電気スイッチによる微生物の代謝制御：その基礎と応用

电开关控制微生物代谢：基础知识和应用

• 批准号: 17J05454
• 负责人: 廣瀬 篤弥
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J05454/
• 关键词: 電気化学活性細菌; 電気化学システム; 微生物発酵; 遺伝子発現制御; 酸化還元制御; 微生物電気化学システム; 転写制御; 電気活性微生物; 酸化還元状態; 有用物質生産

本年度は電極電位による遺伝子発現制御系（電気スイッチ）として利用可能な高電位および低電位誘導型プロモーターの同定を行った。これまでの研究でArc system依存的に電極電位応答を示した遺伝子、およびArc systemについて最も多くの知見があるE .coliのArc regulonの上流配列についてプロモーター活性測定を行った。その結果、高電位誘導型プロモーターとしてPfeoA、低電位誘導型プロモーターとしてPnqr1を同定し、さらにプロモーター領域の最適化を行った。PfeoAはE .coliにおいてferrous iron transport proteinをコードする遺伝子のプロモーターである。本領域にはMR-1株のArcAが直接的に結合することが確認された。さらに本プロモーターは電位刺激を与えるとWTでは高電位でプロモーター活性が増加し、ΔarcAではWTの低電位と同程度のプロモーター活性を示した。以上の結果は高電位条件でArcAがPfeoA上流領域に結合し、下流の遺伝子の発現を正に制御することを示唆する。さらに5’-deletion 法によりArcA結合領域の同定を行った結果、既報の網羅解析の結果と同様にPfeoA-111とPfeoA-226の間にArcA結合領域が存在することが示された。Pnqr1はtype3 NADH dehydrogenaseをコードするnqr1のプロモーターであり、昨年度までの研究からArcAの制御下にあることが明らかになっている。PfeoAと同様に電位応答性について調べた結果、Pnqr1の活性は低電位で増加し、高電位で減少することが示された。また、ArcAを欠損させるとPnqr1の電位応答性が失われたため、本プロモーターの活性はArcAによって制御されていることが示された。次に5’-deletion法によりPnqr1上のArcA結合領域の同定を行った結果、Pnqr1-134とPnqr1-237の間にArcA結合領域が存在することが示された。

今年，我们鉴定了高电位和低电位诱导型启动子，可用作使用电极电位的基因表达控制系统（电开关）。我们测量了在之前的研究中以 Arc 系统依赖性方式显示电极电位响应的基因的启动子活性，以及​​对 Arc 系统了解最多的大肠杆菌 Arc 调节子的上游序列的启动子活性。结果，我们确定了PfeoA为高压诱导启动子，Pnqr1为低压诱导启动子，并进一步优化了启动子区域。 PfeoA 是大肠杆菌中编码亚铁转运蛋白的基因的启动子。已证实MR-1株的ArcA直接与该区域结合。此外，当对该启动子进行电压刺激时，WT中高电位时启动子活性增加，而ΔarcA中启动子活性与WT中低电位时相当。这些结果表明，ArcA 在高电压条件下与 PfeoA 的上游区域结合，并正向调节下游基因的表达。此外，使用5'-删除方法鉴定了ArcA结合区，并且表明ArcA结合区存在于PfeoA-111和PfeoA-226之间，与之前报道的详尽分析的结果相似。 Pnqr1是编码3型NADH脱氢酶的nqr1的启动子，去年的研究表明它受ArcA的控制。与 PfeoA 类似，研究了电压响应性，结果显示 Pnqr1 的活性在低电位时增加，在高电位时减少。此外，ArcA 的缺失消除了 Pnqr1 的电压响应性，表明该启动子的活性受到 ArcA 的调节。接下来，我们使用5'-删除方法鉴定了Pnqr1上的ArcA结合区，结果表明Pnqr1-134和Pnqr1-237之间存在ArcA结合区。

项目成果

電気遺伝学：電気で微生物を制御する

电遗传学：用电控制微生物

• 发表时间: 2019
• 作者: 廣瀬篤弥;高妻篤史;渡邉一哉
• 通讯作者: 渡邉一哉

水田MFCにおける電極周辺土壌への鉄粉散布による出力向上メカニズムの解明

阐明在稻田MFC电极周围土壤中撒布铁粉提高产量的机理

• 发表时间: 2020
• 作者: 松元陽歩;名古屋美紗;猪鼻淑乃;土屋美愉;須賀恵悟;廣瀬篤弥;山田祥平;平野伸一;伊藤由紀;田中姿郎;高妻篤史;渡邉一哉.
• 通讯作者: 渡邉一哉.

電気を用いた微生物代謝制御法の確立に向けて

建立利用电的微生物代谢控制方法

• 发表时间: 2019
• 作者: 廣瀬篤弥;高妻篤史;渡邉一哉
• 通讯作者: 渡邉一哉

Understanding and engineering electrochemically active bacteria for sustainable biotechnology

了解和改造电化学活性细菌以实现可持续生物技术

• DOI: 10.1186/s40643-019-0245-9
• 发表时间: 2019
• 影响因子: 4.6
• 作者: Hirose Atsumi;Kasai Takuya;Koga Ryota;Suzuki Yusuke;Kouzuma Atsushi;Watanabe Kazuya
• 通讯作者: Watanabe Kazuya

Shewanella oneidensis MR-1株におけるピルビン酸異化代謝経路の酸化還元電位依存性

希瓦氏菌MR-1菌株丙酮酸分解代谢途径的氧化还原电位依赖性

• 发表时间: 2017
• 作者: 廣瀬篤弥;高妻篤史;渡邉一哉
• 通讯作者: 渡邉一哉