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2021 Fiscal Year Annual Research Report

ハイスループット電気化学培養法による電気細菌の同時複数単離法の開発

Publicly Offered Research

Project AreaPost-Koch Ecology: The next-era microbial ecology that elucidates the super-terrestrial organism system
Project/Area Number 20H05590
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

岡本 章玄  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (70710325)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Keywords電気培養 / フローサイトメトリー / 細胞外電子移動 / ハイスループット電気化学 / 磁性ナノ粒子
Outline of Annual Research Achievements

電気細菌や発電細菌と呼ばれる細胞外固体と直接電子のやり取り「細胞外電子移動(Extracellular Electron Transport, EET)」を行い代謝する細菌が特に熱水噴出孔などの深海生態系において注目されており、電気培養によって未分離の細菌を集積・単離する試みが盛んに行われている。しかし、電気化学測定系の制約 から単離効率が極めて低いという長年の課題があった。本研究では、フローサイトメトリーによって1細菌に分離してから電極培養するハイスループット電気微生物培養法の開発を行なった。これまでに、環境サンプルから電極培養で環境中から電気細菌を単離することに成功したが、96ウェルプレート上で電流生成が観測されるウェル数が少ないという問題点があった。各ウェルの中央に配置されている電極上に細菌が到達しない場合に電気培養が進まないことが考えられたため、電気細菌表面に選択的に吸着する磁性ナノ粒子を開発した(特許出願済み)。ナノ粒子を用いることで、環境中の電気細菌が濃縮され高い電流生成が示されることを確認した。さらに、ナノ粒子が吸着した後にも細菌が電流生成を行うことが確認できたため、電極培養へ直接アプライできることが示された。今後は、磁性ナノ粒子を用いて電気細菌を濃縮した後に、電極上に磁力で誘導、電気培養を行うことで1細胞電極培養の成功率を高める予定である。加えて、単離した細菌株の新種提唱の論文と電気化学解析を行なった論文の2報を準備中である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (30 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 14 results) Patent(Industrial Property Rights) (11 results) (of which Overseas: 3 results)

  • [Journal Article] Current Production Capability of Drug-Resistant Pathogen Enables Its Rapid Label-Free Detection Applicable to Wastewater-Based Epidemiology2022

    • Author(s)
      Miran Waheed、Long Xizi、Huang Wenyuan、Okamoto Akihiro
    • Journal Title

      Microorganisms

      Volume: 10 Pages: 472~472

    • DOI

      10.3390/microorganisms10020472

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Novel Methanobacterium Strain Induces Severe Corrosion by Retrieving Electrons from Fe0 under a Freshwater Environment2022

    • Author(s)
      Hirano Shin-ichi、Ihara Sota、Wakai Satoshi、Dotsuta Yuma、Otani Kyohei、Kitagaki Toru、Ueno Fumiyoshi、Okamoto Akihiro
    • Journal Title

      Microorganisms

      Volume: 10 Pages: 270~270

    • DOI

      10.3390/microorganisms10020270

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Biogenesis of Outer Membrane Vesicles Concentrates the Unsaturated Fatty Acid of Phosphatidylinositol in Capnocytophaga ochracea2021

    • Author(s)
      Naradasu Divya、Miran Waheed、Sharma Shruti、Takenawa Satoshi、Soma Takamitsu、Nomura Nobuhiko、Toyofuku Masanori、Okamoto Akihiro
    • Journal Title

      Frontiers in Microbiology

      Volume: 12 Pages: 682685~682685

    • DOI

      10.3389/fmicb.2021.682685

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Outer membrane compositions enhance the rate of extracellular electron transport via cell-surface MtrC protein in Shewanella oneidensis MR-12021

    • Author(s)
      Long Xizi、Okamoto Akihiro
    • Journal Title

      Bioresource Technology

      Volume: 320 Pages: 124290~124290

    • DOI

      10.1016/j.biortech.2020.124290

  • [Presentation] 金属腐食菌と廃炉2022

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      極限微生物と福島廃炉に関するワークショップ(セミナー)
    • Invited
  • [Presentation] 電気微生物鉄腐食のバイオマーカー最前線2022

