東京大学大学院農学生命科学研究科・農学部

高機能な微生物集団を制御・デザインする

　微生物は一見生物が生きられないような環境にも生息し、様々な能力を発揮しています。その能力は環境浄化や物質生産に応用されており、低環境負荷かつ低コストな技術として注目されています。しかしながら、突如として能力を発揮しなくなったり、上手く機能してもその要因がわからないなど、完全な制御下にあるとは言い難いのが実情です。その理由として、微生物が能力を発揮する多くの場合で、単独ではなく複数種の微生物が組織的に働くことが挙げられます。つまり微生物間の関係性や個々の特性とそれら全体としての振る舞いを捉えることが重要です。私はこれまでに環境汚染物質の一つであるフェノールを分解する微生物に注目し、能力の制御や高効率な微生物集団のデザインに関する研究を行ってきました。その中で、微生物がフェノールを分解し生産した代謝物が他の微生物と共有されることでネットワークが形成されることを見出し、現在はその可視化と最適化に関する研究を進めています。そして、高機能な微生物群をデザインするための枠組みを作ることで、微生物利用技術の更なる発展を目指しています。

様々な視点から微生物の不思議を解き明かす

　微生物と言われて多くの方が想像するのは遺伝子や酵素を対象とした分子生物学ではないでしょうか？もちろん、それらのアプローチは極めて重要で微生物学の根幹を担っています。その一方で、熱力学や数学による微生物の生命現象に迫る方法も重要です。私は微生物の研究を通して、物事を多角的に捉えることができる人材を育てたいと考えています。そのためには、他分野の研究にも興味を持ち、自身の研究に取り入れていく能力を鍛えることが重要です。学会や研究会等に積極的に参加し様々なことを吸収すると同時に自分の研究の面白さを発信してほしいと考えています。 　私が所属する社会連携講座は企業と密接に関わりながら社会問題の解決に取り組む研究室です。そのため、基礎研究はもちろんのこと社会実装を目指した研究も日々行われています。社会実装を実現するためには法的課題や住民理解など研究とは異なるところに多くのハードルがあります。そういった課題を実際に感じつつ研究をすることで実用化の難しさを学んでほしいと考えています。

1細胞の知見から微生物ネットワークを理解する

　微生物は様々な環境に生息し有用な機能を発揮すると知られていますが、その制御や高機能な微生物集団のデザインの方法は確立されているとは言い難いのが実情です。私はこれまでに複数種のフェノール分解菌を組み合わせたモデル微生物集団を用いて、その制御と最適化に関する研究を進めてきました。その中で、微生物間での代謝産物のやり取りが微生物群の組織化において極めて重要であることを証明してきました。しかも細胞レベルで代謝状態が異なり、極めて複雑な代謝のネットワークが形成されていることを示唆してきました。一方で、細胞レベルで代謝の繋がりを可視化し、微生物集団が如何にして機能を発揮、維持するのかを解明するには至っていません。そのため、顕微鏡やラマン分光、あるいはマイクロフルイディクスといった1細胞の状態を解析する技術の利用が必要不可欠です。今後は微生物ネットワークの可視化とその動態解析を中心に研究を進めていきます。