2016 Fiscal Year Annual Research Report
Fundamentals for innovative anaerobic digestion processes using electric syntrophy
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15H01753
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| Research Institution | Tokyo University of Pharmacy and Life Science |
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Principal Investigator |
渡辺 一哉 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (40393467)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 貴志 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (30390628)
上野 嘉之 鹿島建設株式会社(技術研究所), 地球環境・バイオグループ, 上席研究員 (60416724)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | バイオマス / バイオエネルギー / 微生物電気合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
導電性物質の添加により微生物間の還元力のやりとり（電気共生）を促進し、メタン発酵を高効率化する検討を行っている。今までに、ある種の活性炭微粒子を嫌気消化汚泥に添加することでメタン発酵の促進に成功している。そこで今年度は、その中で電気共生が起こっているかを解明する目的で、有機物の分解や代謝産物のやり取りに関与する微生物（電子を供与する発電菌と電子を受理する電気合成菌を含む）の解析を開始した。これにおいては、嫌気消化汚泥および汚泥に活性炭を添加したものからのDNA／RNAの抽出法を確立し、各種条件の汚泥の処理を行った。
一方、ある種の導電性カーボン微粒子を嫌気消化汚泥に添加すると、その中のメタン菌の活性が特異的に阻害され、メタン生成が抑制されるとと共に有機酸が蓄積する現象が発見された。純粋培養菌の解析から、この物質の添加がメタン菌を特異的に抑制することが確認された。これに関しては、阻害条件を特定し、メタン発酵抑制法としての活用を考えている。
さらに今年度の研究では、電気合成菌に着目し、その電子を受容するメカニズムや電気を使って物質を合成するメカニズムの解析を行った。その結果、ある種の電気合成菌が電気エネルギーを使って窒素を固定し、生育に利用していることを発見した。そこで、培養条件などを検討した結果、アンモニアを細胞外に分泌できることが明らかになった。これは、電気エネルギーを用いて空気中の窒素からアンモニアを合成する方法として注目される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画が順調に進行していることに加え、新たな課題として取り組んだ研究（電気合成菌を利用したアンモニア生産法の開発）において成果を得ることができた。この新しい成果は、今後大きく発展する可能性がある新規技術に関するものであり、特許の申請にも繋がった。よって、今年度の研究は当初の計画以上の進展と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
電気共生に関与する微生物の解析を継続し、メタゲノム／メタトランスクリプトーム解析により微生物種の同定を行うとともに、それらがもつ遺伝子の中で電気共生時に発現が上昇する遺伝子をリストアップする。これにより電子伝達経路を解明するとともに、これらの遺伝子が発現上昇する条件を見つけ出す。これにより、電気共生によるメタン発酵の促進技術の基盤を確立する。
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