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      2021年度 第三回微生物腐食分科会議
    • Invited
  • [Presentation] Membrane vesicles produced by electrogenic bacteria2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      The Company of Biologists Workshop "Bacterial membrane vesicles: Biogenesis, functions and medical applications"
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電気細菌サイエンスの裾野を広げる電極培養の技術革新2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      第21回マリンバイオテクノロジー学会大会
    • Invited
  • [Presentation] 研究の独自性とは?2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      【JST/ACT-X】 「環境とバイオテクノロジー」領域 第2回領域会議
    • Invited
  • [Presentation] Outer membrane vesicle released from electrogenic pathogen2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      Virtual Pacifichem 2021: A Creative Vision for the Future
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 電気細菌の基礎と応用(環境・医療)をやる研究室2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      微生物生態学会第34回大会
    • Invited
  • [Presentation] Extracellular Electron Transport Mechanisms in Iron Corrosion Bacteria2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      MATERIALS RESEARCH MEETING 2021 (MRM2021)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 微量添加剤で加速する微生物電子移動プロセス2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      環境発電関連技術の最先端
    • Invited
  • [Presentation] Quick and low-cost Electrochemical Sensor Targeting the Activity of Specific Metabolism in Microbiome2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      Healthy Longevity Global Innovator Summit (Day1)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Extracellular electron transport mechanism in new electrogenic microbes: Iron corrosion bacteria and pathogen2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      SGM2021(the 2021 symposium on Geomicrobiology)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] レドックス膜小胞による電気細胞機能の伝播2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      第94回日本生化学大会
    • Invited
  • [Presentation] ナノモル濃度添加剤によって微生物発電の2桁加速が進む細胞外電子移動メカニズム2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Activation of microbial metabolism in periodontal pathogens by redox-active membrane vesicle2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      The 2021 IADR/AADR/CADR General Session
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electron uptake mechanism via iron sulfide nanoparticle in sulfate-reducing bacteria2021

    • Author(s)
      岡本 章玄
    • Organizer
      Electron uptake mechanism via iron sulfide nanoparticle in sulfate-reducing bacteria
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ウェルプレート密閉用の蓋、及び、ウェルプレートセット2022

    • Inventor(s)
      岡本 章玄
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2022/015082
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ゲノム解析方法2021

    • Inventor(s)
      岡本 章玄
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2021/045487
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] マルチウェルプレート、電気化学測定方法、測定装置、自動測定システム、及び、製造方法2021

    • Inventor(s)
      岡本 章玄、下川 航平
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2021-163257
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 膜小胞の検出方法、バイオマーカー配列の探索方法、膜小胞検出装置、バイオマーカー配列探索装置、プログラム、及び、コンピュータ2021

    • Inventor(s)
      岡本 章玄 、高野 壮太朗
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2021-151385
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ウィルス核酸の測定方法、ウィルス核酸測定装置、プログラム、センサ、積層電極、及び、電極付き基板2021

    • Inventor(s)
      岡本 章玄
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2021/031778
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 歯周病の体外診断方法、及び、Pg菌検出方法2021

    • Inventor(s)
      岡本 章玄、ミラン ワヒード
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2021-107163
  • [Patent(Industrial Property Rights)] マルチウェルプレート、ウェルプレートキット、及び、タンパク質の結晶化方法2021

    • Inventor(s)
      岡本 章玄
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2021-099814
  • [Patent(Industrial Property Rights)] インプラント周囲炎治療装置、及び、バイオフィルムの活性調整方法2021

    • Inventor(s)
      岡本 章玄、ナラダス ディビア
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2021-099813
  • [Patent(Industrial Property Rights)] バイオフィルムの活性調整方法2021

    • Inventor(s)
      岡本 章玄、ミラン ワヒード
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2021-099812
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 監視対象物の劣化診断方法2021

    • Inventor(s)
      トウ ギョウ、岡本 章玄
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2021-099811
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ウェルプレート密閉用の蓋、及び、ウェルプレートセット2021

    • Inventor(s)
      岡本 章玄
    • Industrial Property Rights Holder
      物質・材料研究機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2021-070816

URL: 

Published: 2022-12-28  

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