微生物群集は、本来的には利己的な種・個体の集合体であるにもかかわらず、あたかも単一の生命体のように自己組織化し、一貫した構造・機能を高い再現性で形成する。こうした群集の形成と機能発現は、資源競争や代謝物の授受など、多様で複雑な種間相互作用が介在するプロセスである。そのため、相互作用の解明を切り口として微生物群集の理解を目指す研究が数多く行われてきた。しかし、種間相互作用は直接観測できる実体を持たず、その同定・定量化は容易ではない。このことが、群集の構造・機能を定量的に予測・説明する枠組みの確立を難しくしている。
　近年、複雑な自然群集に直接挑むのではなく、少数の微生物株を人為的に組み合わせた人工微生物群集（合成群集）を用いる研究が進展している。人工微生物群集は、未知・未培養種を含む自然生態系を、定義された既知の微生物のみで模擬したミニチュア生態系であり、構成種の追加・除去などの操作が容易である。したがって、種間相互作用が群集の形成や機能に及ぼす影響を、システマチックに検証できる。
　本発表では、水生植物ウキクサの共生微生物群集と、環境汚染物質の分解に関与する微生物群集を題材に構築した人工微生物群集を用いた最新の研究を紹介する。ここでは、実験系で観測可能な種間相互作用を網羅的に解析し、その情報から数理モデルを構築することで、「個」の微生物の振る舞いと相互関係が「全体」の構造・機能へと結びつく過程を定量的に記述した。さらに、得られた知見を足がかりとして、より複雑な実環境の微生物群集の構造・機能を予測的に理解するためのアプローチについて議論したい。