2021 Fiscal Year Annual Research Report
環境微生物の未知細胞外電子伝達系を介した固体腐植物質還元メカニズムの解明
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20K15431
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
笠井 拓哉 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (00833831)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 固体腐植物質 / 細胞外電子伝達 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒューミンとは、いかなるpHにも不溶な固体腐植物質である。ヒューミンは固体電子伝達物質として嫌気性のヒューミン酸化細菌へ電子供与し、脱窒や二酸化炭素固定など様々な生物学的還元反応を促進することが報告されており、ヒューミン酸化菌についてはよく研究されてきた。一方で、ヒューミンへ電子伝達するヒューミン還元細菌については、これまで研究が行われておらず、その詳細は不明である。
ヒューミンのような細胞外に存在する固体電子伝達物質を利用できる微生物は、導電性タンパク質を含む細胞外電子伝達（EET）経路を持つことが報告されている。一方で、ヒューミンを電子伝達物質として利用できる微生物には、既知のEET経路を持たない微生物も確認されており、ヒューミンとの電子授受には、未知の電子伝達機構を利用していることが示唆されているが、その詳細は不明である。本研究では、EET研究でモデル細菌のShewanella oneidensis MR-1株を使用して、ヒューミン還元機構を明らかにすることを目的とした。
MR-1株のEET欠損変異株を作製し、ヒューミン混合培地で電気化学培養を行ったところ、ヒューミンの添加量に依存して電流生成を示したことから、ヒューミンへの電子伝達には未知のEET経路を利用していることが示された。当初は、本変異株へランダム遺伝子変異を加えヒューミン還元遺伝子を特定する予定であり、そのスクリーニングシステムの開発も計画していたが、本システムの開発が非常に難航した。そこで、上記の解析と並行して、ヒューミン還元菌の集積培養によるヒューミン還元菌の同定及び特徴づけを行った。集積培養の結果、Firmicutes門やActinobacteria門を含む6門に属する細菌がヒューミン還元に関与している可能性が見出すことに成功した。これら見出した細菌は分子系統学的に偏りがなく、多様な細菌がヒューミン還元に関与できる可能性が示された。
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