メタボローム解析に基づくANAMMOXプロセスの高効率・安定化技術の創出

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11J04128
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 押木 守 北海道大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)
• Keywords: anammox / Brocadia sinica / プロテオーム

Research Abstract

本年度は"Candidatus Brocadia sinica"のプロテオーム解析のデータについて詳細な解析を行い、細胞内代謝マップの作成を行った。代謝マップ解析ではKEGG、Breda等のデータベースを用いて解析を行い、文献レビューを加えることで各代謝経路の成り立ちを考察した。主要な代謝経路として、嫌気性アンモニア酸化(anammox)、無機炭酸の固定に利用される還元的acetyl CoA経路、還元力生成のための亜硝酸酸化経路を同定することに成功した。特にanammox経路に関与するヒドラジン酸化酵素とヒドラジン合成酵素の発現量が"Ca. Brocadia sinica"の細胞内で極めて高く、主たるエネルギー生産経路となっていたことが明らかとなった。さらに、NrfAの発現がプロテオームから確認されており、これは"Ca. Brocadia sinica"が異化的硝酸還元を行っていた事を示唆する結果だった。"Ca. Brocadia sinica"による異化的硝酸還元を実証するため、細胞に硝酸とギ酸を添加し、嫌気的に培養し、亜硝酸とアンモニアの生成を同位体比分析で調査した。その結果、亜硝酸とアンモニアの生成を確認することができ、"Ca. Brocadia sinica"の新たな生理学的特性を明らかにすることに成功した。一方、興味深いことに亜硝酸還元を担う酵素がゲノム上からも見いだされなかった。そこで、亜硝酸還元酵素を同定すべくRadboud大学(オランダ)に留学し、タンパク質精製の研究に取り組んだ。細胞粗抽出液から亜硝酸還元活性を示すフラクションを確認し、段階的に精製することに成功した。一連の解析を通じて、"Ca. Brocadia sinica"の新たな生理学的特性を明らかにすることに成功したと言える。こうした解析の経過について論文誌において報告を行った。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Simple, rapid and effective preservation and reactivation of an anaerobic ammonium oxidizing bacterium "Candidatus Brocadia sinica" (2014)
  • Author(s): Ali, M., Osbiki, M. and Okabe, M.
  • Journal Title: Water research Volume: (受理済み)(未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological characterization of an anaetobic ammonium-oxidizing bacterium belonging to the "Candidatus Scalindua" group (2013)
  • Author(s): Awata, T., Oshiki, M., Kindaichi T., Ozaki, N., Ohashi, A. and Okabe, S.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 79 Pages: 4145-4148
  • DOI: 10.1128/AEM.00056-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nitrate-dependent ferrous iron oxidation by anaerobic ammonium oxidation (anammox) bacteria (2013)
  • Author(s): Oshiki, M., Ishii, S., Yoshida, K., Fujii, N., Ishiguro, M., Satoh, H. & Okabe, S.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 79 Pages: 4087-4093
  • DOI: 10.1128/AEM.00743-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cultivation of planktonic anaerobic ammonium oxidation ({anammox}) bacteria by using membrane bioreactor (2013)
  • Author(s): Oshiki, M., Awata, T., Kindaichi T., Satoh, H. and Okabe, S.
  • Journal Title: Microbes & Environments Volume: 28 Pages: 436-443
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME13077
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Source identification of nitrous oxide on autotrophic partial nitrification in a granular sludge reactor (2013)
  • Author(s): Rathnayake, R. M. L. D., Song, Y. J., Tumendelger, A., Oshiki, M., Ishii, S., Satoh, H., Toyoda, S., Yoshida, N. and Okabe, S.
  • Journal Title: Water research Volume: 47 Pages: 7078-7086
  • DOI: 10.1016/j.watres.2013.07.055
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ゲノミクス、プロテオミクス解析から読み解くアンモニア酸化(anammox)細菌"Ca. Scalindua japonica"の生活環 (2014)
  • Author(s): 押木 守、水戸 佳祐、木村 善一郎、金田一 智規、佐藤 久、岡部 聡
  • Organizer: 第8回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学(東京都世田谷区)
  • Year and Date: 20140307-09
• [Presentation] 嫌気性アンモニア酸化(anammox)細菌の代謝多様性と廃水処理への応用 (2013)
  • Author(s): 押木 守、佐藤 久、岡部 聡
  • Organizer: 第65回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場(広島県広島市)
  • Year and Date: 20130918-20
  • Invited
• [Presentation] Anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria ; an iron oxidizer from the phylum Planctomycetes (2013)
  • Author(s): Oshiki, M., Ishii, S., Yoshida, K., Ishiguro, M., Satoh, H. and Okabe, S.
  • Organizer: 3^<rd> International conference on nitrification
  • Place of Presentation: 中央大学(東京都中央区)
  • Year and Date: 20130902-05
• [Presentation] Nitrite reduction by anaerobic ammonium oxidation bacteria (2013)
  • Author(s): Oshiki Mamoru
  • Organizer: 平成25年度日本水環境学会北海道支部学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2013-09-06
  • Invited