The screening of antibiotics derived from microbial resources to combat vancomycin-resistant enterococci (VRE) revealed that a culture of marine-derived Peribacillus sp. KDM594 exhibited significant therapeutic efficacy in an infected in vivo-mimic silkworm model. Bioassay-guided purification led to the isolation of micrococcins P1 (1) and P2 (2), which exhibited potent antimicrobial activities against Gram-positive bacteria, including VRE, methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), and Mycobacterium spp., with MIC values ranging from 0.25 to 8.0 µg ml-1 using the microdilution method. In the silkworm models infected with VRE or MRSA, 1 and 2 exerted moderate therapeutic effects, with ED50 values ranging from 3.2 to 51 µg larva-1 g-1. Furthermore, a pharmacokinetic analysis revealed that 2 was metabolized to 1 in the silkworm hemolymph, and their elimination half-lives were 3.2 and 3.0 h, respectively. These results suggest that micrococcins are promising lead compounds for the development of anti-VRE and MRSA drugs.

Enhancing fish growth and bolstering immune responses to diseases are of paramount concern in fish aquaculture. The use of probiotics has emerged as a promising strategy for addressing these challenges. The aim of this study was to investigate the characteristics (salinity tolerance, starch-assimilating ability, organic acid production, β-galactosidase activity) of Heyndrickxia coagulans SANK70258 and its probiotic effects on red sea bream (Pagrus major). Our results indicate that H. coagulans SANK70258 exhibits a high salinity tolerance and thrives as a probiotic in marine environments. Moreover, its starch assimilation capability, organic acid production, and β-galactosidase activities suggest that it might play a role in enhancing the host’s immune system. Over the 63-day experimental period, supplementation with H. coagulans SANK70258 significantly increased the survival rate of red sea bream compared with that of the experimental control group (vehicle starch for the probiotic) after the final experimental day, as determined by Kaplan–Meier analysis (log-rank test, p = 0.0228). Furthermore, supplementation affected the body length and weight of fish, but it did not influence digestive enzyme activities. The goblet cell abundance in the intestinal tract of fish supplemented with H. coagulans SANK70258 was significantly higher than that in the experimental control group (Welch’s t-test, p = 0.03742). These results suggest that H. coagulans SANK70258 is a promising probiotic for enhancing marine fish aquaculture production.

Seriniquinone was isolated as a melanoma-selective anti-cancer agent from a culture broth of the marine-derived bacterium Serinicoccus marinus CNJ927 in 2014. It targets the unique small protein, dermcidin, which affects the drug resistance of cancer cells. Due to its significant activity against cancer cells, particularly melanoma, and its unique target, seriniquinone has been developed as a new pharmacophore. However, it has the disadvantage of poor solubility in drug discovery research, which needs to be resolved. A new seriniquinone glycoside (1) was synthesized by the biological transformation of seriniquinone using the deep sea-derived bacterium Bacillus licheniformis KDM612. Compound 1 exhibited selective anti-cancer activity against melanoma, similar to seriniquinone, and was 50-fold more soluble in DMSO than seriniquinone.

A direct relationship exists between diverse corals and fish farming in Keten Bay, Amami-Oshima, Japan. The release of coral mucus has a significant impact on the microbial activity of surrounding seawater. To obtain a more detailed understanding of biogeochemical cycles in this environment, the effects of coral mucus on the community structure and function of bacteria in surrounding seawater need to be elucidated. We herein used a bromodeoxyuridine approach to investigate the structures and functions of bacterial communities growing close to mucus derived from two different Acropora corals, AC1 and AC2. The alpha diversities of actively growing bacteria (AGB) were lower in mucus-containing seawater than in control seawater and their community structures significantly differed, suggesting that the growth of specific bacteria was modulated by coral mucus. Rhodobacteraceae and Cryomorphaceae species were the most dominant AGB in response to the mucus of Acropora AC1 and AC2, respectively. In contrast, the growth of Actinomarinaceae, Alteromonadaceae, Flavobacteriaceae, and SAR86 clade bacteria was inhibited by coral mucus. The results of a Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States (PICRUSt2) ana-lysis suggested that the predicted functions of AGB in mucus-containing seawater differed from those in seawater. These functions were related to the biosynthesis and degradation of the constituents of coral mucus, such as polysaccharides, sugar acids, and aromatic compounds. The present study demonstrated that complex bacterial community structures and functions may be shaped by coral mucus, suggesting that corals foster diverse bacterial communities that enhance the ecological resilience of this fish farming area.

We investigated the succession process of intestinal bacteria during seed production in full-cycle aquaculture of Pacific bluefin tuna (Thunnus orientalis). During the seed production, eggs, healthy fish, rearing water, and feeds from three experimental rounds in 2012 and 2013 were collected before transferring to offshore net cages and subjected to a fragment analysis of the bacterial community structure. We identified a clear succession of intestinal bacteria in bluefin tuna during seed production. While community structures of intestinal bacteria in the early stage of larvae were relatively similar to those of rearing water and feed, the bacterial community structures seen 17 days after hatching were different. Moreover, although intestinal bacteria in the late stage of larvae were less diverse than those in the early stage of larvae, the specific bacteria were predominant, suggesting that the developed intestinal environment of the host puts selection pressure on the bacteria in the late stage. The specific bacteria in the late stage of larvae, which likely composed ‘core microbiota’, were also found on the egg surface. The present study highlights that proper management of the seed production process, including the preparation of rearing water, feeds, and fish eggs, is important for the aquaculture of healthy fish.

