電気化学活性バイオフィルムの制御に関する基盤研究

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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。