地圏における環境浄化微生物の活性を担う電子伝達性固体腐植物質の生成消失過程

• 研究課題/領域番号: 26281040
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境モデリング・保全修復技術
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 片山 新太 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60185808)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円); 2016年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2015年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2014年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: 腐植物質 / 細胞外電子伝達 / 脱塩素菌 / 固体腐植ヒューミン / 金属－腐植酸複合体 / ペンタクロロフェノール / 嫌気性脱塩素反応 / 細胞外電子伝達系 / 脱ハロゲン呼吸 / 固体腐植 / 硝酸還元呼吸 / 腐植生成消失 / 細胞外電子伝達物質 / 固体腐植物質 / メラノイジン反応 / 金属ー腐植酸複合体 / ペンタクロロフェノール脱塩素活性 / 嫌気性微生物 / 還元的脱塩素反応 / 硝酸還元 / 電気培養 / 機能解析 / 反応中心解析 / 腐植化

研究成果の概要

環境中における長い半減期から、腐植物質が生物学的な機能を持つとは考えられていなかったが、細胞外電子伝達物質として機能することが報告された。本研究は、この腐植物質の細胞外電子伝達物質としての機能の自然環境下での生成消失を解明することを目的とした。電子伝達能力のアッセイ系として固体腐植ヒューミン依存性ペンタクロロフェノール脱塩素菌を用い、一部の微生物の凍結乾燥菌体が細胞外電子伝達物質として機能すること、また可溶性腐植物質と金属イオンの反応物が細胞外電子伝達物質として機能することを明らかにした。このことは、自然環境下で細胞外電子伝達物質の増減が起こることを示唆した。

