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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

公募研究

研究領域超地球生命体を解き明かすポストコッホ機能生態学
研究課題/領域番号 20H05590
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

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)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワード電気培養 / 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 / シングルセルソーター / 電極培養 / ハイスループット
研究開始時の研究の概要

最近の研究で、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「Extracellular Electron Transport, EET」を行う細菌が特に熱水噴出孔などの深海生態系において豊富に存在する証拠が得られている。本研究では、深海生態系においてEET を行う細菌がどのくらいいるのか、と言った基本的な問いに答えるため、深海の海水から1細胞ずつ細菌を分けた後に電極上で培養・単離する実験をハイスループットに行う。

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 15件) 産業財産権 (11件) (うち外国 3件)

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

    • 著者名/発表者名
      Miran Waheed、Long Xizi、Huang Wenyuan、Okamoto Akihiro
    • 雑誌名

      Microorganisms

      巻: 10 号: 2 ページ: 472-472

    • DOI

      10.3390/microorganisms10020472

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Novel Methanobacterium Strain Induces Severe Corrosion by Retrieving Electrons from Fe0 under a Freshwater Environment2022

    • 著者名/発表者名
      Hirano Shin-ichi、Ihara Sota、Wakai Satoshi、Dotsuta Yuma、Otani Kyohei、Kitagaki Toru、Ueno Fumiyoshi、Okamoto Akihiro
    • 雑誌名

      Microorganisms

      巻: 10 号: 2 ページ: 270-270

    • DOI

      10.3390/microorganisms10020270

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Biogenesis of Outer Membrane Vesicles Concentrates the Unsaturated Fatty Acid of Phosphatidylinositol in Capnocytophaga ochracea2021

    • 著者名/発表者名
      Naradasu Divya、Miran Waheed、Sharma Shruti、Takenawa Satoshi、Soma Takamitsu、Nomura Nobuhiko、Toyofuku Masanori、Okamoto Akihiro
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 12 ページ: 682685-682685

    • DOI

      10.3389/fmicb.2021.682685

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Outer membrane compositions enhance the rate of extracellular electron transport via cell-surface MtrC protein in Shewanella oneidensis MR-12021

    • 著者名/発表者名
      Long Xizi、Okamoto Akihiro
    • 雑誌名

      Bioresource Technology

      巻: 320 ページ: 124290-124290

    • DOI

      10.1016/j.biortech.2020.124290

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 金属腐食菌と廃炉2022

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      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)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 電気微生物鉄腐食のバイオマーカー最前線2022

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      2021年度 第三回微生物腐食分科会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Membrane vesicles produced by electrogenic bacteria2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      The Company of Biologists Workshop "Bacterial membrane vesicles: Biogenesis, functions and medical applications"
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      第21回マリンバイオテクノロジー学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 研究の独自性とは?2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      【JST/ACT-X】 「環境とバイオテクノロジー」領域 第2回領域会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Outer membrane vesicle released from electrogenic pathogen2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      Virtual Pacifichem 2021: A Creative Vision for the Future
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電気細菌の基礎と応用(環境・医療)をやる研究室2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      微生物生態学会第34回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Extracellular Electron Transport Mechanisms in Iron Corrosion Bacteria2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      MATERIALS RESEARCH MEETING 2021 (MRM2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 微量添加剤で加速する微生物電子移動プロセス2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      環境発電関連技術の最先端
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quick and low-cost Electrochemical Sensor Targeting the Activity of Specific Metabolism in Microbiome2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      Healthy Longevity Global Innovator Summit (Day1)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Extracellular electron transport mechanism in new electrogenic microbes: Iron corrosion bacteria and pathogen2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      SGM2021(the 2021 symposium on Geomicrobiology)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] レドックス膜小胞による電気細胞機能の伝播2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      第94回日本生化学大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Activation of microbial metabolism in periodontal pathogens by redox-active membrane vesicle2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      The 2021 IADR/AADR/CADR General Session
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electron uptake mechanism via iron sulfide nanoparticle in sulfate-reducing bacteria2021

    • 著者名/発表者名
      岡本 章玄
    • 学会等名
      Electron uptake mechanism via iron sulfide nanoparticle in sulfate-reducing bacteria
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ハイスループット電極微生物培養は電気細菌の普遍性を示せるか?2020

    • 著者名/発表者名
      岡本章玄
    • 学会等名
      農芸化学会2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [産業財産権] 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

    • 発明者名
      岡本 章玄
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] ゲノム解析方法2021

    • 発明者名
      岡本 章玄
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 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

    • 発明者名
      岡本 章玄、下川 航平
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-163257
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 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

    • 発明者名
      岡本 章玄 、高野 壮太朗
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-151385
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 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

    • 発明者名
      岡本 章玄
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 歯周病の体外診断方法、及び、Pg菌検出方法2021

    • 発明者名
      岡本 章玄、ミラン ワヒード
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-107163
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 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

    • 発明者名
      岡本 章玄
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-099814
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 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

    • 発明者名
      岡本 章玄、ナラダス ディビア
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-099813
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] バイオフィルムの活性調整方法2021

    • 発明者名
      岡本 章玄、ミラン ワヒード
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-099812
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 監視対象物の劣化診断方法2021

    • 発明者名
      トウ ギョウ、岡本 章玄
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-099811
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 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

    • 発明者名
      岡本 章玄
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-070816
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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