アノード生体界面電子移動活性化分子の同定及びその遺伝子発現誘導機構に関する研究

阳极生物界面电子转移激活分子的鉴定及基因表达诱导机制研究

基本信息

批准号：
12J07550
负责人：
岡本章玄
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Tokyo University of Pharmacy and Life Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、申請者が発見した電流生成微生物Shewanellaにおけるシグナル分子を介した(2)シグナル分子による代謝活性化現象の極限微生物における普遍性検討を目的として研究を行った。(1)微生物のバイオフィルムから高濃度にシグナル分子を取りだす条件検討を進め、高濃度に濃縮する条件を見出した。これは、シグナル分子の単離、構造決定を行う上で最も重要な前処理であり、今後、シグナル分子構造決定、代謝活性化機(2)本課題で見出しているシグナル分子による微生物の代謝活性化機構の普遍性を検討する為に、まず極限環境において電流生成能を持つ微生物の探索を行った。具体的には、サンフランシスコ北部に位置するpH12の高アルカリ性サイトでOn-site電気化学システムを構築し、電極への電子移動能を有する微生物をエンリッチ、実験室において様々培養条件を検討した結果、電流生成菌の単離に成功した。この菌は、高アルカリ条件下で細胞外電子移動過程を行う初めての菌であり、本課題の目的に加えて、その生態やエネルギー獲得メカニズムは既に多くの研究者からの注目を集めている。今後は、シグナル分子による代謝活性化機構の有無を確認すると共に、この極限細菌の電子移動過程に関しても詳しく調べて行く予定である。以上の成果に加えて、課題研究を遂行する中で電流生成菌Shewanellaの電子移動機構に関して、当初の研究計画には無かった思いがけない重要な発見があった。Shewanellaは細胞膜表面のシトクロムを用いて電子移動を行い、その電子移動速度はフラビン小分子によって加速されることが知られていた。そして、その電子移動が加速するしくみは、溶解フラビン分子の自由拡散過程によるというのが該当分野の長年にわたる定説であったが、本研究ではシトクロム内特定部位にフラビン小分子が結合することで電子移動速度が大幅に加速されるということを初めて明らかにした。この成果は高く評価され、Proceedingsof National Aeademv of Seienees USA誌に受理された。

在本研究项目中，我们进行研究的目的是检验(2)嗜极微生物中信号分子的代谢激活现象的普遍性，该现象是由申请人发现的当前产生的微生物希瓦氏菌中的信号分子介导的。 (1)研究了从微生物生物膜中以高浓度提取信号分子的条件，并找到了以高浓度浓缩信号分子的条件。这是分离信号分子并确定其结构的最重要的预处理，为了检验这种机制的普遍性，我们首先寻找能够在极端环境下产生电流的微生物。具体来说，我们在旧金山北部一个 pH 值为 12 的高碱性地点构建了一个现场电化学系统，富集了具有将电子转移到电极的能力的微生物，并在实验室检查了各种培养条件。，我们发现目前的产菌被成功分离出来。该细菌是第一个在高碱性条件下进行细胞外电子转移过程的细菌，除了该项目的目的之外，其生态和能量获取机制已经引起了许多研究人员的关注。未来，我们计划通过信号分子确认是否存在代谢激活机制，并详细研究这种极端微生物中的电子转移过程。除了上述成果外，在本研究项目过程中，我们对于电流产生菌希瓦氏菌的电子传递机制有了一个意想不到的重要发现，这是原研究计划中没有的。希瓦氏菌利用其细胞膜表面的细胞色素来转移电子，已知小分子黄素会加速电子转移的速率。长期以来，该领域的既定理论认为，电子转移加速的机制是由于溶解的黄素分子的自由扩散过程，导致运动速度显着加快。该成果得到了美国国家科学院院刊Proceedings of National Aeademv of Seienees的高度评价并接受。