メタボローム解析に基づくANAMMOXプロセスの高効率・安定化技術の創出

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11J04128
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 押木 守 北海道大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)
• キーワード: anammox / Brocadia sinica / プロテオーム

研究概要

本年度は"Candidatus Brocadia sinica"のプロテオーム解析のデータについて詳細な解析を行い、細胞内代謝マップの作成を行った。代謝マップ解析ではKEGG、Breda等のデータベースを用いて解析を行い、文献レビューを加えることで各代謝経路の成り立ちを考察した。主要な代謝経路として、嫌気性アンモニア酸化(anammox)、無機炭酸の固定に利用される還元的acetyl CoA経路、還元力生成のための亜硝酸酸化経路を同定することに成功した。特にanammox経路に関与するヒドラジン酸化酵素とヒドラジン合成酵素の発現量が"Ca. Brocadia sinica"の細胞内で極めて高く、主たるエネルギー生産経路となっていたことが明らかとなった。さらに、NrfAの発現がプロテオームから確認されており、これは"Ca. Brocadia sinica"が異化的硝酸還元を行っていた事を示唆する結果だった。"Ca. Brocadia sinica"による異化的硝酸還元を実証するため、細胞に硝酸とギ酸を添加し、嫌気的に培養し、亜硝酸とアンモニアの生成を同位体比分析で調査した。その結果、亜硝酸とアンモニアの生成を確認することができ、"Ca. Brocadia sinica"の新たな生理学的特性を明らかにすることに成功した。一方、興味深いことに亜硝酸還元を担う酵素がゲノム上からも見いだされなかった。そこで、亜硝酸還元酵素を同定すべくRadboud大学(オランダ)に留学し、タンパク質精製の研究に取り組んだ。細胞粗抽出液から亜硝酸還元活性を示すフラクションを確認し、段階的に精製することに成功した。一連の解析を通じて、"Ca. Brocadia sinica"の新たな生理学的特性を明らかにすることに成功したと言える。こうした解析の経過について論文誌において報告を行った。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Simple, rapid and effective preservation and reactivation of an anaerobic ammonium oxidizing bacterium "Candidatus Brocadia sinica" (2014)
  • 著者名/発表者名: Ali, M., Osbiki, M. and Okabe, M.
  • 雑誌名: Water research 巻: (受理済み)(未定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physiological characterization of an anaetobic ammonium-oxidizing bacterium belonging to the "Candidatus Scalindua" group (2013)
  • 著者名/発表者名: Awata, T., Oshiki, M., Kindaichi T., Ozaki, N., Ohashi, A. and Okabe, S.
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: 79 ページ: 4145-4148
  • DOI: 10.1128/AEM.00056-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrate-dependent ferrous iron oxidation by anaerobic ammonium oxidation (anammox) bacteria (2013)
  • 著者名/発表者名: Oshiki, M., Ishii, S., Yoshida, K., Fujii, N., Ishiguro, M., Satoh, H. & Okabe, S.
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: 79 ページ: 4087-4093
  • DOI: 10.1128/AEM.00743-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cultivation of planktonic anaerobic ammonium oxidation ({anammox}) bacteria by using membrane bioreactor (2013)
  • 著者名/発表者名: Oshiki, M., Awata, T., Kindaichi T., Satoh, H. and Okabe, S.
  • 雑誌名: Microbes & Environments 巻: 28 ページ: 436-443
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME13077
  • 査読あり
• [雑誌論文] Source identification of nitrous oxide on autotrophic partial nitrification in a granular sludge reactor (2013)
  • 著者名/発表者名: Rathnayake, R. M. L. D., Song, Y. J., Tumendelger, A., Oshiki, M., Ishii, S., Satoh, H., Toyoda, S., Yoshida, N. and Okabe, S.
  • 雑誌名: Water research 巻: 47 ページ: 7078-7086
  • DOI: 10.1016/j.watres.2013.07.055
  • 査読あり
• [学会発表] ゲノミクス、プロテオミクス解析から読み解くアンモニア酸化(anammox)細菌"Ca. Scalindua japonica"の生活環 (2014)
  • 著者名/発表者名: 押木 守、水戸 佳祐、木村 善一郎、金田一 智規、佐藤 久、岡部 聡
  • 学会等名: 第8回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学(東京都世田谷区)
  • 年月日: 20140307-09
• [学会発表] 嫌気性アンモニア酸化(anammox)細菌の代謝多様性と廃水処理への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 押木 守、佐藤 久、岡部 聡
  • 学会等名: 第65回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 広島国際会議場(広島県広島市)
  • 年月日: 20130918-20
  • 招待講演
• [学会発表] Anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria ; an iron oxidizer from the phylum Planctomycetes (2013)
  • 著者名/発表者名: Oshiki, M., Ishii, S., Yoshida, K., Ishiguro, M., Satoh, H. and Okabe, S.
  • 学会等名: 3^<rd> International conference on nitrification
  • 発表場所: 中央大学(東京都中央区)
  • 年月日: 20130902-05
• [学会発表] Nitrite reduction by anaerobic ammonium oxidation bacteria (2013)
  • 著者名/発表者名: Oshiki Mamoru
  • 学会等名: 平成25年度日本水環境学会北海道支部学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道札幌市)
  • 年月日: 2013-09-06
  • 招待講演