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2015 年度 実施状況報告書

嫌気性アンモニア酸化(anammox)は温暖化ガス亜酸化窒素を生成するか

研究課題

研究課題/領域番号 26450105
研究機関崇城大学

研究代表者

藤井 隆夫  崇城大学, 生物生命学部, 教授 (80165331)

研究分担者 西山 孝  崇城大学, 生物生命学部, 准教授 (00425331)
平 大輔  崇城大学, 生物生命学部, 准教授 (00569890)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード嫌気性アンモニア酸化 / anammox / ヘムタンパク質 / ヒドラジン合成 / 温暖化ガス生成 / 一酸化二窒素生成 / ヒドラジン合成酵素 / NaxLS
研究実績の概要

嫌気性アンモニア酸化(anammox)が温暖化ガスの亜酸化窒素(N2O)を生成しない生化学反応であることを明らかにするため、平成26年度の実験結果の確認および残された課題に取り組んだ。いずれもanammox菌KSU-1株の細胞内酵素について実験を行った。1.ヒドラジン合成酵素系(ヒドラジン合成酵素-NaxLS複合酵素系)によるヒドラジン合成では、基質の一酸化窒素(NO)の還元に伴うN2Oの生成はほとんど起こらないことを確認した。2.新たにヒドロキシルアモン酸化還元酵素(HAO)の触媒反応についてN2O生成の有無を調べた。この反応では、NOを還元しヒドロキシルアミン(NH2OH)を生成する。この反応でもN2Oの生成はほとんど認められなかった。3.しかし、本菌特有の酵素である銅型亜硝酸還元酵素(CuNIR)について、還元剤にNH2OHを使った場合に亜硝酸の還元により、本来NOが生成するが、ほぼ化学量論的にN2Oが生成することが分かった。生理的な還元剤(未同定)がNH2OHではないことが明らかではあるが、反応中間体としてNH2OHがある程度の濃度で存在する可能性があり、来年度に詳細な検討が必要なことが分かった。4.ヒドラジン合成酵素-NaxLS複合酵素系の立体構造を明らかにするため、結晶化を試み、良質な結晶の作成条件を見出した。この結晶を使って、X線回折実験を行い、ほぼその構造を知ることができるようになってきた。

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

anammoxによる温暖化ガスN2O生成の有無について、当初計画した素生化学反応について、ほぼ実験は終了しN2Oの生成は起こらないことが分かった。しかし、予想していなかったCuNIRによる亜硝酸の還元で、NH2OHを還元剤に使った場合に、N2Oの生成が起こることを見いだした。来年度にかけ、その詳細を調べる必要が生じた。
ヒドラジン合成酵素-NaxLS複合酵素系の立体構造解析については、ほぼ順調に推移し、現在、立体構造の精密化に取り組んでいる。早晩、立体構造の全貌が明らかになる。

今後の研究の推進方策

1. CuNIRの触媒反応によるN2O生成の詳細、とくにNH2OHではなく還元剤を生理的なものに近づけた場合、あるいは両者を共存させた場合にN2O生成がどのように変化するか明らかにする。2. ヒドラジン合成酵素-NaxLS複合体の立体構造を解明し、未知の生化学反応であるNOとアンモニアからのヒドラジン合成がN2O生成を伴わず進行する構造的要因を明らかにする。3. 以上を総合し、anammoxは本質的に温暖化ガスが生成しないことを明らかにする。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件)

  • [学会発表] アナモックス菌の銅型亜硝酸還元酵素の立体構造解析とシトクロムcとの電子伝達反応2016

    • 著者名/発表者名
      松村光紗、北村 龍史、平 大輔、藤井 隆夫
    • 学会等名
      日本農芸化学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-03-27 – 2016-03-30
  • [学会発表] アナモックス菌のヘムタンパク質発現系構築2016

    • 著者名/発表者名
      平大輔、古川憲治、藤井隆夫
    • 学会等名
      日本農芸化学会大会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-03-27 – 2016-03-30
  • [学会発表] anammox汚泥を利用した人工ヒドラジン排水の処理2015

    • 著者名/発表者名
      廣岡琢也、宮副雅士、西山孝、古川憲治、藤井隆夫
    • 学会等名
      第22回日本生物工学会九州支部大会
    • 発表場所
      宮崎大学(宮崎県宮崎市)
    • 年月日
      2015-12-05
  • [学会発表] anammox菌の銅型亜硝酸還元酵素の構造と機能2015

    • 著者名/発表者名
      平大輔、藤井隆夫、古川憲治
    • 学会等名
      第38回日本生化学会大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-12-01 – 2015-12-04
  • [学会発表] anammox菌KSU-1株由来の2種類のモノヘムシトクロムcの構造と機能2015

    • 著者名/発表者名
      Takao Fujii, Daisuke Hira, Teruya Nakamura, Yuriko Yamagata, Kenji Furukawa
    • 学会等名
      日本生物工学会大会
    • 発表場所
      鹿児島城山ホテル(鹿児島県鹿児島市)
    • 年月日
      2015-10-27
  • [学会発表] anammox菌のヒドラジン合成酵素の X線結晶構造解析2015

    • 著者名/発表者名
      北村龍史、平大輔、中村照也 、山縣ゆり子、古川憲治、藤井隆夫
    • 学会等名
      第43回日本農芸化学会西日本中国合同支部大会
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2015-09-18
  • [学会発表] anammox菌の銅型亜硝酸還元酵素の立体構造解析2015

    • 著者名/発表者名
      平大輔、古川憲治、藤井隆夫
    • 学会等名
      第43回日本農芸化学会西日本中国合同支部大会
    • 発表場所
      愛媛大学(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2015-09-18
  • [学会発表] Identification and characterization of two c-type cytochromes from anammox bacterium strain KSU-12015

    • 著者名/発表者名
      Takao Fujii, Daisuke Hira, Kenji Furukawa
    • 学会等名
      Third International Anammox Symposium 2015
    • 発表場所
      CBEAD, 大連(中国)
    • 年月日
      2015-08-08 – 2015-08-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure and function of copper-containing nitrite reductase and its electron donor protein from the anammox bactrium KSU-12015

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Hira, Misa Matsumura, Takao Fujii,Kenji Furukawa
    • 学会等名
      Third International Anammox Symposium 2015
    • 発表場所
      CBEAD, 大連(中国)
    • 年月日
      2015-08-08 – 2015-08-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of anammox sludge to hydrazine removal2015

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nishiyama, Kenji Furukawa, Takao Fujii
    • 学会等名
      Third International Anammox Symposium 2015
    • 発表場所
      CBEAD, 大連(中国)
    • 年月日
      2015-08-08 – 2015-08-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Potable water treatment of groundwater in Vietnam by a single stage anmmonium removal using anammox process2015

    • 著者名/発表者名
      Yoko Fujikawa, Phan Do Huang, Daisuke Hira, Takao Fujii, Hiroaki Ozaki, Kenji Furukawa
    • 学会等名
      Third International Anammox Symposium 2015
    • 発表場所
      CBEAD, 大連(中国)
    • 年月日
      2015-08-08 – 2015-08-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of SNAP process for underground brine treatment2015

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Kaiho, Nobuyuki Yokota, Takao Fujii, Takashi Nishiyama
    • 学会等名
      Third International Anammox Symposium 2015
    • 発表場所
      CBEAD, 大連(中国)
    • 年月日
      2015-08-08 – 2015-08-09
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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