導電性鉱物を介した電気共生型メタン生成の分子機構および実環境における寄与の解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H06191
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 加藤 創一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (30597787)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 微生物 / メタン生成 / 電気共生 / 導電性粒子 / 遺伝子発現解析

Outline of Annual Research Achievements

メタンは有機物分解菌とメタン生成アーキアとのエネルギー (電子) 伝達を介した共生により生成される。従来その電子伝達は、水素などの電子キャリア物質の拡散輸送によってのみ媒介されると考えられていた。申請者らは、新規かつ高効率な共生機構として、導電性鉄鉱物を流れる電流を介した微生物間電子伝達にもとづく電気共生型メタン生成を発見、提唱した。しかしその詳細な分子機構、および自然環境における寄与はいまだ不明である。本研究では、電気化学的・微生物学的手法により、メタン生成アーキアが導電性固体から電子を受け取る分子機構の解明を目指している。
本年度はまず電気共生型メタン生成を行うモデル共生系の構築を行った。電流産生菌としてGeobacter metallireducens、電流消費メタン生成菌としてMethanosarcina barkeriを使用し、エタノールを基質とした条件で導電性粒子の存在時に特異的にメタンを生成するモデル系を構築することに成功した。また比較となる水素共生型メタン生成のモデル系として、Desulfovibrio burgarisとMethanosarcina barkeriの共生系を確立した。それぞれのモデル共生系並びに純粋培養系についてDNA・RNA・タンパクの抽出法の検討を行った。得られたサンプルを使用しゲノムおよびトランスクリプトミクス解析を実施した。その結果、Methanosarcina barkeriが持ついくつかのレドックスタンパクが電気共生に寄与している可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

とくに酸化鉄等の導電性粒子を添加した条件で、溶存鉄イオンの影響からか抽出したRNAが分解されてしまうなど、トランスクリプトーム解析のサンプル調整が難航した。RNA抽出条件の検討により問題は解決したが、実験計画には多少の遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

トランスクリプトーム解析により電気共生への関与が示唆された遺伝子について、定量RT-PCR法などにより詳細な発現解析を行うことで候補の対象をさらに絞っていく。またモデル系に使用しているMethanosarcina barkeri以外のメタン生成菌のゲノムデータを調査し、類似のタンパクを有しているか、そのタンパクの有無と電気共生能の有無の相関を調査する。電気共生に寄与するタンパクの同定が完了し次第、そのタンパクに対するDegenerate Primerを作製し、環境サンプルや集積培養物を対象とした検出を実施し、環境中における電気共生型メタン生成の寄与を明らかにしていく。