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2016 年度 実績報告書

電気共生を利用した革新的嫌気消化プロセスに関する基盤研究

研究課題

研究課題/領域番号 15H01753
研究機関東京薬科大学

研究代表者

渡辺 一哉  東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (40393467)

研究分担者 阿部 貴志  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (30390628)
上野 嘉之  鹿島建設株式会社(技術研究所), 地球環境・バイオグループ, 上席研究員 (60416724)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワードバイオマス / バイオエネルギー / 微生物電気合成
研究実績の概要

導電性物質の添加により微生物間の還元力のやりとり(電気共生)を促進し、メタン発酵を高効率化する検討を行っている。今までに、ある種の活性炭微粒子を嫌気消化汚泥に添加することでメタン発酵の促進に成功している。そこで今年度は、その中で電気共生が起こっているかを解明する目的で、有機物の分解や代謝産物のやり取りに関与する微生物(電子を供与する発電菌と電子を受理する電気合成菌を含む)の解析を開始した。これにおいては、嫌気消化汚泥および汚泥に活性炭を添加したものからのDNA/RNAの抽出法を確立し、各種条件の汚泥の処理を行った。
一方、ある種の導電性カーボン微粒子を嫌気消化汚泥に添加すると、その中のメタン菌の活性が特異的に阻害され、メタン生成が抑制されるとと共に有機酸が蓄積する現象が発見された。純粋培養菌の解析から、この物質の添加がメタン菌を特異的に抑制することが確認された。これに関しては、阻害条件を特定し、メタン発酵抑制法としての活用を考えている。
さらに今年度の研究では、電気合成菌に着目し、その電子を受容するメカニズムや電気を使って物質を合成するメカニズムの解析を行った。その結果、ある種の電気合成菌が電気エネルギーを使って窒素を固定し、生育に利用していることを発見した。そこで、培養条件などを検討した結果、アンモニアを細胞外に分泌できることが明らかになった。これは、電気エネルギーを用いて空気中の窒素からアンモニアを合成する方法として注目される。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画が順調に進行していることに加え、新たな課題として取り組んだ研究(電気合成菌を利用したアンモニア生産法の開発)において成果を得ることができた。この新しい成果は、今後大きく発展する可能性がある新規技術に関するものであり、特許の申請にも繋がった。よって、今年度の研究は当初の計画以上の進展と考えられる。

今後の研究の推進方策

電気共生に関与する微生物の解析を継続し、メタゲノム/メタトランスクリプトーム解析により微生物種の同定を行うとともに、それらがもつ遺伝子の中で電気共生時に発現が上昇する遺伝子をリストアップする。これにより電子伝達経路を解明するとともに、これらの遺伝子が発現上昇する条件を見つけ出す。これにより、電気共生によるメタン発酵の促進技術の基盤を確立する。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Non-autotrophic methanogens dominate in thermophilic anaerobic digesters2017

    • 著者名/発表者名
      Kouzuma A, Tsutsumi M, Ishii S, Ueno Y, Abe T, Watanabe K
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 1510

    • DOI

      10.1038/s41598-017-01752-x

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electricity generation from rice bran in microbial fuel cells2016

    • 著者名/発表者名
      Takahashi S, Miyahara M, Kouzuma A, Watanabe K
    • 雑誌名

      Bioresources and Bioprocessing

      巻: 3 ページ: 50

    • DOI

      10.1186/s40643-016-0129-1

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Acidithiobacillus ferrooxidansにおける窒素固定制御転写因子NifAの機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      山田祥平、高妻篤史、渡邉一哉
    • 学会等名
      日本農芸化学会 2017年度大会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] 微生物電気化学法による空気中の窒素からのアンモニアの生産2017

    • 著者名/発表者名
      滝沢宏次、高妻篤史、渡邉一哉
    • 学会等名
      日本農芸化学会 2017年度大会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] 導電性カーボンナノ粒子カーボンブラックがメタン発酵に与える影響の解析2017

    • 著者名/発表者名
      藤縄和輝、高妻篤史、渡邉一哉
    • 学会等名
      日本農芸化学会 2017年度大会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [産業財産権] 微生物を用いたアンモニア製造法2017

    • 発明者名
      渡邉一哉、高妻篤史、滝沢宏次、山田祥平
    • 権利者名
      渡邉一哉、高妻篤史、滝沢宏次、山田祥平
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017- 33404
    • 出願年月日
      2017-02-24

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公開日: 2018-01-16  

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