電気化学活性バイオフィルムの制御に関する基盤研究

电化学活性生物膜调控的基础研究

• 批准号: 21H02111
• 负责人: 高妻 篤史
• 金额: $ 11.15万
• 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 Scientific Research (B)
• 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-21H02111/
• 关键词: 微生物電気化学システム; 電気化学活性細菌; バイオフィルム; Shewanella; 微生物電気化学; 微生物電気合成; 細胞外電子伝達; 発現制御

本研究は次世代の物質・エネルギー変換システムとして期待される微生物電気化学システム（bioelectrochemical systems; BES）に着目し、その効率向上において鍵となる電気化学活性バイオフィルム（electrochemically active biofilm; EABF）の形成と活性を制御するための知的・技術的基盤を確立することを目的とするものである。本研究の開始以前に、申請者は電気化学活性微生物（electrochemically active bacteria; EAB）のモデル生物であるShewanella oneidensis MR-1株において、EABFの制御に重要な細胞内シグナル物質（c-di-GMPおよびcAMP）を同定した。しかし、これらの物質が関与するシグナル伝達カスケードには不明な点が多い。そこで本研究では、MR-1株におけるc-di-GMPとcAMPのシグナル伝達カスケードを同定し、EABFの制御機構を明らかにするとともに、これらのシグナル伝達カスケードを利用してEABFを高機能化する手法の確立を目指している。2022年度はMR-1株のEABF形成に関与するc-di-GMP合成酵素遺伝子（dgcS）の転写制御因子（転写因子X）を同定した。また、本転写因子の欠損によりMR-1株のEABF形成が阻害されることを確認した。dgcSは培地流動条件において高発現するため、上記の結果からMR-1株が培地流動（流水）に伴う環境変化を何らかの機構で感知し、転写因子Xを介してdgcSの発現を制御していることが示唆された。バクテリアが流水を感知する機構は十分に解明されていないため、今後の研究により転写因子Xが関与する流水感知機構が明らかになれば、微生物学上の重要な発見につながる可能性があると考えられる。

This study aims to establish the basis for the formation and control of electrochemically active biofilms (EABF) in the next generation of bioelectrochemical systems (BES). Prior to the start of this study, the applicant had identified a number of intracellular substances (c-di-GMP and cAMP) important for the control of electrochemically active bacteria (EAB) and Shewanella oneidensis MR-1 strain. There are a lot of things that are not clear. In this study, we aim to establish methods for the identification and utilization of c-di-GMP and cAMP in MR-1 strain and for the identification and utilization of EABF regulatory mechanisms. In 2022, the regulatory factor (regulatory factor X) of c-di-GMP synthase gene (dgcS) was determined for EABF formation of MR-1 strain. The deficiency of the intrinsic factor in MR-1 strain was identified as a barrier to EABF formation. dgcS is the result of the high occurrence of soil flow conditions, MR-1 plant, soil flow (flowing water), environmental change, and mechanism perception. The factor X is the medium for controlling the occurrence of dgcS. The mechanism of water flow sensing is very important to understand, future research is to write the factor X and the mechanism of water flow sensing is very important to understand, microbiologically important discovery is possible to examine.

项目成果

電気遺伝学の開発に向けた電極電位応答性プロモーターの同定

鉴定电极电压响应启动子以促进电遗传学的发展

• 发表时间: 2021
• 作者: 田中勇吾;廣瀬篤弥;高妻篤史;渡邉一哉
• 通讯作者: 渡邉一哉

Electrogenetic control of gene expression in Shewanella oneidensis MR-1 using Arc-dependent transcriptional promoters

• DOI: 10.1016/j.jbiosc.2023.05.001
• 发表时间: 2023-06-17
• 期刊: JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING
• 影响因子: 2.8
• 作者: Tomita，Keisuke;Hirose，Atsumi;Watanabe，Kazuya
• 通讯作者: Watanabe，Kazuya

鉱物と相互作用する細菌の環境認識機構

细菌与矿物质相互作用的环境识别机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Kuroiwa Fu;Nishino Akira;Mandal Yasuko;Honzawa Masataka;Suenaga-Hiromori Miki;Suzuki Kakeru;Takani Yukie;Miyagi-Inoue Yukino;Yamaguchi Haruhiko;Yamashita Satoshi;Takahashi Seiji;Tozawa Yuzuru;高妻篤史
• 通讯作者: 高妻篤史

Shewanella oneidensisによる電極バイオフィルム形成に関与するσ54依存性転写因子の同定

Shewanella oneidensis 参与电极生物膜形成的 σ54 依赖性转录因子的鉴定

• 发表时间: 2022
• 作者: 出水智樹;高妻篤史;渡邉一哉
• 通讯作者: 渡邉一哉

微生物電気化学システムの効率化に向けた電極電位誘導性遺伝子発現系の構築

构建电极电位诱导基因表达系统以提高微生物电化学系统的效率

• 发表时间: 2023
• 作者: 富田啓介;田中勇吾;高妻篤史;渡邉一哉
• 通讯作者: 渡邉一哉