Culture media and incubation temperature shape the recovery of aerobic bacteria from contrasting Antarctic soils
本研究は、培地の種類および培養温度の変化が、対照的な南極土壌からの培養可能な好気性細菌の回収率と多様性に著しい影響を与えることを示しており、より広範な原生微生物コミュニティを捉えるためには、栄養豊富で非選択的な培地と低温の組み合わせが不可欠であることを明らかにしている。
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南極の凍土は、地球上で最も過酷な環境の一つであり、生命が絶え間ない寒さ、乾燥した風、そして食料の不足に耐え忍ばなければならない場所である。しかし、氷の下や土壌の薄い層の中には、微生物による隠れた世界が存続している。科学者たちは、これらの低温適応細菌が単に生き延びているだけでなく、有機物を分解し、その仕組みは依然として大部分が謎に包まれているものの、生態系を能動的に形作っていることを古くから知っている。彼らを理解するためには、研究者はまず実験室でそれらを増殖させることができなければならない。これは困難な作業である。なぜなら、自然界に存在する細菌の大部分は、科学者が通常用いる標準的な培地や温暖な条件下では増殖を拒むからである。ラボで育てることができる生命の割合は、野生に存在する真の多様性のほんのわずかな、偏ったサンプルであることが多い。これらの頑固な生物を育てるコツを理解することは、存在するものをカタログ化するためだけでなく、適応を理解するための、そしておそらくは新しい有用な特性を発見するための鍵となる。
ブラジルの研究チームは、3つの非常に異なる南極の土壌サイトから採取した細菌が増殖する能力に、異なる実験室条件がどのように影響するかをテストすることで、この問題の解決に取り組んだ。彼らは、分解される有機物に富む泥の多いエリア、永久凍土の凍結層、そしてペンギンの糞によって栄養が豊富になった土壌からサンプルを採取した。単一の手法を用いるのではなく、彼らは広範な網を広げるように、20種類の異なる成長培地を作成し、3つの異なる温度（低温の8度、中間の25度、そして温かい37度）で培養した。彼らは、どの細菌がついに姿を現すかを見るために、最大45日間という、ラボとしては長い期間、これらの培養を進めた。
結果は、選択した条件が、どの細菌が見つかるかを劇的に変えることを示した。合計で、チームは373の個別の細菌株を回収した。分解される有機物を含む泥の土壌は最も多くの細菌を生み出し、次いで凍結した永久凍土、そしてペンギンの土壌が最も少なかった。温度に着目すると、中間の25度の条件が最も成功し、最大の数の細菌を増殖させ、これに低温の8度が僅差で続いた。温かい37度の設定は、増殖した数ははるかに少なかったものの、より冷たい設定では見落とされていた特定の耐熱性細菌のグループを明らかにした。この発見は、単一の温度では生命の全範囲を捉えるには不十分であることを示唆している。つまり、温度の範囲を用いることで、異なる、補完的な生物群を見出すことができるのである。
細菌に提供される食物の種類も、温度と同様に重要であった。研究者たちは、一般的な微生物学で使用される、栄養豊富で高密度のプレートが最も多くの細菌を増殖させることを発見した。特に活性炭を含む特定のタイプのプレートは非常に効果的であった。これはおそらく、活性炭が細菌の増殖を妨げる可能性のある有害物質を吸収するためである。対照的に、特定の種類の細菌を標的にするために設計された高度に専門化されたプレートでは、コロニーはほとんど増殖しなかった。このことは、専門的なツールは稀な生物を見つけることができる一方で、広範で栄養豊富な環境の方が、土壌の一般的な多様性を明らかにするのに適していることを示している。
増殖した細菌の中で、ほぼすべての条件で繰り返し現れた2つのグループがある。それはArthrobacter（アースロバクター）とPseudarthrobacter（シュードアースロバクター）である。これらは本研究で見出された最も一般的な居住者であった。しかし、温度もまたフィルターとして機能した。低温の8度の設定は、凍結した環境で繁栄することで知られるPsychrobacter（シュードロモナスの一種、あるいはサイクロバクター）やPolaromonas（ポラロモナス）といった、低温を好む特定のグループを育てる唯一の方法であった。温かい37度の設定は、総数は少なかったものの、Bacillus（バチルス）やStaphylococcus（スタフィロコッカス）のような耐熱性のタイプを正常に増殖させた。これは、異なる温度が異なる「鍵」として機能し、そうでなければ隠れたままとなる細菌コミュニティの異なる部分を解き放つことを裏付けている。
研究はまた、元の土壌のソースも重要であることを強調した。泥の多い有機物に富むサイトは、水や複雑な有機物の分解に関連する多くの細菌を含む、より幅広い細菌を生み出した。凍結した永久凍土の土壌は、より均一な細菌のコレクションをもたらしたが、それはその環境の過酷で栄養の乏しい条件を反映して、頑強なArthrobacterグループが支配的であった。鳥の糞による栄養が豊富なペンギンの土壌でさえ、予想よりも少ない細菌しか生み出さず、化学組成などの他の要因が増殖を制限していることを示唆していた。
最終的に、この研究は、南極の微生物生命を真に理解するためには、単一の手法に頼ることはできないということを実証している。多様な食物源と温度を組み合わせることにより、彼らは標準的な技術では不可能であった、より豊かな生存可能な細菌のコレクションを回収することができた。チームは現在、373の生存している細菌株のライブラリを保有している。これらの菌株は、生命がいかに極寒に適応するか、これらの細菌が生態系の中でどのように機能するか、そしてそれらがどのようなユニークな能力を秘めているかについての将来の研究のための、実在する物理的なリソースとなる。彼らの研究は、極地の微生物という目に見えない世界を発見するための道筋は、彼らを光の下へと引き出すために使用する条件の範囲を広げることにあることを裏付けている。
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