持続可能な開発のための寒冷地適応型微生物の探索
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EDITORIAL記事
Front. Microbiol.、2023年4月13日
第2章 陸上微生物学
第14巻～2023年｜https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1191673
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持続可能な開発のための寒冷地適応型微生物の探索
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編集部 持続可能な開発のための寒冷地適応型微生物の探索
Deep Chandra Suyal1、Ajar Nath Yadav2*、Hesham Ali El Enshasy3、4、5、Ravindra Soni6*。
1Vidyadayini Institute of Science, Management, and Technology, Bhopal, Madhya Pradesh, India.
2インド・ヒマーチャル・プラデーシュ州シルモア、エターナル大学ケム・シン・ギル・アカル農業大学バイオテクノロジー学科（Dr. Khem Singh Gill Akal College of Agriculture, Sirmour, Himachal Pradesh, India
3マレーシア工科大学（UTM）バイオプロダクト開発研究所（IBD）、ジョホールバル、ジョホール州、マレーシア
4マレーシア工科大学（UTM）化学・エネルギー工学部（マレーシア、ジョホール州、ジョホールバル市
5City of Scientific Research and Technology Applications (SRTA), New Borg El-Arab, Alexandria, Egypt.
6インド・チャッティースガル州ライプル市インディラ・ガンジー・クリシ・ビシュワヴィダリヤ農業大学農業微生物学教室
研究テーマに関する論説
持続可能な開発のための寒冷地適応型微生物の探索
寒冷適応微生物は、極地、非極地山、深海環境など、地球上のあらゆる低温環境に生息し、コロニーを形成することができる。古細菌、細菌、真菌、藻類、その他の微小真核生物の多様な種が含まれる。これらの微生物は、生態学的、農業的、バイオテクノロジー的に、農業環境の持続可能性に大きく貢献する可能性を示しています。これらは、商業的に重要な不凍化合物（Eskandariら、2020）、低温活性酵素、低温ショックタンパク質（Mesbah、2022）、および代謝物（Styczynskiら、2022）の優れた源である。低温条件下での植物成長促進、バイオレメディエーション、廃棄物管理のために、寒冷適応微生物が検討されている（Suyal et al., 2022; Kour and Yadav, 2023）。親水性微生物は、多様なメカニズムを用いて低温条件下で生き残るために適応してきた。分子レベルおよび生化学レベルのいくつかの適応は、低温環境に蔓延するさまざまな生物学的ストレスのもとで、親精神微生物と親栄養微生物が重要な細胞プロセスを実行するのを助ける（図1）。
図1
図1. 寒冷適応微生物におけるいくつかの重要な熱・寒冷適応を示す模式図である。Suyal et al.（2022）から許可を得て引用した。
寒冷適応した農業上重要な微生物は、「高地農業生態系にとって、費用対効果が高く、環境に優しい農薬の代替となる（Rawat et al., 2019; Goel et al., 2022）」。中でも、Arthrobacter、Bacillus、Paenibacillus、Pseudomonas、Rhodococcusは、これらの寒い生息地から確認されています（Soni et al., 2015; Joshi et al., 2019）。それらは、大気中窒素固定、リン可溶化、シデロフォア生産、カリウム可溶化・動員、植物ホルモン生産、その他の植物に有益な活動など、多機能な形質を示している（Suyal et al., 2022）。しかし、寒冷地適応微生物の農業目的での可能性は十分に追求されていない。そのため、植物成長促進能力、群集構造、時間的・空間的なフィールド試験などの詳細な調査が必要である。
本リサーチトピックでは、寒冷地適応微生物に関する3つの原著論文と1つの総説を掲載しています。Turchettiらは、イタリアンアルプスの高山と南極に関連する酵母種の適応的特徴を評価し、比較するためのゲノムアプローチを開発しました。それは、寒冷条件下における真核微生物の適応戦略、すなわち、コールドショックタンパク質、凍結保護剤、不凍化合物の合成、不適切なタンパク質折り畳みや細胞内氷形成の防止、遺伝子発現と細胞内輸送の制御を解明している。さらに、生存率を高めるために、膜透過性、電子輸送、栄養摂取を同調させることも行われた。タンパク質では、より長く親水性の高いループを合成するほか、グリシン残基の割合が低温条件下で増加し、プロリンやアルギニンの含有量が減少することがわかった。さらに、寒冷地適応酵母では、いくつかの小さなオープンリーディングフレームが観察され、遺伝的な冗長性が高いことがわかったので、今後の研究において考慮する必要がある。
