| 研究課題/領域番号 |
24000010
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
橋本 和仁 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00172859)
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| 研究分担者 |
中村 龍平 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10447419)
中西 周次 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (40333447)
但馬 敬介 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90376484)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-29 – 2017-03-31
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| キーワード | 細胞外電子移動 / 代謝経路制御 / 微生物エネルギー変換 / 生体電子移動ダイナミクス / 電気化学的制御 / 微生物腐食 / 集団同期能現象 / 光合成細菌 |
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| 研究実績の概要 |
「研究課題１－細胞内電子伝達経路の電極電位制御」細胞膜外膜に電子伝達タンパク質シトクロム（OMC）を有するShewanella菌およびGeobacter菌において、その代謝活性が電気化学的に可逆制御可能であることを示した。また、この電極電位依存的代謝活性の詳細を調べるための網羅的代謝経路解析のプロトコルを完成させた。一方、OMCを有さない一般の微生物に電気化学培養法を適用するため、新しい生体親和型電子伝達ポリマーを開発した。この電子伝達ポリマーの使用により、光合成細菌の遺伝子発現様式が電気化学的に制御可能であることが示された。
「研究課題２－生体内電子移動のダイナミクスの追跡」直接電子移動能を有する鉄酸化菌の一種Acidithiobacillus ferrooxidansに対してCOを暴露し、光照射を行うことで還元電流の上昇を観測した。また、光電流の作用スペクトル解析よりCOがaa3複合タンパク質内のヘムに特異的に吸着し、プロトン駆動力の発生過程であるcyc2からrusを介したaa3複合タンパク質までの電子伝達が進行し、その活性を特異的かつ可逆的に光で制御可能であることを実証した。
「研究課題３－細胞間情報伝達による集団同期能現象」微生物代謝過程を活性化させるシグナル物質を効率よく取り出すため、培養法の最適化を行った。従来の電気化学セル上澄み液から採取する方法では構造決定を行うのに十分な量を取り出すのが難しい。そこで、電気化学セルを用いない大スケール且つ、簡易な培養条件を検討したところ、培養容器の形を工夫することで格段のスケールアップに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
電流生成菌の代謝活性・遺伝子発現様式、および鉄酸化菌A. ferrooxidansのaa3複合タンパク質活性を可逆的に電気化学摂動や光で制御する方法論を開拓した。また、生体親和型電子伝達ポリマーの合成に成功したことで、一般的な微生物に電気化学制御の方法論を使用できることが示された。これらの成果により、次の課題である微生物代謝利用の有価物質生産や、ATP合成に関与する電子移動・プロトン輸送のダイナミクス計測が可能となった。
また、集団同期現象を誘起するシグナル分子同定に関しては、同分子を採取するためにも系のスケールアップが最初の難関であったが、簡易な培養条件を発見することができた。これにより、今後のシグナル分子同定までの道が開けたと言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
電流生成菌の代謝活性・代謝経路・遺伝子発現様式の電気化学制御に関しては、これまでに確立してきた解析プロトコルをベースにその詳細を紐解いていく。また、鉄酸化菌の光制御技術を元に、ATP合成に関与する電子移動・プロトン輸送のダイナミクス計測を行う。さらに、こうしたモデル菌を用いた研究により得られる方法論を自然群集系へと展開していく。
一方、構造決定に向けたシグナル分子の量的問題は、本年度までにある程度解決出来たため、今後は分離条件の最適化を行う。
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