军团菌属细菌广泛分布于土壤、池塘和湖泊中，也存在于人工环境中的水中，例如空调设备中的冷却塔和循环浴缸中。这种细菌可通过气溶胶引起严重肺炎，因此采取措施预防感染非常重要。军团菌生长的最适温度被认为是36℃左右，但近年来，即使在低温场所也检测到了来自军团菌的基因序列。此外，据报道在南极洲昭和站的供水设施和该站周围的湖泊中检测到了多种源自军团菌的不明基因序列。
此次，由东京医科齿科大学/东邦大学的岛田翔博士、东邦大学米乐m6官方网站的中井亮介研究员以及国立极地研究所组成的研究小组在第 60 次南极科考（2018-2019 年）收集的南极湖沉积物中寻找军团菌，并成功培养了它们（图 1）。对培养菌株的详细检查表明，它是在4至25摄氏度低温下生长的新物种。此外，还揭示了独特的特征，例如在细胞内储存不饱和脂肪酸，即使在低温条件下也可以增加细胞膜的流动性，并且具有许多可以在其基因组上重新定位并影响其他基因的“移动基因”。这些特征被认为与适应低温有关。
研究小组以南极洲命名这个新物种南极军团菌（南极军团菌）。这是首次发现耐寒军团菌。
未来，希望通过详细研究该菌株，我们将能够获得在低温环境下检测和控制军团菌的知识。
这项研究成果于10月21日（日本时间）发表在美国科学杂志《》上。微生物谱
图 1：从南极湖底样本中分离出的军团菌。
（左）在琼脂培养基上形成灰白色菌落。
（右）阿米巴原虫寄生（黄色箭头表示细胞）。
军团菌属细菌广泛分布于土壤、池塘和湖泊中，但其中大约一半已被证实对人类具有致病性，吸入含有致病菌种的水气溶胶可能会引起发烧（庞蒂亚克热）和严重肺炎（军团病）。因此，人们正在努力防止各种场所的人类感染，包括空调设备的冷却水过程和循环浴缸中。一般来说，军团菌被认为更喜欢温暖的条件（25°C 至 45°C），并且迄今为止还没有已知的物种可以在低温下生存。然而，近年来，人们发现，即使在低温场所，使用不依赖培养的研究方法也经常检测到源自军团菌的基因序列。此外，最近还发现，在南极洲昭和站的供水设备以及该站周围的湖泊中，检测到了许多源自不明军团菌的基因序列（参考文献1和2）。
像南极洲这样的偏远地区医疗资源匮乏，需要更严格的卫生控制，以防止传染病的爆发。为此，了解可引起传染病的病原体的性质非常重要。
研究小组在2018年12月至2019年1月第60次南极区域考察的一般研究观测期间收集了样本。南极洲海岸的湖泊利用长池沉积物（图 2，注 1），我们尝试分离生活在低温环境中的军团菌。结果，通过在低温下进行3个月的预培养，我们成功地分离出了沉积物中含有的军团菌。分离出的军团菌菌株（以下简称南极菌株）的细胞大小约为宽03微米、长22微米，利用遗传信息进行系统发育分析的结果显示，它很可能与已知物种不同。此外，该菌株生长良好的温度在15℃至25℃范围内（图3），在4℃和10℃下也能生长。这些生长特性与在 35°C 左右增殖的已知物种显着不同，南极菌株被发现是军团菌属中第一个能够抵抗低温的菌株。这种抵抗力的机制之一是脂肪酸（不饱和脂肪酸，注2)在细胞内积累。这些知识只有通过实际培养微生物并进行实验才能获得。此外，在实验室中也证实了自然环境中候选宿主阿米巴原虫的寄生性（图1）。
图 2：长池湖 (A) 及其底部 (B)，分离出来自南极洲的军团菌。
在湖底，已经证实了“Kokebozu”的存在，那里的苔藓像塔一样生长。
图3：来自南极洲的军团菌在不同温度下的生长曲线。
比已知的军团菌在更低的温度下生长得更好。
