Structural analysis of peculiar organic materials produced by marine bacteria: Mechanism for microbial conversion of CO2 in the seawater to organic materials

• Project/Area Number: 26820389
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Naval and maritime engineering
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: MAKITA Hiroko 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 深海・地殻内生物圏研究分野, 技術副主任 (40553219)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2016: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 鉄酸化細菌 / CO2固定 / 有機物生産 / 海洋環境

Outline of Final Research Achievements

This research aims to investigate the possibility of substance production utilizing carbon dioxide in the seawater independent of photosynthesis, and to construct a circulation system to remove CO2 from the environment using microbial functions. In order to achieve the purpose, it is necessary to establish a new mass-culturing method of chemotrophic bacteria and to evaluate the usefulness of extracellular organic materials they produce.
In this study, we succeeded in developing a mass-culturing method of marine iron oxidizing bacteria using CO2 in the seawater as the carbon source for their growth. Moreover, we succeeded in isolating a number of new iron-oxidizing bacteria using this method, as well as in clarifying the composition and structure of extracellular organic materials they produce. Through the present research, we obtained crucial knowledge required for the development of a system to produce organic materials from CO2 in the seawater by microbial activity.

Research Products

• [Journal Article] Mariprofundus micogutta sp. nov., a novel iron-oxidizing zetaproteobacterium isolated from a deep-sea hydrothermal field at the Bayonnaise knoll of the Izu-Ogasawara arc, and a description of Mariprofundales ord. nov. and Zetaproteobacteria classis nov. (2017)
  • Author(s): Makita H, Tanaka E, Mitsunobu S, Miyazaki M, Nunoura T, Uematsu K, Takaki Y, Nishi S, Shimamura S, Takai K.
  • Journal Title: Archives of Microbiology Volume: 199(2) Issue: 2 Pages: 335-346
  • DOI: 10.1007/s00203-016-1307-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Endemicity of the cosmopolitan mesophilic chemolithoautotroph Sulfurimonas at deep-sea hydrothermal vents (2017)
  • Author(s): Sayaka Mino
  • Journal Title: ISME J Volume: 11 Issue: 4 Pages: 909-919
  • DOI: 10.1038/ismej.2016.178
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparative Analysis of Microbial Communities in Iron-Dominated Flocculent Mats in Deep Sea Hydrothermal Environments (2016)
  • Author(s): Makita, H., Kikuchi, S., Mitsunobu, S., Takaki, Y., Yamanaka, T., Toki, T., Noguchi, T., Nakamura, K., Abe, M., Hirai, M., Yamamoto, M., Uematsu, K., Miyazaki, J., Nunoura, T., Takahashi, Y., and Takai, K.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 82 Issue: 19 Pages: 5741-5755
  • DOI: 10.1128/aem.01151-16
  • NAID: 120006383301
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Limited reduction of ferrihydrite encrusted by goethite in freshwater sediment (2016)
  • Author(s): S Kikuchi, H Makita, U Konno, F Shiraishi, A Ijiri, K Takai, M Maeda, Y Takahashi
  • Journal Title: Geobiology Volume: 14 Issue: 4 Pages: 276-292
  • DOI: 10.1111/gbi.12181
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 茶色い沈殿物は面白い. (2016)
  • Author(s): 牧田寛子
  • Journal Title: 生物工学会誌 Volume: 94(6) Pages: 343-343
  • Open Access
• [Journal Article] Direct Detection of Fe(II) in Extracellular Polymeric Substances (EPS) at the Mineral-Microbe Interface in Bacterial Pyrite Leaching (2016)
  • Author(s): Mitsunobu S., Zhu M., Takeichi Y., Ohigashi T., Suga H., Jinno M., Makita H., Sakata M., Ono K., Mase K., Takahashi Y.
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 31 Issue: 1 Pages: 63-69
