国立先进产业技术综合研究所 [会长：石村和彦]（以下简称“AIST”） 地圈资源环境研究部 [研究主任：三畑裕二] 地圈微生物研究组首席研究员 片山泰树 生物过程研究部研究组组长吉冈英吉 [研究主任：铃木薰] 生物资源信息基础设施研究小组 Nobu Masaru Konishi (Yu Nobu) 研究员、Hiroyuki Kusada 研究员、Norihide Men 技术人员、Yoichi Kamagata 客座研究员、Hideyuki Tamaki 研究小组领导者为 JEOL Ltd [总裁兼首席运营官 Izumi Oi] EM 业务部门总监 Naoki Hosoki、Marine Work Japan Co, Ltd [总裁 Kazuhiro Sugiyama] 海洋与地球科学部 Katsuyuki Uematsu 与在专业部门经理的指导下，我们成功培养了 RT761 菌株，这种细菌在天然气田等地下环境的甲烷生产中发挥着重要作用。该菌株的细胞结构与普通细菌有根本不同，其含有遗传信息的基因组DNA被细胞内的“膜”覆盖。此外，RT761菌株属于最高分类。门''水平，证明它是一个新的菌种，并创建了以该菌株为代表的新门Atribacterota（Atribacterota），该菌株是一个新物种层状杆菌（Atribacter laminatus）。
生物“原核”生物（例如大肠杆菌和乳酸菌等细菌）和“真核”生物（例如人类、动物、植物、真菌等）。两者之间的关键区别之一是基因组DNA是否被封闭在细胞内的膜（核膜）内，并且尚未发现原核生物具有核膜。然而，这一次，我们培养了A. 叶片RT761 菌株具有“包裹基因组 DNA 的细胞内膜”，而原核生物不应该具有这种膜。它显示了重新考虑原核生物的基本特征并重新定义它们的可能性。此外，以该菌株为代表的新门Atribacterota是世界各地存在甲烷的地下环境（天然气田等）甲烷水合物等），因此有望有助于阐明地下微生物在地下环境中观察到的活跃甲烷生产活动中的实际状态和作用。
此结果于2020年12月14日（英国时间）公布，自然通讯发表在杂志上。
新细菌门层状菌RT761 股
基于显微镜观察阐明分裂型RT761菌株的细胞内结构。基因组 DNA（灰线）包裹在细胞内膜（奶油色）中。
微生物非常小，肉眼无法看到，因此为了了解某些微生物物种的特性，通常在实验室中培养和培养它们。然而，生活在地球上各种环境中的微生物大多数无法人工培养和生长。如果我们不使用培养物直接分析环境中的基因，我们会发现存在多种与已知物种不同的可培养细菌物种。如果我们能够培养这些未知的、未培养的微生物并了解它们的特性，我们就能够了解支持地球生命的环境微生物的活动，最终为保护全球环境和安全高效地利用地球资源做出贡献。
天然气的主要成分甲烷被认为部分是由地下微生物的产甲烷活动产生的，了解地下环境中的微生物活动将有助于有效利用天然气资源并准确评估资源量。此外，地下环境中存在着多种未培养的微生物，是开发新微生物资源的理想场所。
在 AIST，作为日本地质调查局和生物技术领域跨学科研究的一部分，我们的目标是阐明栖息在天然气田和油田等地下环境中的微生物活动。位于千叶县的南关东气田蕴藏着地下微生物活动产生的大量甲烷，与天然气一样支撑着人们的生活。就其有效利用而言，它是一个重要的研究课题。这次，我们利用通过跨学科研究积累的培养技术、知识、经验和诀窍，从关东气田南部的地质水和沉积物样品中分离和培养细菌。
这项研究得到了文部科学省科学研究补助金 (JP17K15183、JP18H05295、JP18H02426) 和日本科学技术振兴机构 (JST) ERATO“野村集体微生物控制项目”(JPMJER1502) 的部分支持。
这次，我们花了五年时间从关东气田南部的地质水和沉积物样本中分离和培养了菌株 RT761，这是一种新的细菌物种，属于新门。由于该门是细菌分类层次中最高的，因此该菌株的新颖性极高，可以说是一项重要的分类学成就。此外，迄今为止，RT761菌株及其相关物种仅在深海沉积物、温泉、油田、甲烷发酵罐等无氧环境中作为遗传信息被广泛发现。特别是，在甲烷水合物分布的深海海底沉积物中发现了代表环境的未培养细菌物种，阐明该细菌群在甲烷水合物和地下天然气资源形成中所起的作用引起了极大的兴趣。
当我们使用透射电子显微镜观察RT761菌株的细胞内结构时，革兰氏阴性菌相同的细胞膜结构外（外膜和细胞膜），细胞内还有另一层膜覆盖着基因组 DNA（图 1）。利用荧光显微镜成像技术检查细胞分裂过程中基因组DNA的定位（图2A），我们发现基因组DNA的两半（图2B，蓝色）都被细胞内膜覆盖（图2B，红色）。非常令人惊讶的结果是，在原核RT761株的细胞中观察到了可以说是真核生物特征的“包裹基因组DNA的细胞内膜”。
图1 RT761株细胞内部结构
细胞内膜（箭头）包裹着基因组 DNA (N)。
图2 RT761菌株细胞中定位的基因组DNA
(A) 细胞正在进行分裂。与细胞膜位置相对应的细胞轮廓由白线表示。 (B) 来自 (A) 的细胞，对脂质膜（红色；红线轮廓）和基因组 DNA（蓝色）进行染色。
为了更详细地观察细胞内膜结构，JEOL Ltd场发射冷冻电子显微镜（低温臂TM300)以世界最高水平的分辨率观察接近自然状态的细胞，并将其三维可视化，并确认RT761菌株具有三个独立的膜（图3）。它们生命活动的基本性质很可能与已知细菌不同，因为它们分布遗传信息的基因组DNA的复制发生在细胞内的局部空间中，而驱动生命活动的蛋白质可能是在与DNA复制位点物理上分离的空间中合成的。对于理解细胞结构和功能的组织以及原核生物（包括细菌）细胞的进化来说，这是一个有趣的发现。
图3 RT761株细胞膜结构
(A) RT761菌株的细胞内结构。 (B) 膜结构的放大照片。 (C) 通过从不同角度拍摄 (A) 中的细胞重建三维结构。细胞内膜（黄色）、细胞膜（蓝色）、外膜（橙色）和核糖体样颗粒（绿色）。在细胞内膜内外均观察到核糖体样颗粒。
除了其独特的细胞结构外，菌株RT761还被发现具有分解地下有机物并为产甲烷菌提供氢气的能力。这表明以RT761菌株为代表的新门细菌在地下天然气资源形成过程中发挥着重要作用。
官方学名，包括拉丁词“laminatus”，意思是“分层”，基于通过培养 RT761 菌株首次揭示的独特细胞结构Atribacterota（Atribacterota）以及提出门的命名Atribacterota代表门的标准菌株RT761的新属和新种层状三杆菌（Atribacter laminatus）。这是 AIST 第三次提议命名一个新的门及其分类下的细菌（第一个例子：AIST 2003 年 11 月 10 日新闻稿，第二个示例：2011 年 6 月 1 日 AIST 新闻稿)。
基于这些知识，Atribacterota我们将阐明该门中的细菌在地下深处环境中实际进行哪些活动的细节，包括它们在甲烷生产过程中发挥的作用。它们在细菌进化的早期也出现了分歧Atribacterota我们还将努力阐明导致该门具有独特细胞结构的进化路径。