微生物の暗黒物質

微生物暗黒物質^{[1] [2]} (MDM)は、知識不足または必要な成長条件を提供する能力不足のため、微生物学者が研究室で培養することができない微生物（通常は細菌と古細菌）の大部分を占めています。微生物暗黒物質は、研究において捉えどころがなく、生物多様性の理解にとって重要であることから、物理学や宇宙論の暗黒物質に類似しています。微生物暗黒物質は、複数の生態系にわたって遍在的に豊富に存在しますが、これらの種の検出と培養が困難なため研究が難しく、研究努力に課題をもたらしています。^{[3]その相対的な大きさを推定することは困難ですが、与えられた}生態学的ニッチ内の微生物種のわずか1％が培養可能であるというのが受け入れられている大まかな推定です。近年、単一細胞ゲノミクス^[4]やメタゲノミクスなどの培養に依存しない方法を介して環境サンプルからゲノムDNA配列を回復することにより、微生物暗黒物質を解読するための努力がさらに行われています。^[5]これらの研究により、配列決定されたゲノムの進化の歴史と代謝に関する洞察が可能になり、 ^{[6] [7]}微生物の暗黒物質系統の培養に必要な貴重な知識が得られました。しかし、微生物の暗黒物質研究はまだ比較的未発達であり、既知の生物学とは根本的に異なるプロセスへの洞察、微生物群集の新たな理解、極限環境での生命の生存方法に関する理解を深めるのに役立つと仮定されています。^[8]

微生物の暗黒物質に関する現代の理解は、伝統的な微生物の培養にまだ制約があった分野から生まれました。当時の主な制約の 1 つは、培養方法の使用に過度に依存していたことです。この過度の依存は、大量の微生物の多様性がまだ発見されていないことを意味していました。しかし、20 世紀後半には分子技術の新しい開発により、培養されていない微生物の発見が急増しました。この新たな多様性にもかかわらず、大多数の微生物種は未だに特徴づけられていません。^[9]この事実は、21 世紀初頭の高度なゲノム配列決定技術の開発によってさらに証明され、これまで考えられていたよりも大量の微生物の多様性が明らかになりました。^[8]

メタゲノミクスは微生物研究の分野における技術であり、微生物環境のサンプルから直接 DNA の配列を決定することができます。この革新的な技術により、未知の微生物の遺伝物質を特定し、培養への過度の依存を避けることができます。メタゲノミクスの使用は、バルクサンプルを使用することで幅広い説明を使用するという点で、他の微生物研究方法とは異なります。この技術により、新しい遺伝子や代謝経路が発見され、生態系における微生物の機能に関する理解が深まりました。^[10]

単一細胞ゲノミクスの方法は、自然環境から分離された個々の微生物細胞の研究を可能にすることで、メタゲノミクスアプローチをサポートする上で有望であることが示されており、特に培養できない微生物群集内のゲノムおよび機能の多様性を明らかにするために使用されている。単一細胞技術はまた、生命の樹上の多数の新しい枝を特定することに成功しており、これらの生物の現在の系統学的理解と代謝の可能性のギャップについての洞察を提供している。^[11]

培養に依存しない方法がダークマター研究の成功法として台頭しているにもかかわらず、培養技術の改善はMRM微生物の現在の理解を深めるために依然として重要かつ必要である。これまでのところ、天然微生物環境を模倣する高度に特異的な増殖培地や相乗効果のある微生物種の共培養などの方法の開発は、これまで培養できなかった微生物の研究に成功している。これらの進歩は、MRM研究をバイオテクノロジーや生理学の用途に応用することを促進することにも役立つ。^[12]

ゲノム研究では、分析すべき膨大なデータが生成されます。この分析には、高度な計算コンポーネントの使用が必要です。バイオインフォマティクスという科学分野は、計算技術を使用してゲノムを収集し、代謝経路の分析を実施しました。近年、人工知能と機械学習の研究により、遺伝子データを使用して微生物種の行動を予測する能力を高める新しい方法が生み出されました。^[13]計算ツールの世界におけるこれらの新しい開発により、微生物群集に存在する構造とダイナミクスをさらに理解できるようになりました。

ある種の微生物の暗黒物質遺伝物質は、生命の新しい（つまり第4の）領域に属する可能性があることが示唆されているが^{[14] [15]、他の説明（例えば、ウイルス起源）も可能であり、これは仮説上の}影の生物圏の問題と関連している。^[16]

• 生物学的暗黒物質
• 微生物生態学
• 微生物学

^[1]

• 微生物ダークマタープロジェクトサイト