2015 Fiscal Year Research-status Report

バイオマスから微生物発電における電子フローのメタゲノム解析

Research Project

Project/Area Number	15K07820
Research Institution	National Agriculture and Food Research Organization
Principal Investigator	横山浩国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門畜産環境研究領域, 主任研究員 (40391370)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords	メタゲノム / 発電細菌 / 微生物燃料電池 / 電子フロー
Outline of Annual Research Achievements	微生物燃料電池（MFC）は、食品残渣や都市下水など様々なバイオマスから発電（エネルギー回収）できる新しいバイオリアクターであり、環境にやさしい技術として注目されている。しかし、微生物が電気を発生させる分子メカニズムは、殆ど解明されていない。そこで本研究は微生物発電における電子フロー（有機物の酸化反応で生じる電子が電極へと流れていく経路）を比較メタゲノミクスにより解明することが目的である。本年度では、電極を電子受容体、活性汚泥を種汚泥（種菌）、そして酢酸を唯一の炭素・エネルギー源とした培地でMFC培養を行った。培地に酵母抽出液など他のエネルギー源やSO42-など電極以外の外部電子受容体を一切加えなかった。酢酸の発酵的分解を防ぐために、メタン生成阻害剤も培地に加えた。この条件でMFC培養した場合、電極しか電子受容体が存在しないために電極を最終的な電子受容体として利用する経路（発電、つまり電極呼吸）でしか微生物は酢酸を分解することができない。比較として、MFC培養とは別に試験管で酸化鉄を電子受容体として利用する嫌気培養も行った。これら２つの培養系は電子受容体以外の全ての条件・成分は同一とする。2ヶ月以上の集積培養の後、それぞれの培養系に含まれるゲノムDNA配列を抽出した。そのゲノムDNAから16S rRNA遺伝子のV4領域をPCRで増幅して、インデックッス配列をSecond PCRで付加した。その産物を次世代シーケンサー（イルミナのMiseq）で解読してDNA配列を決定した。現在、QIIMEでDNA配列を解析中である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason H27年度目標である２種類の電子受容体に対する集積培養が順調に完了できたため。
Strategy for Future Research Activity	16S rRNA遺伝子配列の解析ソフトであるQIIMEを使用して、２種類の培養系に含まれる菌叢を詳細に解析すて、電子フローを推測する。
Causes of Carryover	実験が順調に進行したので、実験失敗などによる消耗品の購入にかかる費用が低く収まったため。
Expenditure Plan for Carryover Budget	DNA解析に必要な試薬類の購入費用や実験補助員の賃金に使用する予定である。