2013 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
24000010
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
橋本 和仁 東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (00172859)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 龍平 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)
中西 周次 東京大学, 大学院工学系研究科, 准教授 (40333447)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-05-29 – 2017-03-31
|
| Keywords | 細胞外電子移動 / 代謝経路制御 / 微生物エネルギー変換 / 生体電子移動ダイナミクス / 電気化学的制御 / 微生物腐食 / 集団同期能現象 / 光合成細菌 |
|---|
| Research Abstract |
研究課題1―細胞内電子伝達経路の電極電位制御
これまでに開発してきた生体親和型電子伝達ポリマーを用いて光合成細菌シアノバクテリアの代謝活性制御に挑戦した。その結果、このポリマー存在下において電気化学的周期摂動を与えることで、シアノバクテリアの概日時計が(一定照射光条件の下)制御可能であることが示された。
研究課題2―生体内電子移動のダイナミクスの追跡
光ならびに電位による生物代謝の制御について検討を進めてきた。光制御に関しては、光合成生物Euglenaが示す光に応答した運動性に着目し、細胞が照射波長に依存して鋭敏に運動の方向を変えること、さらに照射波長を適切に選択することにより細胞集団の濃縮が可能であることを明らかにした。また、CO軸配位子交換反応を用いることで、aa3複合タンパク質の活性を特異的かつ可逆的に光で制御可能であることを実証した。さらに電位制御に関しては、腐食環境より採取した硫酸還元菌に対して適切なパルス電位変調を付与することで代謝経路が変わり、その結果、細胞外電子移動によって誘起される腐食反応を抑制できることを見出した。
研究課題3―細胞間情報伝達による集団同期能現象
微生物代謝過程を活性化させるシグナル物質を他の微生物分泌物から単離するため、分離条件の検討を行った。目的とする物質は全くの未知分子であるため、親水疎水性カラムを用いてまず粗分離から行い、さらにリサイクルカラムよるピ-ク分離・精製を行った。その結果、単一物質に近い波形を有したシグナル物質を含むサンプルを得る事が出来た。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光合成細菌シアノバクテリア概日時計の電気化学制御は、生命周期の本質に迫る簡易で新しい方法論を提供した点で重要である。これは、生体親和型電子伝達ポリマーの開発と、これによる一般微生物の細胞外電子移動における電気化学制御により初めて達成された。また、光合成細菌に限らず、鉄酸化細菌、硫酸還元細菌が光または電位パルス刺激に対して応答性を示した結果についても、生体がもつ柔軟な外部刺激応答性のダイナミクスを検討するうえで重要な結果と言える。
電流生成菌の集団同期現象を探る研究に関しても、シグナル分子の分離条件の確立に成功したことは重要な成果である。これにより、今後のシグナル分子の同定、ひいては新しい細胞間情報伝達機構の解明にむけて、その技術的基盤を構築することができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、生体親和型電子伝達ポリマーの各種誘導体の合成に着手し、そのライブラリーを構築していく。より具体的には、様々な酸化還元電位を有するポリマーを合成し、細胞外電子移動の適用範囲を大きく広げ、研究を展開していく。また、鉄酸化細菌、硫酸還元細菌を用いた研究も引き続き展開する。光ならびに電位パルス刺激に対する生きた細菌の応答メカニズムを、代謝電流計測ならびに遺伝子発現解析によって解明していく。集団同期能機構解明については、未知なるシグナル分子の同定が極めて重要である。今後は、これまでに確立した大スケール培養・精製実験を行い、このシグナル分子の構造決定に取り掛かる。
|