合流式下水道越流水（Combined Sewer Overflow: CSO）が都市河川に及ぼす影響と，大規模雨水貯留管（平成の太閤下水）の供用による改善効果の評価を目的に，降雨時の東横堀川（大阪市）にて細菌叢を指標とした水質調査を実施した．東堀橋地点では，4.0 mm/hを越える降雨時にCSOが原因と思われる懸濁態物質濃度の上昇と，それに伴う細菌叢の変化が確認された．しかしこのとき確認された河川中の細菌叢は，下水処理場で入手した処理前下水の細菌叢とは異なるものであった．雨水貯留管供用後も降雨時に河川水の電気伝導度が増加したが，それに伴った河川中の細菌叢の変化は確認されなかった．雨水貯留管の供用は，CSO流入を抑制することで，河川水質の改善や河川微生物群集攪乱の緩和に効果があると考えられた．

We performed duplicate microcosm experiments to determine Vibrio species dynamics over 13 days in enriched natural seawater inoculated with Nannochloropsis. Chlorophyll a concentrations in Tanks 1 and 2 ranged from 8.71 to 235μg/l and 10.9 to 255μg/l, respectively; peak values were recorded on Day 6 in both tanks. Culturable Vibrio abundance on TCBS agar decreased from 180 CFU/ml on Day 2 to 50 CFU/ml on Day 5 in Tank 1, and from 120 CFU/ml on Day 1 to 20 CFU/ml on Day 6 in Tank 2. Total Vibrio abundance estimated by qPCR ranged from 3.2×102 to 2.6×104 cells/ml in Tank 1 and from 2.2×102 to 1.6×104 cells/ml in Tank 2. Interestingly, after the peak of chlorophyll a concentration in both tanks, no culturable Vibrio and only a few total Vibrio were detected. PCR-DGGE analysis showed that the Vibrio community was unexpectedly diverse at the onset, but the structure became simpler over time with the increasing chlorophyll a concentration. Hence, the addition of Nannochloropsis to larval-rearing water may control Vibrio species growth, a key factor responsible for the survival and growth of fish larvae.

養殖漁場の水質浄化は細菌が担っている。細菌が駆動する物質循環が乱れると水質が悪化するが、その鍵を握る細菌種は未だ分かっていない。本研究では、養殖漁場における有機物の分解・利用に直接寄与している細菌種を特定することを目的としている。令和3年度は、既得試料と新規採取試料の処理を実施するとともに、養殖漁場の特徴的な有機物である養殖魚の餌料に応答して増殖してくる細菌を分離培養し、細菌種を特定した。使用した餌料は、現場養殖漁場で使用されているドライペレット（DP）とモイストペレット（MP）で、細菌が直接利用できる有機物は溶存画分であるため、溶存画分のみを抽出した。養殖漁場の海水および非養殖漁場の海水を採取し、それぞれに約3 mg/LとなるようにDPならびにMP有機物を添加したマイクロコスム実験を実施した。培養3日後および培養8日後にサブサンプリングし用いた培地は、海洋細菌分離汎用培地1/2 ZoBell培地ならびにDPあるいはMP有機物を1/2 ZoBell培地と同じような有機物量となるように添加したDPあるいはMP寒天培地である。寒天培地に塗抹して2週間以降に単離を行い、最終的に91株を得て、グリセロールストックした。あわせて、これら分離株のうち57株のITS領域と16S rRNA遺伝子領域の塩基配列を読んだ。特定できた細菌種のなかに、Proteobacteria門Alphaproteobacteria綱Rhodobacterales目やBacteroidetes門Flavobacteriia綱Flavobacterialesに近縁な分離株が複数いた。これらの細菌群は、研究代表者の先行研究において沿岸域で活発に増殖して物質循環を司っている細菌鍵種であることが示唆されている。今後、既得データと照合することで、これら細菌群の本養殖漁場における季節的な動態を明らかにする予定である。

