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物質・エネルギー変換を目的とした共生系バイオプロセスの構築

Research Project

Project/Area Number 11J09692
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biofunction/Bioprocess
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

西尾 晃一  東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2011 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords電気化学 / 細胞外電子伝達 / 生体親和性ポリマー / 代謝制御 / 光合成微生物 / 生体リズム / バイオプラスチック / 活性酸素 / 酸化ストレス / 微生物太陽電池 / 電流産生菌 / 微生物生態系 / 電気化学培養 / 電子メディエーター / 生体親和性 / 細胞膜透過性
Research Abstract

本プロジェクトでは、微生物が細胞外電子伝達を通じて外部と電気化学的に相互作用することで物質・エネルギー変換を行う共生系バイオプロセスを構築することを目的として研究を行っている。昨年度までは、生体親和型膜透過レドックスポリマー(PMF)を合成し、微生物から外部の電極へ細胞外電子伝達を起こすことに成功した。この成果は今年度、一流学術雑誌ChemPhysChemに掲載された。このPMFを用いて、バイオプラスチックの原料となるポリヒドロキシ酪酸(PHB)を生産する微生物の代謝を電気化学的に活性することを見出し、その成果は一流学術雑誌Environmental Science & Technology Lettersにおいて掲載された。さらに、関連の研究において、PMFを用いて光合成微生物の細胞内酸化還元状態を電気化学的に制御することによって、微生物の光合成活性を制御する概日リズムを電気化学的に制御できることが見出された。この成果は、一流学術雑誌Angewandte Chemie International Editionにおいて掲載された。
以上の昨年度までの成果は、微生物の細胞内酸化還元状態を、メディエ一ターを用いた細胞外電子移動によって外部から電気化学的に制御するものであった。本年度はこれをさらに発展させ、新規に合成したポリマーを介して、光合成微生物の細胞内酸化還元状態を細胞外の電極へと伝達し、光合成活性を制御する概日リズムを電気化学的に計測することに成功した。この計測方法は、従来の方法と比べて、遺伝子操作を伴わないこと、原理的にほぼ全ての生物に適用可能であること、といった利点がある。本研究の成果は論文発表する予定であり、現在原稿の執筆中である。
以上の成果は、細胞外電子移動を通じて、細胞外電子移動によって、細胞内酸化還元状態を通じた微生物一微生物間コミュニケーションを示唆するものである。これは全く新しい原理の微生物間相互作用であり、これに基づく共生系バイオプロセスが期待される。本プロジェクトの成果は、こうした細胞外電子伝達を通じた共生系バイオプロセスの基礎的知見を与えるものである。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2014 2013 2012 2011

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (14 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Regulation of the Cyanobacterial Circadian Clock by Electrochemically Controlled Extracellular Electron Transfer2014

    • Author(s)
      Yue Lu, Koichi Nishio, Shoichi Matsuda, Yuki Toshima, Hiroshi Ito, Tomohiro Konno, Kazuhiko Ishihara, Souichiro Kato, Kazuhito Hashimoto, and Shuji Nakanishishi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: VOL.53 Issue: 8 Pages: 2208-2211

    • DOI

      10.1002/anie.201309560

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Extracellular Electron Transfer across Bacterial Cell Membranes via a Cytocompatible Redox-Active Polymer2013

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Ryuhei Nakamura, Xiaojie Lin, Tomohiro Konno, Kazuhiko Ishihara, Shuji Nakanishi, and Kazuhito Hashimoto
    • Journal Title

      Chem Phys Chem

      Volume: VOL.14 Issue: 10 Pages: 2156-2163

    • DOI

      10.1002/cphc.201300117

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Extracellular Electron Transfer Enhances Polyhydroxybutyrate Productivity in Ralstonia eutropha2013

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Yuki Kimoto, Jieun Song, Tomohiro Konno, Kazuhiko Ishihara, Souichiro Kato, Kazuhito Hashimoto, and Shuji Nakanishi
    • Journal Title

      Environmental Science & Technology Letters

      Volume: VOL.1 Issue: 1 Pages: 40-43

    • DOI

      10.1021/ez400085b

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Light/electricity conversion by defined cocultures of Chlamydomonas and Geobacter2013

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Kazuhito Hashimoto and Kazuya Watanabe
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 115 Issue: 4 Pages: 412-417

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2012.10.015

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Digestion of Algal Biomass for Electricity Generation in Microbial Fuel Cells2013

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Kazuhito Hashimoto and Kazuya Watanabe
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 77 Issue: 3 Pages: 670-672

    • DOI

      10.1271/bbb.120833

    • NAID

      10031164796

    • ISSN
      0916-8451, 1347-6947
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Extracellular Electron Transfer across Bacterial Cell Membranes via a Cytocompatible Redox-Active Polymer2013

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Ryuhei Nakamura, Xiaojie Lin, Tomohiro Konno, Kazuhiko Ishihara, Shuji Nakanishi, and Kazuhito
    • Journal Title

      ChemPhysChem

      Volume: (in-press)

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The effect of the encapsulation of bacteria in redox phospholipid polymer hydrogels on electron transfer efficiency in living cell-based devices2012

    • Author(s)
      Xiaojie Lin, Koichi Nihio, Tomohiro Konno and Kazuhiko
    • Journal Title

