微生物鉄腐食を加速する可溶性レドックス分子のデータ駆動型研究
| Project/Area Number |
23K23532
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| Project/Area Number (Other) |
22H02265 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
岡本 章玄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, グループリーダー (70710325)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今村 岳 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 主任研究員 (60715754)
Deng Xiao 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 主任研究員 (90903740)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 微生物鉄腐食 / 加速試験 / レドックス分子 / 細胞外電子移動 / 硫酸還元菌 / ベイズ最適化 / 硫酸還元細菌 / レドックスミディエーター / ハイスループット電気化学測定 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、バイオ鉄腐食の速度論的理解・制御を通して、バイオ腐食細菌の加速試験開発へとつなげる。申請者らが独自に開発したハイスループット電気化学測定系にデータ駆動科学(ベイズ最適化)の手法を組み合わせることで、硫酸還元菌によ るEEUを大幅加速する電子ミディエーターの分子構造を網羅的に探索・特定する。さらに、EEUや腐食が加速される機構を解明、その普遍性を環境中細菌群集等を用いて検証、バイオ鉄腐食の制御を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
硫酸還元菌は、鉄パイプライン等の嫌気環境で鉄腐食を引き起こし、甚大な経済損失と事故を引き起こしている。暗所や視認困難な場所で起きる嫌気バイオ腐食を防ぐためには現場の採水試料を用いた加速試験法の開発が鍵となる。申請者らはこれまでに、電気化学と分子生物学手法を用いて硫酸還元菌が固体から電子を直接引き抜く「Extracellular Electron Uptake (EEU)」が鉄腐食速度と高い相関性を示すことを明らかにした。本研究では、EEUに基づくバイオ鉄腐食の速度論的理解・制御を通して、バイオ腐食細菌の加速試験開発へとつなげる。申請者らが独自に開発したハイスループット電気化学測定系にデータ駆動科学（ベイズ最適化）の手法を組み合わせることで、硫酸還元菌によるEEUを大幅加速する電子ミディエーターの分子構造を網羅的に探索・特定する。本年度は、保有分子のデータを取得し、ベイズ最適化を適用することで、電流値を大幅に加速する小分子を購入可能な分子群から特定するパイプラインを構築した。モデル細菌において、電流値を大幅に増大する分子群を比較したところ、レドックス電位のみならず膜透過性が重要な鍵であることが初めて見出された。また、このパイプラインを用いてSRBのEEU速度に影響を与える小分子を特定する実験を進めている。最も高い特性を示した分子に対して、今後、鉄腐食速度を確認し、有意な加速が可能か検証する。今年度、２報の論文を投稿しており、現在２報の論文を準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画していた方法論の確立は、モデル細菌を使ってうまく進んでいる。さらに、SRBを用いた検討も進めており、問題なく研究が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画した通り、SRBによる鉄腐食速度を大幅に加速される小分子の探索・特定を行い、その分子を用いた腐食機構の研究、並びに細菌叢への影響を確認する。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
