環境微生物学：ニトロスピラ属細菌による完全な硝化

硝化は、酸化によってアンモニアから亜硝酸を経て硝酸を生成する作用であり、アンモニアの酸化と亜硝酸の酸化のどちらか一方のみを担う化学無機独立栄養微生物がそれぞれ触媒する2段階の過程からなると以前から考えられている。この2段階を両方とも行う硝化細菌は知られていないが、こうした完全な硝化はエネルギー的に有利なはずである。この硝化の機能的分離は1世紀にわたって微生物学者を悩ませてきた。今回我々は、全球的に分布する亜硝酸酸化細菌の1群であるニトロスピラ（Nitrospira）属の中から、完全硝化を行う細菌を発見し、培養したことを報告する。この化学無機独立栄養細菌のゲノムは、アンモニアの酸化経路と亜硝酸の酸化経路の両方をコードしており、この2つの経路は増殖中にアンモニアから硝酸への酸化に伴い同時に発現される。ニトロスピラ属の系統発生的に独特なアンモニアモノオキシゲナーゼ遺伝子とヒドロキシルアミンデヒドロゲナーゼ遺伝子の類縁遺伝子は、多くの環境に存在しており、排水・汚水処理施設由来の新しいメタゲノムに見られるニトロスピラ属コンティグを元に拾い出された。これらの知見は、我々が把握している硝化の全体像を根本から変えるものであり、また、完全な硝化を行うニトロスピラ属細菌が窒素循環微生物群集の重要な構成要素であることを示している。

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