Development of Escherichia coli catalyst with highly integrated excellent functions for high performance of microbial fuel cell

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本課題では微生物（大腸菌）燃料電池に着目し、燃料をグルコースとした時の出力改善に向けて大腸菌の改変に取り組んでいる。先行研究では高い平均出力を示す5重遺伝子欠損株（Δ5株）を構築した。本課題では「染色体改変技術を用いた大腸菌への有用機能の集約」と「触媒の簡易評価システムの構築とそれを用いた有用変異のスクリーニング」からさらなる改善を進めている。これまでに、Δ5株にホスホエノールピルビン酸からオキサロ酢酸への変換に関わる遺伝子ppcを導入した株では、平均出力は野生株より大きく低下するが、クーロン効率（C効率）は大幅に増加することを明らかにした。さらに、Δ5+ppc株にgalp遺伝子の過剰発現を組み合わせたΔ5+ppc+galp株を構築し、平均出力はΔ5株より僅かに低下するがC効率は逆に高くなることを示した。また、触媒評価システムの構築では、キノン系化合物HNQの酸化型（赤橙色）と還元型（無色）の色の違いより細胞からのメディエーターへの電子移動を目視で評価する系を構築した。2022年度は上記研究を継続した。有用機能の集約では、Δ5+ppc株のppc発現量をプロモータの変異により弱めたΔ5＋ppc（30%）株を構築し評価した。その結果、Δ5株とほぼ同じ平均出力を示し、C効率はΔ5+ppc株より低いが、Δ5株より高い値を示した。この株のグルコース消費を高めるため、galPとglk遺伝子の過剰発現を組み合わせたΔ5＋ppc（30%）+galP+glk株を新たに構築した。平均出力はΔ5株とほぼ同じ値を示し、C効率は僅かに低下する傾向が見られた。簡易評価システムを用いたスクリーニングでは、新たに野生株をベースにランダムに変異処理を行い、得られた変異株をHNQの色の変化を指標とした系で1次選抜した後に発電評価を行った。2株で平均出力が向上し1株は野生株の1.3倍の平均出力を示した。