Branched-chain amino acid specialization drove diversification within Calditenuaceae (Caldarchaeia) and enables their cultivation
分岐鎖アミノ酸への特化がカルディテヌス科(カルダルカエイア)の多様化を促進し、その培養を可能にした (機械翻訳の邦題)
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- doi.org
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- 状態確認日
- 2026/08/17
- 収集日
- 2026/08/03
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出版状態の注記
出版状態: 未確認
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高温地熱系に豊富に存在する好熱菌の多くは未培養であり、その理解は限られている。本研究では、ゲノム情報に基づく培養法を用いて、Calditenuis ramacidaminiphagusの培養に成功した。FISH-nanoSIMS解析により、本菌がアミノ酸を急速に取り込むことが示され、ゲノムおよびメタプロテオーム解析から分岐鎖アミノ酸(BCAA)トランスポーター遺伝子の高発現が確認された。BCAAを添加した培養では本菌が優占したが、極性アミノ酸を含む条件では競争に敗れた。代謝再構成とメタプロテオミクスから、BCAAはメバロン酸経路を介した脂質合成と、酸化型Stickland反応およびTCA回路を介したATP産生に利用され、好気呼吸と共役することが示唆された。系統解析から、BCAAトランスポーターの水平伝播がCalditenuis属の祖先に複数回起こったことが明らかとなり、BCAAが本属の初期進化とニiche形成に重要な役割を果たしたことが示された。
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抄録
Abstract
Many thermophiles that are abundant in high-temperature geothermal systems have never been cultivated and are poorly understood, including deeply branching Thermoproteota . Here, we describe the genome-guided cultivation of one such organism, Calditenuis ramacidaminiphagus , and show that it has evolved a heterotrophic metabolism focused on branched-chain amino acids (BCAAs). Initially, fluorescence in situ hybridization and nanoscale secondary ion mass spectrometry (FISH-nanoSIMS) showed that Cal. ramacidaminiphagus assimilated amino acids rapidly in casamino acid-amended enrichment cultures. Genome and metaproteome analyses showed a high abundance and expression of BCAA transporter genes, suggesting a BCAA-focused metabolism. This inference was supported by the subsequent enrichment of Cal. ramacidaminiphagus in BCAA-fed cultures, reaching 2.66×106 cells/mL and 48.7% of the community, whereas it was outcompeted when polar amino acids (PAAs) were included. Metabolic reconstruction and metaproteomics suggest that BCAAs are channeled into the mevalonate pathway for lipid biosynthesis and fuel ATP production through oxidative Stickland reactions and the TCA cycle, both coupled with aerobic respiration. Ancestral state reconstructions and phylogenetic analyses of 62 Caldarchaeales genomes revealed multiple horizontal transfers of BCAA transporters to the ancestor of the genus Calditenuis. Our study highlights the crucial role of BCAAs in the early evolution and niche of this genus, and suggests a high degree of resource partitioning even within low-diversity thermophilic communities.
DOI 10.21203/rs.3.rs-6038074/v1
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