研究課題
既知の微生物生育は原則として細胞内外の化学物質の酸化還元反応を利用している。一方、近年、細胞外の電子移動による遠隔的酸化還元反応によって生育する微生物が報告されている。本研究提案では、この遠隔的酸化還元反応によって環境中に発生する電流を積極的に利用する『環境電流生態系』(Environmental Electric Ecosystem: E3)が存在するという作業仮説を立て、E3 の存在量とメカニズムを解明することを目的とする。・深海熱水環境からの試料・測定データの採取：深海熱水環境からの試料・測定データの採取を目的として沖縄トラフにおける潜航調査航海に参加し、深海底熱水環境試料（熱水、海水、堆積物、鉱物、生物等の試料）の採取を行なった。また電気化学センサーを深海に持ち込んで硫化水素に代表される無機硫黄化合物の動態と酸化還元電位（ORP）の測定を行ない、さらに他のセンサーで温度や溶存酸素濃度の測定も行なった。・深海熱水試料の解析：取得した深海底熱水環境試料のうち特に熱水噴出孔近傍で析出沈殿した硫化物鉱物に関して、鉱物組成を明らかにし、さらに電気特性を測定した。・疑似熱水系の構築：実験室に電気培養槽を構築した。アノード電極を熱水噴出孔（還元的）、カソード電極を海水（酸化的）に見立てた疑似熱水系を培養槽の中に構築した。この培養槽に深海底から採取した試料を添加し微生物の生育をモニタリングした。現在、微生物相の解析を進行中である。これらの解析の結果は、環境電流と微生物代謝の相互関係の解明につながり、地球上のバイオマス生産の未知メカニズムの解明に役立つと考えられる。
2: おおむね順調に進展している
以下の２点の理由から計画が少し妨げられたが、おおむね計画の通りに進行している。理由１：台風の影響で予定していた潜航調査航海の日程が大幅に縮小されたことで深海底熱水環境試料の取得量が予想より大分少なかった。理由２：東日本大震災の影響で電子部品の生産・流通が大幅に滞った結果、購入を予定していたポテンショスタットの納入が遅くなった。
熱水系における発電解析：熱水系での発電能力を評価する。すなわち、実験室に構築した疑似熱水環境において多様な条件を設定し発電効果を解析する。また実際の熱水環境を擬で実際に発電が起こるかを測定する。熱水系による炭酸固定解析：フェレドキシンのような電子運搬タンパク質の再還元を電気的に行うことに挑戦する。さらにそれに連続する炭酸固定反応を電気的に進行させられるかを、電気化学と酵素動力学を組み合わせて観察する。電気培養と微生物解析：電気培養槽で生育する微生物相の解析を行なう。また優占種の集積培養も試みる。可能であれば電極との電子授受を司る分子の特定も行なう。
深海熱水環境における電気特性を解析するための補助的な電子基板を新たに追加する。また解析用の電極等も新たに設計し作製する。酵素や機能タンパク質の動力学的解析と電気化学解析を組み合わせるためのセルを新たに作製する。電気培養を行なうための培養槽も追加で作製する。その他、必要な試薬と消耗品を購入する。
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すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件)
Appl. Environ. Microbiol.
巻: 78 ページ: 1311-1320
10.1128/AEM.06491-11
Front. Microbio.
巻: 192 ページ: 1-8
10.3389/fmicb.2011.00192
