微生物が引き起こす酸化鉄の電位変動と代謝への影響

微生物引起的氧化铁的潜在波动及其对代谢的影响

• 批准号: 16J09656
• 负责人: 山田 哲也
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J09656/
• 关键词: 脱窒; Pseudomonas stutzeri; 細胞外電子移動; 酸化鉄; シトクロム; 一酸化窒素; Raman; 同位体効果; シュードモナス; ラマン; 代謝制御; 脱窒; Pseudomonas stutzeri; 細胞外電子移動; 酸化鉄; シトクロム; 一酸化窒素; Raman; 同位体効果; シュードモナス; ラマン; 代謝制御

微生物代謝と鉱物などの固体物質の持つ電位の関係を調べる研究を進めた。その中で注目した微生物は脱窒菌という一種の土壌細菌であり、鉄酸化物を酸化することが知られているがそのメカニズムに関しては明らかにされていなかった。脱窒菌の重要性は硝酸イオンなどの固定窒素をN2OやN2に還元し大気へ放出することであり、正常な窒素循環を保つ上で重要な役割を担っている。そこで、脱窒菌と酸化鉄との間で起こる電子のやり取りを電気化学的に計測することで脱窒菌の代謝をモニタリングし、人為的に電子授受を調整することで脱窒菌の代謝をコントロールしようとした。本研究で得られた成果は脱窒菌（Pseudomonas stutzeri）をITO電極上で酸化鉄を含む培地で培養し脱窒菌が出す電流を計測したこと、そして、脱窒反応を電極電位により制御したことが挙げられる。さらには微生物の代謝電流を計測する手法を応用し、地球科学的に重要な数値である速度論的同位体効果の検出に成功している。また、脱窒反応の電子の流れを調べるためにRaman、ESRといった分光学的手法を生細胞に適用し、細胞全体で起こる電子授受及び分子の挙動を調べた。そして、電子伝達系において重要な役割を果たしているシトクロムのスピン状態及び電子状態を観察することに成功し、低スピン状態のシトクロムが電子授受に関わっている可能性が高いことを示した。更に、脱窒過程で発生する一酸化窒素の中間体としてニトロシルヘムやジニトロシルジチオラト鉄錯体が形成されることを示した。一酸化窒素はシグナル分子として知られ生化学的に重要な役割を果たしている。以上より脱窒菌と物質との電子のやり取りを調整することで代謝を制御しただけでなく、地球化学的に重要な速度論的同位体効果の検出、および、生化学的に重要なNO挙動解析等を行い幅広い分野に波及する成果を得ている。

我们进行了研究，以研究微生物代谢与矿物质等固体物质的潜力之间的关系。其中，引起注意的微生物是一种称为硝化细菌的土壤细菌，已知可以氧化氧化铁，但是这种机制的机制尚不清楚。硝化细菌的重要性是将固定的氮（如硝酸盐离子）降低到N2O和N2，并将其释放到大气中，并在维持正常的氮循环中起重要作用。因此，我们通过电化学测量硝化细菌和氧化铁之间的电子交换来监测脱致细菌的代谢，并试图通过人为地调节电子交换和接收来控制硝化细菌的代谢。在这项研究中获得的结果包括在含有氧化铁的培养基中培养硝化细菌（假单胞菌stutzeri），以测量硝化细菌产生的电流，并通过电极电位控制硝化反应。此外，通过应用方法来测量微生物的代谢电流，它已成功检测到了重要的地球科学值。此外，将光谱技术（例如拉曼和ESR）应用于活细胞，以研究非硝化反应的电子流，并检查了整个细胞中发生的电子的行为。此外，我们成功地观察了细胞色素的自旋和电子状态，这些态在电子传递系统中起着重要作用，表明低自旋细胞色素参与电子传递和接收有很高的可能性。此外，已经表明，硝基硫素和二硝基硫醇铁配合物形成为硝化过程中产生的一氧化氮的中间体。一氧化氮被称为信号分子，并且起生化重要作用。从上面的角度来看，不仅可以通过调整硝化细菌和物质之间的电子交换来控制新陈代谢，而且还获得了已经扩散到广泛领域的结果，包括检测动力学同位素效应，生物化学上重要的重要行为分析等。