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微生物が引き起こす酸化鉄の電位変動と代謝への影響

Research Project

Project/Area Number 16J09656
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Green/Environmental chemistry
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

山田 哲也  東京工業大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords脱窒 / Pseudomonas stutzeri / 細胞外電子移動 / 酸化鉄 / シトクロム / 一酸化窒素 / Raman / 同位体効果 / シュードモナス / ラマン / 代謝制御
Outline of Annual Research Achievements

微生物代謝と鉱物などの固体物質の持つ電位の関係を調べる研究を進めた。その中で注目した微生物は脱窒菌という一種の土壌細菌であり、鉄酸化物を酸化することが知られているがそのメカニズムに関しては明らかにされていなかった。脱窒菌の重要性は硝酸イオンなどの固定窒素をN2OやN2に還元し大気へ放出することであり、正常な窒素循環を保つ上で重要な役割を担っている。そこで、脱窒菌と酸化鉄との間で起こる電子のやり取りを電気化学的に計測することで脱窒菌の代謝をモニタリングし、人為的に電子授受を調整することで脱窒菌の代謝をコントロールしようとした。
本研究で得られた成果は脱窒菌(Pseudomonas stutzeri)をITO電極上で酸化鉄を含む培地で培養し脱窒菌が出す電流を計測したこと、そして、脱窒反応を電極電位により制御したことが挙げられる。さらには微生物の代謝電流を計測する手法を応用し、地球科学的に重要な数値である速度論的同位体効果の検出に成功している。また、脱窒反応の電子の流れを調べるためにRaman、ESRといった分光学的手法を生細胞に適用し、細胞全体で起こる電子授受及び分子の挙動を調べた。そして、電子伝達系において重要な役割を果たしているシトクロムのスピン状態及び電子状態を観察することに成功し、低スピン状態のシトクロムが電子授受に関わっている可能性が高いことを示した。更に、脱窒過程で発生する一酸化窒素の中間体としてニトロシルヘムやジニトロシルジチオラト鉄錯体が形成されることを示した。一酸化窒素はシグナル分子として知られ生化学的に重要な役割を果たしている。
以上より脱窒菌と物質との電子のやり取りを調整することで代謝を制御しただけでなく、地球化学的に重要な速度論的同位体効果の検出、および、生化学的に重要なNO挙動解析等を行い幅広い分野に波及する成果を得ている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Anodic and Cathodic Extracellular Electron Transfer by the Filamentous Bacterium Ardenticatena maritima 110S2018

    • Author(s)
      Kawaichi Satoshi、Yamada Tetsuya、Umezawa Akio、McGlynn Shawn E.、Suzuki Takehiro、Dohmae Naoshi、Yoshida Takashi、Sako Yoshihiko、Matsushita Nobuhiro、Hashimoto Kazuhito、Nakamura Ryuhei
    • Journal Title

      Frontiers in Microbiology

      Volume: 9 Pages: 68-68

    • DOI

      10.3389/fmicb.2018.00068

    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Extracellular Electron Transfer of <i>Pseudomonas stutzeri</i> Driven by Lithotrophic and Mixotrophic Denitrification2016

    • Author(s)
      Tetsuya Yamada, Satoshi Kawaichi, Akihisa Matsuyama, Minoru Yoshida, Nobuhiro Matsushita, Ryuhei Nakamura
    • Journal Title

      Electrochemistry

      Volume: 84 Issue: 5 Pages: 312-314

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.84.312

    • NAID

      130005150425

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Bioenergetics and electron pathway of nitrate-dependent iron oxidizer Pseudomonas stutzeri2017

    • Author(s)
      Tetsuya Yamada
    • Organizer
      Gordon research conference
    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 脱窒菌が引き起こす代謝電流による同位体効果 の計測2017

    • Author(s)
      山田 哲也
    • Organizer
      第 69 回日本生物工学会大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Denitrification Triggered by Extracellular Electron Transfer2016

    • Author(s)
      Tetsuya Yamada
    • Organizer
      Goldschmidt
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pseudomonas stutzeri による細胞 外電子移動と脱窒反応2016

    • Author(s)
      山田 哲也
    • Organizer
      電気化学会
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞外電子移動による脱窒菌の代謝 制御2016

    • Author(s)
      山田 哲也
    • Organizer
      2016 年光化学討論会
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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