2016 Fiscal Year Research-status Report
化学・熱・電気エネルギー変換に依存した海底生命圏を支える電子移動論の開拓
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16K14815
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中村 龍平 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (10447419)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 克敏 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 瀬戸内海区水産研究所, 主任研究員 (80450782)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 共生 / 海洋生態系 / 電子移動 / 底生動物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、硫化鉄鉱物から構成される深海熱噴出孔が「化学・熱・電気エネルギーの変換場」として働くことを示した申請者らの研究に基づき、電気化学代謝計測を海洋微生物-底生動物複合系に適用し、異種生物の相互作用により生成する電流の計測、ならびに電位変調による代謝制御を行うことを目的としている。
平成28年度は、高濃度の硫化水素ならびに電気伝導性を有する硫化鉄の存在下でも生存可能な新規海洋底生動物（Oligochaeta）と共生微生物複合系から生成する代謝電流のリアルタイム計測と速度論解析について検討を進めてきた。具体的には、電気化学反応リアクター内にOligochaetaと硫酸還元菌が共存する硫化鉄堆積物環境を再構築し、微生物と動物双方から作り出される電流のリアルタイム計測を行った。その結果Oligochaetaと硫酸還元菌の共培養時においてのみ電位が時間と共に正に大きくシフトすることを見出した。一方で、Oligochaetaまたは微生物の何れかのみを含む系においては、電位の正方向へのシフトは観測されなかった。この結果は、Oligochaeta と硫酸還元菌の共生系が成立する環境では、それぞれが単独に存在する場合と比べて、代謝電流の生成機構に大きな違いがあることを示している。
引き続き、コットレル解析により代謝電流の速度論解析を行ったところ、共生が成立する系においては、代謝電流の生成が電気伝導性を有する硫化鉱物を介した電子移動律速反応になっていることが明らかとなった。一方で、Oligochaetaまたは微生物のみを含む系においては、代謝電流は硫化水素を介した物質拡散律速となった。これらの結果は、硫化鉱物の存在下でOligochaetaと微生物が共生系を構築することにより、従来の物質を介した相互作用に加えて、電流の介した電気共生ともいうべき新たな相互作用が存在することを示している。
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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
Oligochaetaと共生微生物複合系（硫酸還元菌が優占種である自然群集）から生成する代謝電流のリアルタイム計測と速度論解析に成功し、電流を介した動物/微生物間の相互作用に関する知見が得られたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29 年は、電流生成環境下における微生物ならびにOligochaeta の遺伝子発現解析に基づいた微生物菌叢構造ならびに代謝ネットワーク変動解析を行う。
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| Causes of Carryover |
代謝電流計測ならびに速度論解析が当初の計画以上に進展した。それに伴い、2年度目に実施を予定していた次世代シーケンサーを用いた菌叢構造ならびに代謝プロファイリング相関解析により重点を置くため、初年度購入を予定していた電気化学実験に関する消耗品の購入を抑えたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2年度目に実施を予定している次世代シーケンサーを用いた菌叢構造ならびに代謝プロファイリング相関解析により重点を置くため、必要な微生物学実験・消耗品の購入する。
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