in-vivo微生物電気化学を使った好アルカリ細菌のプロトン集積機構の研究

利用体内微生物电化学研究嗜碱性细菌的质子积累机制

基本信息

批准号：
25888006
负责人：
岡本章玄
金额：
$ 1.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-08-30 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-25888006/
关键词：
ATP合成酵素プロトン勾配電子移動極限環境微生物

项目摘要

プロトン（H+）は電子移動とカップルするため、その局在濃度は人工光合成や燃料電池の触媒効率に直接作用する。本研究の目的は、極限環境微生物に見られる細胞外H+濃度に逆相関して細胞膜上により多くH+を集積する機構の解明である。極限菌の一種である好アルカリ菌は、細胞内部に較べて膜外のpHがより高い条件において、膜上タンパク質に電子を貯め込むことでH+を局在化させ、ATPを合成すると提案されている。しかし、呼吸鎖における電荷の局在性を確かめるには、律速電子移動過程の特定が不可欠となるが、既存の単独・単離タンパク系での検討は極めて難しい。本研究では、電流生成菌を生きたまま電気化学システムに適用する「微生物電気化学」を用いて、申請者が発見した初となる好アルカリ電流生成菌と電極の界面電子移動と細胞内ATP濃度をin-vivo同時追跡することで、高アルカリ条件に逆相関するH+局在機構に迫ることを目指す。本年度は、（１）好アルカリ電流生成菌の連続希釈法による単離、（２）ゲノム塩基配列の決定、解析を行うことを研究計画として掲げていたが、申請者が米国研究機関で集積した微生物が全く増殖しなくなり再び菌体の採取から行うこととなった。そこで、再現性を確認する意味も込めてサンフランシスコ山中のpH１２の極限環境に再び電極を設置し、採集したサンプルを米国実験室で電極培養すると以前観測されたように微生物の代謝に由来する電流値の増加が確認された。電極を日本に輸送し、立ち上げた嫌気ボックス内で電極培養実験を行なうと、最初は輸送中の酸素混入によるダメージからから電流値がほとんど観測されなかったが、徐々に電流値の上昇が観測された。現在、単離に向けて微生物を集積中である。

因为质子（H+）夫妇具有电子转移，因此它们的局部浓度直接影响人造光合作用和燃料电池的催化效率。这项研究的目的是阐明在细胞膜上积聚更多H+的机制，与极端环境微生物中的细胞外H+浓度成反比。已经提出，一种极端细菌的碱性细菌通过将电子储存在膜蛋白中并在pH高于内部细胞较高的条件下综合ATP来定位H+。但是，识别限速电子传输过程对于验证呼吸链中电荷的定位至关重要，但是研究现有的单一或分离的蛋白质系统非常困难。在这项研究中，我们旨在仔细研究H+定位机制，该机制与高碱性条件成反比，通过同时跟踪界面电子传递和碱性产生细菌的细胞内ATP浓度，这是申请人首次发现的申请人，是申请人发现的，这是申请人发现的，并且是首次在Vivo中。今年，研究计划是（1）使用系列稀释方法分离碱性电流生成细菌，（2）确定和分析基因组核苷酸序列，但申请人在美国研究机构积累的微生物完全停止生长，并再次收集了细胞。因此，为了确认可重复性，将电极再次放置在旧金山山上的极端pH 12环境中，并在美国实验室中培养了收集的样品，并且如前所述，确认了从微生物代谢中得出的电流值的增加。当电极被运输到日本并在厌氧盒中进行了电极培养实验时，最初几乎没有观察到电流值是由于运输过程中氧气污染造成的损害，但电流值逐渐增加。微生物目前正在积累以进行隔离。