養殖漁場では、水域生態系に負荷される有機物量が生簀がない場合に比べて大きい。この有機物負荷が当該水域の持つ自浄能力を超えると、有機汚濁、富栄養化、底層の貧酸素化といった自家汚染を起こす。養殖漁場の持つ自浄能力を評価することは難しい。有効な評価指標の一つが、当該水域における高分子有機物（例えばタンパク質）を低分子有機物（例えばアミノ酸）に加水分解する酵素活性の測定である。この高分子有機物が細菌群が利用可能な低分子有機物に加水分解されるプロセスが水域における有機物フローの制限要因となり、これを"gate keeper"と呼ぶ。 この有機物の流れを主に担う海洋細菌群の加水分解活性は、水温、塩分、溶存酸素などの環境要因により変化する。今までの研究から、水域が成層し、海底が貧酸素化しやすい夏季には、この加水分解活性が特に底層で停滞しがちであり、強風により鉛直混合が起こる冬季に活性が上がることを確認している。本研究課題では、加水分解活性が停滞しやすい夏季底層に強いインパクトを与える台風の影響を評価しようとしている。 2021年の台風発生数は例年よりも少なく、2020年に引き続き台風が暴風域を伴ったまま上陸することは皆無であった。野外調査で台風の影響を評価することが出来なかったが、室内実験により興味深い成果を得ることができた。それは、雨水の影響である。降雨により表層海水の塩分が低下するとペプチドの末端からアミノ酸を一つずつ切り離していくエキソペプチダーゼの活性が有意に高くなるのである。タンパク質の内部のペプチド結合を切るエンドペプチダーゼや糖類の加水分解酵素ではそのような傾向は確認できなかった。雨水により加水分解活性が上昇する現象を室内実験で確認したことは新規な知見と言える。

近畿大学奄美実験場のクロマグロ養殖場では、サンゴが群棲している。環境に負荷を与える魚類養殖ときれいな海の象徴であるサンゴが共存しているこの事実は、至妙な物質循環が成立していることを示唆する。本研究では、サンゴが放出する粘液に注目して、この物質循環を支える細菌を解析した。具体的には、海水試料、ならびにサンゴ粘液をシリンジで直接採取した試料（粘液試料）および海水試料と粘液試料を混合した試料（混合試料）を用意した。平成25年度は、既得試料（平成21~24年5月および10月）と新規採取試料（平成25年5月および10月）の試料において、細菌群集構造を解析した。さらに、非養殖場海域における試料（既得試料）においても、細菌種の特定を行った。本研究では、増殖活性のある細菌群のみを標的にすることができるブロモデオキシウリジンを用いたDNAトレーサー法と、多様性解析手法の一つであるリボソーム遺伝子間転写領域自動解析あるいはCARD-FISH法を組み合わせて、サンゴ粘液によって増殖してくる細菌群の動態を明らかにした。現在のところ、粘液試料および混合試料においてのみ活発に増殖していた細菌を11種を特定した。これらのうち、6種はもともとの全体の細菌群では検出されなかった。一方で、粘液が加わると増殖活性がなくなる細菌種が9種存在した。活発に増殖している細菌の組成はAlphaproteobacteriaとBacteroidetesに属する細菌系統群で半分以上が占められていた。しかし、同じAlphaproteobacteriaに属していても、サンゴ粘液によって活発に増殖する系統群とそうでない系統群が存在していた。本研究で対象とする養殖場域では、AlphaproteobacteriaやBacteroidetesに属する系統群が重要な細菌群であることを示唆する。

近畿大学のクロマグロ養殖イケスは、奄美大島の花天湾にある。ここのイケスロープには、美しいサンゴが育っている。このクロマグロ養殖とサンゴ共存のメカニズムを物質循環の駆動力となる海洋細菌の動態とサンゴが大量に放出する粘液に注目して調べた。イケス周辺の「海水のみ」と「海水+粘液」を一定時間培養し、比較すると、「海水のみ」ではあまり細菌群集構造が変化しなかったが、「海水+粘液」ではその質も量も大きく変化した。

本年度は、海洋における有機物フラックスの変動機構を解明するために、細菌群集と各環境条件の相互関係について明らかにすることを目的とし、以下の試料についてさらなるデータを得た。 1.2004、2006、2007年に採取した北海道サロマ湖の海水・海氷試料についてBrdU/DGGE解析を行った。この結果、海水・海氷中の全体の細菌群と増殖速度の速い細菌群のDGGEバンドパターンは異なっており、0℃以下の低温環境に適応し増殖する細菌群の存在が示唆された。また、各年で海氷細菌群集構造が異なっていたことと、海氷植物プランクトン組成が年によって大きく異なるという報告から、海氷中における細菌群と植物プランクトン細胞あるいはその産生有機物との相互関係が示唆された。 2.広島県呉湾にて採取した試料について一年を通した経時的変動解析を行った。その結果、観測期間中RoseobacterやCFBグループといった細菌群が優占しており、その細菌群集構造は海洋の一大イベントである植物プランクトンブルームによって大きく変化していることが分かった。 これまで特定してきた細菌群を、有機物の分解・生成に直接的に大きく貢献している"key species"として捉え、その時空間変動や環境条件の変動から生態的ニッチを考察し、これを"key species eco-typing仮説"として提案した。本研究は、天然環境の細菌群の増殖に着目し、それに基づいた生態的ニッチを初めて提案した独創的な研究であり、有機物フラックスの変動機構解明の先駆的研究である。各生態的ニッチを代表する"key species"に焦点を当て、その現存量や増殖、活性などの定量的な解析を行うことで、細菌群集を介する有機物フラックスの変動を説明することが出来ると期待される。