2015 Fiscal Year Annual Research Report
導電性炭素分子パッケージング微生物触媒の複合体化・電子供受機構の解明
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26701010
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉田 奈央子 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10432220)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 微生物燃料電池 / 酸化グラフェン / Geobacter / ナノマテリアル / 炭素材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26度は、酸化グラフェン呼吸集積培養物ならびに集積培養物から得たジオバクターR4株を用い、還元GO複合体電極および微生物燃料電池のアノード素材として一般的に用いられるグラファイトフェルト（GF）を用いた定電圧培養試験により電流生産能を比較し、還元GO電極において、GFに比電流生産が長期間にわたって安定的に持続すること、GFと比べて、電気二重層容量が大きく、電荷移動抵抗も著しく小さいことが示してきた。本年度は、この電流生産が安定であることが何に起因するのかを調べるため、R4株をモデル微生物として、rGOまたはGF上で特に活発に転写される遺伝子をスクリーニングすること試みた。具体的には、豊橋技術科学大学広瀬侑助教との共同研究によりR4株の全ゲノムを決定した上で、GOおよびGF上で生育させたR4株を回収、RNAを抽出後、RNA-シーケンシングを行いゲノム中にある3000以上の遺伝子から、実際にrGOまたはGF電極生育条件で特異に働いている遺伝子をスクリーニングした。rGO上で有意に転写された遺伝子群は61遺伝子であり、多糖類合成関連遺伝子群や外膜上シトクロム等、電極との直接的な電子供受にかかわる遺伝子が含まれた。一方、GFで有意に転写された遺伝子群は、473遺伝子にのぼった。特に、化学走化性に関わる遺伝子、具体的には鞭毛や化学物質を感知するセンサータンパク質などが特徴的であった。これらの結果より、R4株がGF上で生育するには、rGO上で生育するのに比べてより多くの遺伝子発現が必要であると示唆された。言い換えれば、rGO電極はR4株が生育する上で遺伝子発現にかかるエネルギーコストを抑えられる電極であると言える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
２年目以降の研究計画として、ジオバクターR4株の全ゲノムDNA配列を決定し、トランスクリプトームならびにプロテオーム解析により、R4株のGO還元ならびに電流生産の安定性にかかわるタンパク質をin silicoスクリーニングすることを挙げていた。実績として、ゲノム配列を決定しトランスクリプトーム解析により、電流生産の安定性にバイオフィルム形成が寄与することを示したとともに、さらには重要と思わしきいくつかのタンパク質の候補が見つかった。これより、本研究は計画通りに進行していると自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ｒ4株においてGO還元電極上で有意に転写した遺伝子のうち特に転写量が多かった遺伝子に焦点を当て、これらが実際にタンパク質として発現しているのかプロテオーム解析によって明らかにする。さらに、これまでに観察された電流生産能の優位性やバイオマス増殖の切り替え等が、Ｒ4株に特異的に観察されるものか、一般的な電流生産微生物にも共通するものかを明らかにするため、複数の微生物から成る複合微生物群集や複数の分離株を用いて同様の現象が観察されるか試験する。
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| Causes of Carryover |
ゲノム配列決定ならびにトランスクリプトーム解析を民間企業への受託解析として行うのではなく、大学間の共同研究と実施したことにより経費が削減された。一方で、次年度に解析の結果で標的となるタンパク質の挙動を追跡するためのプロテオーム解析に経費が必要となったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究対象である酸化グラフェン還元電極上で有意に転写した遺伝子のうち特に転写量が多かった遺伝子に焦点を当て、これらが実際にタンパク質として発現しているのかを解析するプロテオーム解析費用に充てる。
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