| 研究実績の概要 |
本研究は環境調和型の物質生産プロセスとして微生物電気合成（microbial electrosynthesis; MES）に着目し、その効率向上において鍵となる電気化学活性細菌（electrochemically active bacteria; EAB）の活性を制御するための知的・技術基盤を確立することを目的とした。MESは電極からEABに電子を供給することによって還元的化合物の生成を促すプロセスであり、その物質生産効率はEABの電子受容能力（電気化学活性）と代謝活性に依存する。しかし、これらの活性は電極電位の変化や代謝産物の蓄積によって複雑に制御されるため、高活性状態を維持することが難しい。そこで本研究では、2種の代表的なEAB、Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270とShewanella oneidensis MR-1株において、遺伝子発現と代謝活性を電気化学的・遺伝子工学的に制御し、有用物質生産を促進させるための基盤技術を開発した。具体的には、（i）電極を用いた遺伝子制御システム（“電気遺伝学”）の開発（Hirose et al., 2019, Biotechnol Adv 37:107351）、（ii）AcidithiobacillusおよびShewanellaに適用可能なCRISPR/Cas9システムの開発（Suzuki et al., 2020, J Gen App Microbiol 66:41-45）、(iii) 細胞内シグナル分子（cAMPおよびc-di-GMP）を利用した電極上へのバイオフィルム形成と電流生成の促進技術の開発（Kasai et al., 2019, Bioelectrochemistry 129:100-105; Matsumoto et al., 2021, Appl Environ Mirobiol doi: 10.1128/AEM.00201-21; 特願2021-023828）、および（iv）有用物質（3-ヒドロキシ酪酸、アンモニア等）を合成可能な遺伝子改変EABの構築、を行った。
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