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME15137
  • NAID: 130005138797
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thalassobius abyssi sp. nov., a marine bacterium isolated from the cold-seep sediment. (2016)
  • Author(s): Nogi Y., Mori K., Makita H., Hatada Y.
  • Journal Title: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology Volume: 66 Issue: 2 Pages: 574-579
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.000758
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nanoscale Identification of Extracellular Organic Substances at the Microbe Mineral Interface by Scanning Transmission X-ray Microscopy (2015)
  • Author(s): Mitsunobu, S ; Zhu, M ; Takeichi, Y ; Ohigashi, T ; Suga, H ; Makita, H ; Sakata, M ; Ono, K ; Mase, K ; Takahashi, Y
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 44 Issue: 1 Pages: 91-93
  • DOI: 10.1246/cl.140880
  • NAID: 130004701548
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of Biogenic Iron Oxides Collected from the Newly Designed Liquid Culture Method using Diffusion Chambers (2014)
  • Author(s): S. Kikuchi, H. Makita, K. Takai, N. Yamaguchi, and Y. Takahashi
  • Journal Title: Geobiology Volume: 12 Issue: 2 Pages: 133-145
  • DOI: 10.1111/gbi.12073
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Microorganisms Involved in the Formation of Iron-Dominated Flocculent Mats in Deep-Sea Hydrothermal Environments (2017)
  • Author(s): Makita H., Kikuchi S., Mitsunobu S., Tanaka E., Takaki Y., Yamanaka T., Toki T., Noguchi T, Nakamura K., Abe M., Hirai M., Yamamoto M, Uematsu K., Miyazaki J., Nunoura T., Takahashi Y and Takai K.
  • Organizer: 4th International Geoscience Symposium “Precambrian World 2017”
  • Place of Presentation: Nishijin Plaza, Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 2017-03-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 深海環境における鉄鉱物利用微生物の解明 (2016)
  • Author(s): 鈴木優美、牧田寛子、関野優也、田中英美子、光延聖、大橋優莉
  • Organizer: 第17回極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台キャンパス、東京都、町田市
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] 深海環境における鉄鉱物利用生態系の解明 (2016)
  • Author(s): 鈴木優美、牧田寛子、関野優也、田中英美子、光延聖、大橋優莉
  • Organizer: 日本化学会秋季事業 第6回CSJ化学フェスタ2016
  • Place of Presentation: タワーホール船堀、東京都、江戸川区
  • Year and Date: 2016-11-16
• [Presentation] 深海熱水活動域での酸化鉄皮膜形成に関わる微生物 (2016)
  • Author(s): 牧田寛子、田中英美子、菊池早希子、光延聖、鈴木優美、関野優也、大橋優莉、高井研
  • Organizer: 日本微生物生態学会第31回横須賀大会
  • Place of Presentation: 横須賀市文化会館、神奈川県、横須賀市
  • Year and Date: 2016-10-23
• [Presentation] 深海底での微生物現場培養実験から紐解く鉄を基盤とした海底下微生物圏：放射光源X線分析法を駆使した微生物による地殻内エネルギー獲得戦略の解明 (2016)
  • Author(s): 大橋優莉、光延聖、坂田昌弘、鈴木優美、牧田寛子、野崎達生、川口慎介
  • Organizer: 日本微生物生態学会第31回横須賀大会
  • Place of Presentation: 横須賀市文化会館、神奈川県、横須賀市
  • Year and Date: 2016-10-23
• [Presentation] 現場培養による深海性鉄利用微生物の解明 (2016)
  • Author(s): 鈴木優美、牧田寛子、関野優也、田中英美子、光延聖、大橋優莉
  • Organizer: 日本微生物生態学会第31回横須賀大会
  • Place of Presentation: 横須賀市文化会館、神奈川県、横須賀市
  • Year and Date: 2016-10-23
• [Presentation] 深海環境における微生物生態系の解明 (2016)
  • Author(s): 鈴木優美、牧田寛子、光延聖、大橋優莉
  • Organizer: 第3回海水・生活・化学連携シンポジウム
  • Place of Presentation: 日本大学工学部、福島県、郡山市
  • Year and Date: 2016-10-13
• [Presentation] Limited Reduction of Ferrihydrite Encrusted by Goethite in Freshwater Sediment. (2016)
  • Author(s): Kikuchi S., Makita H., Konno U., Shiraishi F., Ijiri A., Takai K., Takahashi Y.
  • Organizer: Goldschmidt 2016
  • Place of Presentation: Pacifico Yokohama, Kanagawa, Japan
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 深海底熱水活動域に生息する化学合成独立栄養細菌の集団遺伝学：遺伝的多様性と分布パターンの解明 (2015)
  • Author(s): 美野 さやか, 中川 聡, 牧田 寛子, 宮崎 淳一, 加藤 真悟, 和辻 智郎, 井町 寛之, 布浦 拓郎, Sievert Stefan, Godfroy Anne, 高井 研
  • Organizer: 日本微生物生態学会第30回大会(JSME2015)
  • Place of Presentation: 土浦市亀城プラザ, 茨城県土浦市
  • Year and Date: 2015-10-19
• [Presentation] 深海環境でのパイライト利用微生物群の解明 (2015)