研究成果

• [国際共同研究] ハルピン工科大学/浙江大学(中国)
• [国際共同研究] 中国地質大学/哈爾浜工業大学/浙江大学(中国)
• [雑誌論文] Biofilm anode involved Geobacter in microbial fuel cell for phenol degradation (2017)
  • 著者名/発表者名: Dongdong Zhang, Zhiling Li, Chunfang Zhang, Xue Zhou, Zhixing Xiao, Takanori Awata, Arata Katayama
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 123 号: 3 ページ: 364-369
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2016.10.010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced denitrification of Pseudomonas stutzeri by a bioelectrochemical system assisted with solid-phase humin (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhixing Xiao, Takanori Awata, Dongdong Zhang, Chunfang Zhang, Zhiling Li, and Arata Katayama
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 122 号: 1 ページ: 85-91
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2015.11.004
  • NAID: 40020885930
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Denitrification of Pseudomonas stutzeri coupled with CO2 reduction by Sporomusa ovata with hydrogen as electron donor assisted with solid-phase humin (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhixing Xiao, Takanori Awata, Dongdong Zhang, and Arata Katayama
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 122 号: 3 ページ: 307-313
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2016.02.002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spatial Abundance and Distribution of Potential Microbes and Functional Genes Associated with Anaerobic Mineralization of Pentachlorophenol in a Cylindrical Reactor (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhiling Li, Jun Nan, Cong Huang, Bin Liang, Wenzong Liu, Haoyi Cheng, Chunfang Zhang, Dongdong Zhang, Deyong Kong, Kyoko Kanamaru, Tetsuo Kobayashi, Aijie Wang, and Arata Katayama
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 6 号: 1 ページ: 19015-19015
  • DOI: 10.1038/srep19015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Polyphasic characterization of an anaerobic hexachlorobenzene-dechlorinating microbial consortium with a wide dechlorination spectrum for chlorobenzenes (2015)
  • 著者名/発表者名: Xue Zhou, Chunfang Zhang, Dongdong Zhang, Takanori Awata, Zhixing Xiao, Qi Yang, Arata Katayama
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 120 号: 1 ページ: 62-68
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2014.11.023
  • NAID: 110009973287
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temporal distributions of functional microbes and putative genes associated with halogenated phenol anaerobic dehalogenation and further mineralization (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhiling Li, Jun Nan, Jiaqi Yang, Xiao Jin, Arata Katayama, Aijie Wang
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 5 号: 108 ページ: 89157-89163
  • DOI: 10.1039/c5ra16815e
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of humins from different natural sources and the effect on microbial reductive dechlorination of pentachlorophenol (2015)
  • 著者名/発表者名: Chunfang Zhang, Dongdong Zhang, Zhixing Xiao, Zhiling Li, Daisuke Suzuki, Arata Katayama
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 131 ページ: 110-116
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2015.02.043
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of multiple microbial reduction reactions with different redox potentials in a consortium by solid-phase humin as a redox mediator (2014)
  • 著者名/発表者名: 99.Dongdong Zhang, Chunfang Zhang, Zhixing Xiao, Daisuke Suzuki, Arata Katayama
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 119 号: 2 ページ: 188-194
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2014.07.010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Design of artificial anaerobic microbial community for bioremediation (2016)
  • 著者名/発表者名: Arata Katayama
  • 学会等名: the 2nd International Conference on Systems & Synthetic Biology
  • 発表場所: London, UK
  • 年月日: 2016-08-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electron Transfer assisted by solid-phase electron mediator (humin) in bioelectrochemical system for enhancing anaerobic bioremediation (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Zhang, Z. Xiao, T. Awata, A. Katayama
  • 学会等名: Second International symposium on Advanced Water Science and Technology (ISAWST-2)
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2016-02-15
  • 国際学会
• [学会発表] Solid-phase humin: A “new” natural material with redox mediating property for the anaerobic biotransformation of pollutants (2016)
  • 著者名/発表者名: Z. Xiao, D. Zhang, C. Zhang, T. Awata, A. Katayama
  • 学会等名: Second International symposium on Advanced Water Science and Technology (ISAWST-2)
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2016-02-15
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of Different Microbial Reduction Reactions by Humin as a Versatile Electron donor (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Zhang, C. Zhang, Z. Xiao, D. Suzuki, A. Katayama
  • 学会等名: International Symposium on EcoTopia Science 2015 - Innovation for Smart Sustainable Society -
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of humin as solid-phase electron mediator (2015)
  • 著者名/発表者名: Arata Katayama, Chunfang Zhang
  • 学会等名: International Symposium on EcoTopia Science 2015 - Innovation for Smart Sustainable Society -
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] The Development of the Environmental Depollution Electrochemical Device using a Microbial Electrode (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyata, K. Kanda, T. Awata, A. Katayama
  • 学会等名: International Symposium on EcoTopia Science 2015 - Innovation for Smart Sustainable Society -
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] Biofilm anode involving Geobacter for phenol degradation and electricity production (2015)
  • 著者名/発表者名: Dongdong Zhang, Zhiling Li, Chunfang Zhang, Xue Zhou, Zhixing Xiao, Takanori Awata, Arata Katayama
  • 学会等名: The 5th International Meeting on Microbial Electrochemistry and Technologies
  • 発表場所: Arizona State University, Tempe, Arizona, USA
  • 年月日: 2015-10-01
  • 国際学会
• [学会発表] Humin-assisted bioelectrochemical system for the enhanced denitrification of Pseudomonas stutzeri (JCM20778) (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhixing Xiao, Awata Takanori, Dongdong Zhang,Chunfang Zhang, Zhiling Li, and Arata Katayama
  • 学会等名: The 5th International Meeting on Microbial Electrochemistry and Technologies
  • 発表場所: Arizona State University, Tempe, Arizona, USA
  • 年月日: 2015-10-01
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of anaerobic microbial dehalogenation by extracellular electron transfer (2014)
  • 著者名/発表者名: rata Katayama, Chunfang Zhang, Dongdong Zhang, Zhixing Xiao, & Takanori Awata
  • 学会等名: World Green Energy & Resources Congress 2014
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2014-11-01 – 2014-11-03
  • 招待講演
• [学会発表] Electrochemically-mediated microbial dehalogenation of halogenated aromatics (2014)
  • 著者名/発表者名: ongdong Zhang, Cunfang Zhang, Zhixing Xiao, Daisuke Suzuki, and Arata Katayama
  • 学会等名: The 11th International Symposium on Persistent Toxic Substances
  • 発表場所: City University of Hong Kong, Hong Kong
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞外電子伝達として機能する固体腐植ヒューミンによる嫌気脱ハロゲン微生物の活性化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 章春芳、張冬冬、肖智興、鈴木大典、粟田貴宣、片山新太
  • 学会等名: 環境微生物系合同大会
  • 発表場所: 浜松アクトシティコングレスセンター、浜松
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-24
• [学会発表] Anaerobic bioremediation technology for halogenated aromatic compounds using multiple microbial communities in combination (2014)
  • 著者名/発表者名: Arata Katayama
  • 学会等名: SETAC Asia 2014
  • 発表場所: Adelaide, South Australia
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-17
• [学会発表] Solid-phase humin-assisted microbial dehalogenation of aromatic compounds under anaerobic conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Arata Katayama, Chunfang Zhang
  • 学会等名: 13th IUPAC International Congress of Pesticide Chemistry
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-14
• [学会発表] Humin based bio-electrochemical system for nitrate reduction using pure culture of Pseudomonas stutzeri and Shewanella CN32 (2014)
  • 著者名/発表者名: Xhixing XIAO, Dongdong ZHANG, Chunfang ZHANG, Daisuke SUZUKI, and Arata KATAYAMA
  • 学会等名: Water and Environment Technology Conference
  • 発表場所: TWIns, Waseda University
  • 年月日: 2014-06-28 – 2014-06-30
• [備考] 片山新太研究室「微生物による環境修復と資源化」
  • URL: http://www.er.imass.nagoya-u.ac.jp/AKLab_J/