为了更详细地阐明源自南极洲的军团菌特征，我们利用整个遗传信息（基因组）来比较已知物种所拥有的基因类型和数量，并据此估算出代谢功能。因此，南极菌株的基因组含有“可移动基因”（移动遗传因素，注3）。这些基因在基因组中易位并干扰其他基因。事实上，该菌株还发现了某些可移动遗传元件的拷贝痕迹，这些拷贝散布在其基因组中并插入到其他基因中。移动遗传元件被认为是促进进化和环境适应的因素，因此这些“移动基因”很可能对南极菌株在低温环境中生长和生存的能力发挥了重要作用。此外，正如前面提到的关于在低温下储存不饱和脂肪酸的能力，在南极菌株中参与脂肪酸合成的酶基因簇中发现了其他军团菌基因组中没有发现的几个基因。该基因的序列与系统发育上远离军团菌的细菌物种的序列非常相似，因此它可能是从另一种细菌获得的。水平基因转移，注4）。需要进一步验证以确定它们是否参与低温下生存所需的脂肪酸的合成。
除上述之外，我们还进行了广泛的生理、生化、化学分类和分子系统分析，发现从南极样本中发现的菌株是军团菌属的一个新种。南极军团菌（南极军团菌）。这个新物种以南极洲大陆命名。
迄今为止描述的军团菌中大约有一半已被证实对人类具有致病性，在医疗资源匮乏的偏远地区工作的人们应谨慎对待感染风险。此外，很明显，基地建筑中存在军团菌，这种细菌被认为是通过人类活动引入南极洲的，并且相信昭和站及其周围仍需要采取持续监测和感染控制措施。重要的是，对公共DNA序列数据库的搜索发现，与这个新物种非常相似的军团菌基因序列广泛分布在南极洲以外的各种环境中，这表明具有低温生长能力的军团菌可能存在于我们熟悉的环境中。尽管耐寒物种对人类的致病性仍不清楚，但希望对南极菌株的详细调查以及使用本研究中使用的培养方法从其他低温环境中分离军团菌将有助于了解其生理学和致病性以及卫生管理。
参考文献 1：Shimada 等人，应用和环境微生物学，第 87 卷，e02247-20，2021，doi：101128/AEM02247-20；
参考文献2：国立极地研究所等新闻稿“南极湖泊中也栖息着多种不明军团菌”（2021年2月25日）https://wwwnipracjp/info/notice/20210225html
已出版的杂志：微生物谱
标题：第一个培养的耐冷代表的表征军团菌来自南极洲揭示其独特的基因组结构
作者：
Sho Shimada（东邦大学医学院微生物学和传染病系/东京医科齿科大学医学和牙科科学研究生院、器官系统控制系、综合呼吸医学系）[共同领导]
Ryosuke Nakai（米乐m6官方网站生物过程研究部）[共同负责人]
Kotaro Aoki（东邦大学医学院微生物学和传染病系）
Sakae Kudo（国立极地研究所生物圈研究组）
Satoshi Imura（国立极地研究所生物圈研究组）
Nobufumi Shimoeda（栃木医疗中心栃木）
大野义一郎（东胜医院）
渡边健太郎（国立极地研究所）
宫崎康成（东京医科齿科大学，医学齿科研究生院，器官系统控制系，综合呼吸医学系）
Yoshikazu Ishii（东邦大学医学院微生物学和传染病系）
Kazuhiro Tateda（东丰大学医学院微生物学和传染病系）
DOI：101128/Spectrum00424-21
论文发表日期：2021 年 10 月 20 日星期三（美国东部时间）
南极洲的样本采集是在第60次南极区域考察的一般研究观测（AP0924、AP0937）期间进行的。这项研究的一部分还得到了文部科学省“后科赫生态学”研究创新领域科学研究补助金（JP19H05683和JP19H05679）和日本学术振兴会青年科学家科学研究补助金（JP19K20462）的支持。