  • Author(s): 鈴木 優美, 牧田 寛子, 関野 優也, 田中 英美子, 光延 聖, 大橋 優莉, 高村 岳樹, 高井 研
  • Organizer: 日本微生物生態学会第30回大会(JSME2015)
  • Place of Presentation: 土浦市亀城プラザ, 茨城県土浦市
  • Year and Date: 2015-10-18
• [Presentation] 海洋環境での酸化鉄被膜形成に関わる微生物 (2015)
  • Author(s): 牧田 寛子, 田中 英美子, 布浦 拓郎, 平井 美穂, 鈴木 優美, 関野 優也, 菊池 早希子, 光延 聖, 高橋 嘉夫, 高井 研
  • Organizer: 日本地球化学会第62回年会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学, 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] 深海底での微生物現場培養実験から紐解く鉄を基盤とした海底下微生物圏： 放射光源X線分析法を駆使した微生物による地殻内エネルギー獲得戦略の解明 (2015)
  • Author(s): 大橋 優莉, 光延 聖, 坂田 昌弘, 鈴木 優美, 牧田 寛子, 野崎 達生, 川口 慎介
  • Organizer: 日本地球化学会第62回年会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学, 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] 深海環境でのパイライト利用微生物群の解明 (2015)
  • Author(s): 鈴木 優美, 牧田 寛子, 関野 優也, 田中 英美子, 光延 聖, 大橋 優莉, 高村 岳樹, 高井 研
  • Organizer: 日本地球化学会第62回年会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学, 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] 大学での学びと社会・仕事の関係性 (2015)
  • Author(s): 牧田 寛子
  • Organizer: 神奈川工科大学主催 第8回 キャリア設計「企業人の講義を通して、学びと仕事の関係性を理解する」
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学, 神奈川県厚木市
  • Year and Date: 2015-06-05
  • Invited
• [Presentation] 海の底の生態系 (2015)
  • Author(s): 牧田 寛子
  • Organizer: 第4回KAITサイエンスカフェ
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学、神奈川県厚木市
  • Year and Date: 2015-01-14
  • Invited
• [Presentation] 深海底熱水活動域に存在する酸化鉄被膜地帯での微生物調査 (2014)
  • Author(s): 牧田 寛子, 布浦 拓郎, 平井 美穂, 高木 善弘, 菊池 早希子, 光延 聖, 土岐 知弘, 山中 寿朗, 宮崎 淳一, 中村 謙太郎, 高橋 嘉夫, 高井 研
  • Organizer: 2014年度日本地球化学会第61回年会
  • Place of Presentation: 富山大学、富山県富山市
  • Year and Date: 2014-09-16
• [Presentation] 微生物生成水酸化鉄の堆積物中で起きる鉄および炭素の生物地球化学的循環 (2014)
  • Author(s): 菊池 早希子、牧田 寛子、今野 祐多、白石 史人、高井 研、高橋 嘉夫
  • Organizer: 2014年度日本地球化学会第61回年会
  • Place of Presentation: 富山大学、富山県富山市
  • Year and Date: 2014-09-16
• [Presentation] Biogeochemical cycles of iron and carbon in biogenic iron-rich sediment (2014)
  • Author(s): KIKUCHI S., MAKITA H., KONNO U., SHIRAISHI F., TAKAI K., TAKAHASHI Y.
  • Organizer: 15th International Symposium on Microbial Ecology (15th ISME)
  • Place of Presentation: Coex Convention Center, Seoul, South-Korea
  • Year and Date: 2014-08-26
• [Presentation] Biosignature found in iron oxide mineralogy of iron-oxidizing microbe origin? (2014)
  • Author(s): MAKITA H., KIKUCHI S., NUNOURA T., MITSUNOBU S., HIRAI M., TAKAKI Y., YAMANAKA T., TOKI T., NAKAMURA K., ABE M., MIYAZAKI J., NOGUCHI T., WATANABE H., TAKAHASHI Y., TAKAI K.
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2014年大会 (JpGU2014)
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2014-04-30
• [Presentation] 微生物活動により生じた水酸化鉄の堆積後に起こる鉄および炭素の循環 (2014)
  • Author(s): 菊池 早希子、牧田 寛子、今野 祐多、白石 史人、高井 研、高橋 嘉夫
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2014年大会 (JpGU2014)
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2014-04-30
• [Book] Subseafloor Biosphere Linked to Hydrothermal Systems: TAIGA CONCEPT (2015)
  • Author(s): Yamanaka T., Nagashio H., Nishio R., Kondo K., Noguchi T., Okamura K., Nunoura T., Makita H., Nakamura K., Watanabe H., Inoue K., Toki T, Iguchi K., Tsunogai U., Nakada R., Ohshima S., Toyoda S., Kawai J., Yoshida N., Ijiri A., Sunamura M.
  • Publisher: Springer
• [Remarks] JAMSTEC > 基幹研究領域 > 深海・地殻内生物圏研究分野 > メンバー > 牧田寛子
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/sugar/j/members/personal/HirokoMakita.html
• [Remarks] 国立研究開発法人 海洋研究開発機構 深海・地殻内生物圏研究分野ホームページ
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/sugar/j/
• [Remarks] 国立研究開発法人 海洋研究開発機構 深海・地殻内生物圏研究分野 メンバー紹介ページ/Makita
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/sugar/j/members/personal/HirokoMakita.html
• [Remarks] 国立研究開発法人 海洋研究開発機構 深海・地殻内生物圏研究分野 メンバー紹介ページ／Makita
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/sugar/j/members/personal/HirokoMakita.html