Verification of unknown electron bifurcation: Development of new gene resources

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22559
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0601:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Watanabe Tomohiro 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (80731968)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 硫黄酸化菌 / ヘテロジスルフィド還元酵素 / 電子分岐反応 / リポ酸

Outline of Final Research Achievements

Heterodisulfide reductase catalyzes electron bifurcation, which makes a high-energy electron by splitting the energy of a pair of electrons. This reaction could be applied to an industrial basis and contribute on sustainable society. In this study, function-unknown heterodisulfide reductase from sulfur oxidizers (sHdr) was investigated. RNA sequencing of a sulfur oxidizer grown with dihydrogen or sulfur compounds suggested that sHdr involves in energy metabolism of sulfur compounds. Large-scale cultivation of a sulfur oxidizer producing sHdr was successfully achieved. Cell extract was anaerobically fractionated with chromatography techniques. Fractionation conditions of sHdr were examined with UV-visible spectra, SDS-PAGE and Native-PAGE. Mass spectrometry analysis of the obtained fractions is undergoing.

Free Research Field

生化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子分岐反応は、物質生産プロセスの効率化などの技術基盤に応用することが期待されている。本研究では、電子分岐反応を触媒するヘテロジスルフィド還元酵素（Hdr）の多様性に着目した。硫黄酸化菌が合成するHdr（sHdr）は、独自の配列特徴を持っており、その機能が未知であった。本研究では、sHdrの機能解明に向けた技術基盤として硫黄酸化菌の大量培養、sHdrの分画、質量分析、酵素活性測定の一連の実験系を確立することに成功した。今後の研究の継続により、sHdrの機能を解明することで、電子分岐反応を応用する研究に新しい展開をもたらすことが期待される。