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2016 年度 実績報告書

微生物・電極間相互作用の解明と制御による微生物電気化学システムの高効率化

研究課題

研究課題/領域番号 26850056
研究機関東京薬科大学

研究代表者

高妻 篤史  東京薬科大学, 生命科学部, 助教 (20634471)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード微生物電気化学 / 微生物燃料電池 / バイオフィルム / 細胞外電子伝達 / 発現制御
研究実績の概要

近年、電極との電子授受(電流)を介してエネルギーを獲得し、増殖する微生物(electrochemically active bacteria; EAB)が相次いで発見され、大きな注目を集めている。EABは微生物燃料電池や微生物電気合成などへの応用が期待されており、その電流生成メカニズムや代謝機能の解明が望まれる。本研究では世界的に最もよく研究されているEABであるShewanella oneidensis MR-1株を用いて、本株が電極と相互作用するメカニズム(電極上へのバイオフィルム形成過程や電流生成の制御機構)を解明することを目的とした。
電極上へのバイオフィルム形成過程の解明については、MR-1株が電極呼吸条件下で形成するバイオフィルムを共焦点レーザー顕微鏡と電気化学フローセルを用いて観察し、本株が電極に応じて異なる構造のバイオフィルムを形成することを明らかにした。また電極電位がMR-1株の細胞外多糖の合成量に影響を与えることを見出した。
また電流生成関連遺伝子の転写調節機構についても解析を進めた結果、本株ではcyclic AMP receptor protein (CRP) が電流生成の電子源となる乳酸の異化代謝系と電極への電子伝達系(細胞外電子伝達系)を協調的に制御するための転写因子として機能していることを明らかにした。またCRPと競合的に働く新規転写抑制因子とそのDNA結合領域を同定し、MR-1株の電流生成関連遺伝子の活性化機構と抑制機構を解明した。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] CRP regulates D-lactate oxidation in Shewanella oneidensis MR-12017

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kasai, Atsushi Kouzuma, Kazuya Watanabe
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 8 ページ: 869

    • DOI

      10.3389/fmicb.2017.00869

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Shewanella oneidensis MR-1株におけるCRP依存的D-乳酸代謝制御機構2017

    • 著者名/発表者名
      笠井拓哉、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
      京都女子大学
    • 年月日
      2017-03-18 – 2017-03-18
  • [学会発表] Shewanella oneidensis MR-1株のMetRによる嫌気呼吸制御系の解明2017

    • 著者名/発表者名
      茂木久恵、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
      京都女子大学
    • 年月日
      2017-03-18 – 2017-03-18
  • [学会発表] Methionine stimulates anaerobic respiration in Shewanella oneidensis MR-12016

    • 著者名/発表者名
      Hisae Mogi, Atsushi Kouzuma, and Kazuya Watanabe
    • 学会等名
      16th International Symposium on Microbial Ecology
    • 発表場所
      モントリオール
    • 年月日
      2016-08-21 – 2016-08-26
  • [学会発表] Electrode potential-dependent energy conservation in Shewanella oneidensis MR-12016

    • 著者名/発表者名
      Atsumi Hirose, Atsushi Kouzuma, Motohide Aoki, Tomonari Umemura, and Kazuya Watabane
    • 学会等名
      16th International Symposium on Microbial Ecology
    • 発表場所
      モントリオール
    • 年月日
      2016-08-21 – 2016-08-26
  • [学会発表] Shewanella oneidensis MR -1 株のエネルギー獲得系の電極電位応答機構2016

    • 著者名/発表者名
      廣瀬篤弥、高妻篤史、青木元秀、梅村知也、渡邉一哉
    • 学会等名
      環境バイオテクノロジー学会2016年度大会
    • 発表場所
      サテライトキャンパスひろしま
    • 年月日
      2016-06-13 – 2016-06-14
  • [学会発表] Acidithiobacillus ferrooxidans の窒素固定制御系の解析2016

    • 著者名/発表者名
      山田祥平、高妻篤史、渡邉一哉
    • 学会等名
      環境バイオテクノロジー学会2016年度大会
    • 発表場所
      サテライトキャンパスひろしま
    • 年月日
      2016-06-13 – 2016-06-14

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公開日: 2018-01-16  

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