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

开发高度集成优异功能的大肠杆菌催化剂，实现微生物燃料电池的高性能

• 批准号: 21K04796
• 负责人: 東 雅之
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04796/
• 关键词: 微生物燃料電池; バイオ燃料電池; 微生物触媒; 代謝; MFC; 大腸菌; 生体触媒

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。

This subject is aimed at improving the output of microbial (coliform) fuel cells and improving the selection of coliform cells. The first research shows that the average output of 5 heavy transmission plants is insufficient (Δ 5 plants). This subject is divided into two parts: "the application of chromosome modification technology, the intensification of useful functions of Escherichia coli" and "the construction of simple evaluation system of catalyst, the application of useful functions, and the improvement of chromosome modification technology." The average output of wild plants decreased greatly, and the efficiency rate (C efficiency rate) increased significantly. The average output of the delta 5 + ppc plant is higher than that of the delta 5 + ppc plant. The structure of HNQ is evaluated visually by the acid form (red orange) and the color form (colorless) of HNQ. 2022 Annual Report on Research and Development The effective function is concentrated, and the ppc emission of Δ 5 + ppc plants is evaluated by the difference between Δ 5 + ppc (30%) plants. The results are as follows: Δ 5 + ppc = Δ 5 + ppc. The plant's consumption is high, galP + glk, and the plant's production is high. The plant's production is high, galP + glk, and the plant's production is high. The average output value of Δ 5 is the same as that of C. The average output value of Δ 5 is lower than that of C. Simple evaluation of plant species, plant species and plant species The average output of 2 plants is 1.3 times higher than that of wild plants.

项目成果

遺伝子改変による大腸菌燃料電池の出力改善と細胞からメディエーターへの電子供与の簡易評価

通过基因改造和简单评估细胞向介体提供的电子来提高大肠杆菌燃料电池的输出

• 发表时间: 2021
• 作者: 河野雄司;菊池亮太;駒大輔;大本貴士;尾島由紘;東雅之
• 通讯作者: 東雅之

微生物を用いた発電および水素生産 担当箇所：中枢代謝経路を改変した大腸菌を触媒として用いた微生物燃料電池

利用微生物发电和制氢 负责：使用经过改良的中央代谢途径的大肠杆菌作为催化剂的微生物燃料电池

• 发表时间: 2021
• 作者: Kawarasaki Yasuaki;Kurose Takeshi;Ohashi Sayaka;Watabe Runa;Tanaka Mizuki;Ito Keisuke;渡辺一哉 他37名
• 通讯作者: 渡辺一哉 他37名