可能性を示しています。本研究は、ゲノム情报に基づく细菌分类や进化解析を考える上で重要な知见を提供するものです。
図1 G. stearothermophilus 株群の系统构造と生息环境との対応
研究の展开
今后は、今回明らかとなったクラスター间の遗伝子差と実际の生理机能との関连を実験的に検証し、环境适応机构の解明を进める予定です。
また、本研究で示された「种境界付近に连続的な多様性が存在する」という知见は、Geobacillus 属や环境细菌のみならず、肠内细菌や乳酸菌をはじめとする多くの细菌群におけるゲノム分类の再検讨にもつながる可能性があります。
掲载论文
- 題名：Genome-wide analysis reveals structured ecological and functional divergence within Geobacillus stearothermophilus
- 著者名： Seira Arakane, Yu Sato, Masanori Hashino, and Shintaro Maeno
- 掲載誌： Scientific Reports
- 掲载鲍搁尝：
问い合わせ先
- ＜研究に関すること＞
山口大学 大学研究推进机构 中高温微生物研究センター
助教 前野 慎太朗（マエノ シンタロウ）
罢贰尝：083-933-5824
贰-尘补颈濒：尘补别苍辞.蝉蔼（アドレス蔼以下→测补尘补驳耻肠丑颈-耻.补肠.箩辫） - ＜报道に関すること＞
山口大学総務部総務課広报室
罢贰尝：083-933-5007
贰-尘补颈濒：蝉丑011蔼（アドレス蔼以下→测补尘补驳耻肠丑颈-耻.补肠.箩辫）