| 研究課題/領域番号 |
21H02111
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分38020:応用微生物学関連
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| 研究機関 | 東京薬科大学 |
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研究代表者 |
高妻 篤史 東京薬科大学, 生命科学部, 助教 (20634471)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
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| キーワード | 微生物電気化学システム / 電気化学活性細菌 / バイオフィルム / Shewanella / 微生物電気化学 / 微生物電気合成 / 細胞外電子伝達 / 発現制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、微生物電気化学システムの効率向上において鍵となる電気化学活性バイオフィルム（EABF）の形成と活性を制御するための手法を確立することを目的とする。これまでに、申請者はEABのモデルであるShewanella oneidensis MR-1株において、EABFの制御に重要な細胞内シグナル物質（c-di-GMPおよびcAMP）を同定しているが、これらの物質が関与するシグナル伝達系は十分に解明されていない。そこで本研究では、MR-1株におけるc-di-GMPとcAMPのシグナル伝達系を同定し、EABFの制御機構を明らかにするとともに、これらのシグナルを利用してEABFの高機能化を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究は次世代の物質・エネルギー変換システムとして期待される微生物電気化学システム（bioelectrochemical systems; BES）に着目し、その効率向上において鍵となる電気化学活性バイオフィルム（electrochemically active biofilm; EABF）の形成と活性を制御するための知的・技術的基盤を確立することを目的とするものである。本研究の開始以前に、申請者は電気化学活性微生物（electrochemically active bacteria; EAB）のモデル生物であるShewanella oneidensis MR-1株において、EABFの制御に重要な細胞内シグナル物質（c-di-GMPおよびcAMP）を同定した。しかし、これらの物質が関与するシグナル伝達カスケードには不明な点が多い。そこで本研究では、MR-1株におけるc-di-GMPとcAMPのシグナル伝達カスケードを同定し、EABFの制御機構を明らかにするとともに、これらのシグナル伝達カスケードを利用してEABFを高機能化する手法の確立を目指している。
2022年度はMR-1株のEABF形成に関与するc-di-GMP合成酵素遺伝子（dgcS）の転写制御因子（転写因子X）を同定した。また、本転写因子の欠損によりMR-1株のEABF形成が阻害されることを確認した。dgcSは培地流動条件において高発現するため、上記の結果からMR-1株が培地流動（流水）に伴う環境変化を何らかの機構で感知し、転写因子Xを介してdgcSの発現を制御していることが示唆された。バクテリアが流水を感知する機構は十分に解明されていないため、今後の研究により転写因子Xが関与する流水感知機構が明らかになれば、微生物学上の重要な発見につながる可能性があると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初計画通りに研究が進展し、2022年度の達成目標であったdgcSの発現制御因子（転写因子X）を同定することができた。本因子はEABF形成の制御において重要な役割を果たすことから、上記の発見は本研究において開発を目指すEABF高機能化技術の開発につながる成果であるといえる。したがって、研究計画はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
おおむね当初計画の通りに研究を遂行していく予定である。
2023年度はMR-1株においてEABF形成に関与するシグナル伝達カスケードを同定するため、MR-1株の培地流動条件の感知に関与する因子（転写因子Xの上流因子）を探索する。また、前年度までの研究においてdgcSの過剰発現（c-di-GMPの合成促進）によってバイオフィルム形成や電流生成に関与する多くの遺伝子発現が活性化していることが明らかになっているため、2023年度はこれらの下流因子の制御機構についても解明を進める。さらに、本シグナル伝達系を利用してMR-1株の電流生成（アノードおよびカソード電流生成）を活性化させる方法を検討する。
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