Ruiz-Blasらは、ヨーロッパにあるピレネーの氷穴の微生物多様性を解析し、このような未踏の地に潜在する微生物の隠れた宝を示しました。彼らはメタバーコード技術を用い、氷穴の物理化学的特性と微生物多様性の構成との相関を見出した。さらに、プロテオミクス的なアプローチを採用し、気候変動が土着微生物細胞に与える影響を評価した。この研究により、このような極限地域における微生物の分布は、氷の年齢や有機物の含有量に大きく依存することが明らかになりました。また、いくつかの属に特有のニッチを特定した。さらに、気温が4℃上昇すると、微生物のタンパク質含有量が著しく減少することが確認された。このことは、気候変動が微生物の生物活性化合物に及ぼす影響が、近い将来、活発な調査対象となる可能性があることを示しています。
別の論文では、Dasilaらが耐寒性シュードモナスの植物成長促進能を評価しました。Dasilaらは、4種類のリン酸可溶化シュードモナス菌株を自然圃場条件下で小麦作物に適用した。その結果、小麦の生化学的および農学的パラメータが有意に増加し、平均穀物収量が22%増加したことが確認されました。さらに、これらの菌株は土壌の健康状態をも改善しました。食糧需要の増加により、食糧生産は十分に増加する必要がありますが、環境を犠牲にすることはできません。農薬は作用が早く特殊ですが、生物界にも悪影響を及ぼします。同時に、限界地域や未耕作地域も、食料生産を最大化するためのターゲットにする必要がある。したがって、このような寒冷適応微生物株を高地農業生態系の在来作物に利用する必要がある。これは、有機農業や環境に優しい農業の実践に役立ち、農業の持続可能性の目標達成に貢献することになる。Chauhanらは、寒冷適応型シュードモナスの生態学的およびバイオテクノロジー的側面について、体系的なレビューを行った。代謝的に多様なシュードモナスは、植物成長促進、バイオレメディエーション、工業的に重要な酵素や生物活性化合物の生産のための潜在的候補であることが証明されている。本総説では、これらすべての側面について、関連する将来的なアプローチとともにまとめている。
結論として、このリサーチトピックは、低温微生物学のさまざまな側面に関する有益な情報と最新情報を提供するものである。この分野の今後の研究をリードし、持続可能な成長と発展を達成するために役立つと信じている。
著者寄稿
記載されたすべての著者は、本作品に実質的、直接的、かつ知的な貢献をし、その出版を承認した。
謝辞
編集部は、このResearch Topicに参加したすべての著者と、その成功のために貴重な時間を提供してくれたすべての査読者に感謝する。
利益相反について
著者らは、本研究が潜在的な利益相反と解釈され得る商業的または金銭的関係がない状態で実施されたことを宣言する。
出版社からのコメント
本記事で表明されたすべての主張は、あくまでも著者のものであり、必ずしも所属団体、出版社、編集者、査読者のものを代表するものではありません。この記事で評価される可能性のある製品、またはその製造元が主張する可能性のある主張は、出版社によって保証または承認されるものではありません。
参考文献
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グーグル・スカラー
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キーワード：農業の持続可能性、寒冷適応、ストレス耐性、寒冷活性酵素、微生物多様性
引用します： Suyal DC, Yadav AN, El Enshasy HA and Soni R (2023) Editorial： 持続可能な開発のための寒冷地適応微生物の探索。Front. Microbiol. 14:1191673. doi: 10.3389/fmicb.2023.1191673.
受理された： 2023年3月22日、受理された： 2023年3月31日
発行：2023年4月13日
編集・査読者 パオラ・グレンニ（イタリア、国立研究評議会
Copyright © 2023 Suyal、Yadav、El Enshasy、Soni. これは、クリエイティブ・コモンズ表示ライセンス（CC BY）の条件の下で配布されるオープンアクセス記事です。原著者および著作権者のクレジットを記載し、本誌の原著を引用することを条件に、学術的に認められた慣例に従って、他のフォーラムでの使用、配布、複製が許可されます。本規約を遵守しない使用、配布、複製は許可されません。
*Correspondence： Ravindra Soni, rs31693@gmail.com; Ajar Nath Yadav, ajarbiotech@gmail.com
免責事項：本記事で表明されたすべての主張は、あくまで著者のものであり、必ずしも所属団体、出版社、編集者、査読者のものを代表するものではありません。この記事で評価される可能性のある製品、またはその製造元が主張する可能性のある主張は、出版社によって保証または支持されるものではありません。
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