      Biomaterials

      Volume: 33 Issue: 33 Pages: 8221-8227

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2012.08.035

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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 生細胞概日時計の電気化学的な制御と計測2014

    • Author(s)
      TUNANUNKUL Pornpitra, 西尾晃一, 加藤創一郎, 中西周次, 橋本和仁
    • Organizer
      電気化学会第81回大会
    • Place of Presentation
      関西大学千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2014-03-31
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 電気化学培養によるRalstonia eutrophaのポリヒドロキシ酪酸生産性の向上2013

    • Author(s)
      西尾晃一, 木元裕紀, 加藤創一郎, 中西周次, 橋本和仁
    • Organizer
      第64回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2013-09-18
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Activation of Polyhydroxybutyrate Productivity in Ralstonia eutropha by Electrochemical Cultivation2013

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Yuki Kimoto, Souichiro Kato, Shuji Nakanishi, and Kazuhito Hashimoto
    • Organizer
      4th International Microbial Fuel Cell Conference
    • Place of Presentation
      Cairns Convention Centre(オーストラリア、ケアンズ)
    • Year and Date
      2013-09-02
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 電気化学的手法を用いたラルストニア菌のバイオプラスチック生産性向上2013

    • Author(s)
      西尾晃一、木元裕紀、加藤創一郎、中西周次、橋本和仁
    • Organizer
      電気化学会第80回大会
    • Place of Presentation
      東北大学、宮城
    • Year and Date
      2013-03-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 生体親和型・酸化還元活性ポリマーによる微生物細胞-電極間の電子輸送2012

    • Author(s)
      西尾晃一、中村龍平、中西周次、Lin Xiaojie、金野智浩、石原一彦
    • Organizer
      第64回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場、兵庫
    • Year and Date
      2012-10-24
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Electron Transfer between Cytoplasm and Electrode via Redox-Active Phospholipid Polymer2012

    • Author(s)
      K. Nishio, R. Nakamura, S. Nakanishi, X. Lin, T. Konno, K. Ishihara and K. Hahimoto
    • Organizer
      PRiME2012
    • Place of Presentation
      Honolulu, USA
    • Year and Date
      2012-10-08
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Membrane-Permeable Phospholipid Polymer Shuttling Electrons between Cytoplasm and Electrode2012

    • Author(s)
      K. Nishio, R. Nakamura, S. Nakanishi, X. Lin, T. Konno, K. Ishihara and K. Hahimoto
    • Organizer
      IUMRS-ICEM2012
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、神奈川
    • Year and Date
      2012-09-25
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞膜透過性を有する生体親和型レドックスポリマーを用いた微生物-電極間の電子輸送2012

    • Author(s)
      西尾晃一、中村龍平、中西周次、Lin Xiaojie、金野智浩、石原一彦、橋本和仁
    • Organizer
      電気化学会関東支部主催「夏の学校」
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス、東京
    • Year and Date
      2012-07-31
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] モデル共生系を用いた微生物太陽電池2012

    • Author(s)
      西尾晃一、渡邉一哉、橋本和仁
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      神奈川、慶応義塾大学
    • Year and Date
      2012-03-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Microbial Solar Cells Using Symbiotic Microbial Communities2012

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Kazuya Watanabe, Kazuhito Hashimoto
    • Organizer
      4th HOPE Meeting
    • Place of Presentation
      茨城、つくば国際会議場
    • Year and Date
      2012-03-08
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] モデル共生系を用いた微生物太陽電池2011

    • Author(s)
      西尾晃一、渡邉一哉、橋本和仁
    • Organizer
      第1回CSJ化学フェスタ
    • Place of Presentation
      東京、早稲田大学
    • Year and Date
      2011-11-14
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] モデル共生系を用いた微生物太陽電池2011

    • Author(s)
      西尾晃一、渡邉一哉、橋本和仁
    • Organizer
      2011年電気化学秋季大会
    • Place of Presentation
      新潟、朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2011-09-10
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Identifying Factors Affecting Power Conversion Efficiencies of Symbiotic Microbial Solar Cells2011

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Kazuya Watanabe, Kazuhito Hashimoto
    • Organizer
      3rd International MFC Conference
    • Place of Presentation
      オランダ、レーワルデン
    • Year and Date
      2011-06-07
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Light/Electricity Conversion by a Defined Mixed Culture of Chlamydomonas and Geobacter2011

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Kazuya Watanabe, Kazuhito Hashimoto
    • Organizer
      ASM2011 General Meeting
    • Place of Presentation
      アメリカ、ニューオリンズ
    • Year and Date
      2011-05-23
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Book] Microbial Biofilms : Current Research and Applications "Chapter 10 Energy from slimp? Power from microbial fuel Cells."2011

    • Author(s)
      Koichi Nishio, Atsuchi Kouzuma, Souichiro Kato, Kazuya
    • Total Pages
      18
    • Publisher
      Caister Academic Press
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Book] バイオ電池の最新動向"第8章5.微生物型太陽電池"2011

    • Author(s)
      西尾晃一、橋本和仁
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] エネルギー貯蔵物質製造装置2011

    • Inventor(s)
      橋本和仁、中西周次、西尾晃一、木元裕紀
    • Industrial Property Rights Holder
      科学技術振興機構、バナソニック
    • Filing Date
      2011-12-08
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

URL: 

Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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