New field of managing microbes: Elucidation of electrically metabolic switching mechanisms

微生物管理新领域：阐明电代谢转换机制

• 批准号: 21H03633
• 负责人: 二又 裕之
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Shizuoka University
• 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-21H03633/
• 关键词: 代謝制御; 微生物生態; 硫酸還元細菌; 細胞外電子伝達; 電気化学; 細胞外電子伝達機構; 代謝; 制御; 微生物燃料電池; 電極呼吸

生物学的廃水処理、環境浄化およびエネルギー生産は、社会基盤を支える重要な技術であり、それらの安定的制御あるいは更なる効率化は必須の課題である。これらの技術の根幹は微生物の代謝にある。そこで本研究では、微生物代謝を自在に発現制御可能とする新規技術の構築を目標とする。特に、嫌気環境微生物の代謝制御は、エネルギー低負荷型技術の開発にとって必要不可欠である。代表的な嫌気微生物の一種である硫酸還元微生物は、有機物分解や金属腐食に深く関与する善悪両面から注目すべき微生物の一つである。我々は、硫酸還元微生物が細胞外電子伝達に伴い、これまで排出していた酢酸を利用し、硫化水素を発生しないこと、を見出した。以上の結果は、微生物代謝を電気的に制御できる可能性を示唆している。そこで本研究では、微生物代謝の電気的制御技術構築を究極の目標とし、当該微生物の細胞外電子伝達機構とそれに伴う代謝スイッチング制御機構の解明を目的とする。今年度は、異なる電子供与体および受容体存在下での生育評価および分子生物学的解析に向けた準備を実施した。供試微生物硫酸還元細菌HK-II株は、電子供与体として乳酸および電子受容体として電極を用いた微生物燃料電池（MFC）条件下で電流生産が確認された。さらに、負電極電位を異なる電位に固定した条件下では、負の電位では電流生産を生じず、+0.2Vから+0.4V（vs SHE）でより高い電流生産を発揮し、特異的な電位に応答した細胞外電子伝達を行っていることが示された。どの様な遺伝子およびタンパク質が関与しているかどうかを調べるため、まず、HK-II株のゲノム解読を実施し、完全長の解読に成功した。今後、ゲノム解析、トランスクリプトーム解析、発現タンパク質解析を通じて、細胞外電子伝達機構の解明を進めていく予定である。

Water management in biology, environmental change, social basic support, important technology and technology, and the control of environmental stability must be studied. The root of the technology and technology is that the microbes are going to be used for generations. In the course of this study, microorganisms are free to control the possibility of new regulations and technologies. Special, disrelish environmental microbiological system, low-load technology system, it is necessary to pay attention to the need. The representative disrelish microorganisms, such as sulphuric acid microorganisms, organic decomposers, metal saprophytes, and good food. Pay close attention to the microorganisms. The extracellular electrons of the microorganisms of sulphuric acid and sulfuric acid reached the companion, the waste water discharged, the sorrel acid was used, the water sulfide produced the waste water, and the waste water was discharged. The above results and the possibility of control and control of microbiological generation computers indicate that they are instigated. In the course of this study, the control technology of microbiological generation electricity is very important, and the microbiological extracellular electronic equipment is required to provide information on the purpose of this research. This year, the analysis of molecular biology of baby donors and recipients in the presence of recipients has been carried out in preparation for this year's hospital. Test microbial sulfuric acid bacteria HK-II strain, electric power supply and system, lactate acid fuel cell battery recipient battery under the condition of microbiological fuel cell (MFC) to confirm the power supply. Under the condition of low voltage, high voltage, low voltage, low In the first place, please tell me how to solve the problem. This is the best way to solve the problem. In the future, the data will be analyzed, and the extracellular electronic equipment will be able to explain the prediction of the data in advance.

项目成果

微生物由来蓄電性鉱物を介した電子共生に基づく嫌気バイオプロセスの向上

通过微生物衍生的电容性矿物质改善基于电子共生的厌氧生物过程

• 发表时间: 2021
• 期刊: 日本生物工学会トピックス集
• 作者: 林稜也;安池一貴;片桐美紀;大前貴裕;窪野一郎;田代陽介;二又裕之
• 通讯作者: 二又裕之

微生物のチカラで生ゴミから電気を

利用微生物的力量从垃圾中发电

• 发表时间: 2021
• 作者: Amin Muhammad;Handika Rizki Andre;Putri Rahmi Mulia;Phairuang Worradorn;Hata Mitsuhiko;Tekasakul Perapong;Furuuchi Masami;和田龍一，定永靖宗，加藤俊吾，大河内博，森樹大，三浦和彦，小林拓，鴨川仁，皆巳幸也，松見豊，梶野瑞王，松本淳，米村正一郎，速水洋，土器屋由紀子，畠山史郎;二又裕之
• 通讯作者: 二又裕之

微生物由来蓄電性鉱物による嫌気物質変換能向上に寄与する微生物電子共生系の特性

微生物电子共生系统的特征有助于提高微生物来源的电容性矿物质的无氧转化能力

• 发表时间: 2021
• 作者: 林稜也;安池一貴;片桐美紀;大前貴裕;窪野一郎;田代陽介;二又裕之
• 通讯作者: 二又裕之

微生物を用いた水質浄化への試みと微生物燃料電池の将来展望

利用微生物净化水的尝试和微生物燃料电池的未来前景

• 发表时间: 2021
• 作者: 島朋輝;宮川涼;小林剛;亀屋隆志;二又裕之
• 通讯作者: 二又裕之

微生物による発電・水素生産技術

利用微生物发电及制氢技术

• 发表时间: 2021
• 作者: 監修：渡辺一哉;分担：二又裕之（第４章）
• 通讯作者: 分担：二又裕之（第４章）