物質・エネルギー変換を目的とした共生系バイオプロセスの構築

以物质/能量转化为目的的共生生物过程的构建

基本信息

批准号：
11J09692
负责人：
西尾晃一
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J09692/
关键词：
電気化学細胞外電子伝達生体親和性ポリマー代謝制御光合成微生物生体リズムバイオプラスチック活性酸素酸化ストレス微生物太陽電池電流産生菌微生物生態系電気化学培養電子メディエーター生体親和性細胞膜透過性

项目摘要

本プロジェクトでは、微生物が細胞外電子伝達を通じて外部と電気化学的に相互作用することで物質・エネルギー変換を行う共生系バイオプロセスを構築することを目的として研究を行っている。昨年度までは、生体親和型膜透過レドックスポリマー(PMF)を合成し、微生物から外部の電極へ細胞外電子伝達を起こすことに成功した。この成果は今年度、一流学術雑誌ChemPhysChemに掲載された。このPMFを用いて、バイオプラスチックの原料となるポリヒドロキシ酪酸(PHB)を生産する微生物の代謝を電気化学的に活性することを見出し、その成果は一流学術雑誌Environmental Science & Technology Lettersにおいて掲載された。さらに、関連の研究において、PMFを用いて光合成微生物の細胞内酸化還元状態を電気化学的に制御することによって、微生物の光合成活性を制御する概日リズムを電気化学的に制御できることが見出された。この成果は、一流学術雑誌Angewandte Chemie International Editionにおいて掲載された。以上の昨年度までの成果は、微生物の細胞内酸化還元状態を、メディエ一ターを用いた細胞外電子移動によって外部から電気化学的に制御するものであった。本年度はこれをさらに発展させ、新規に合成したポリマーを介して、光合成微生物の細胞内酸化還元状態を細胞外の電極へと伝達し、光合成活性を制御する概日リズムを電気化学的に計測することに成功した。この計測方法は、従来の方法と比べて、遺伝子操作を伴わないこと、原理的にほぼ全ての生物に適用可能であること、といった利点がある。本研究の成果は論文発表する予定であり、現在原稿の執筆中である。以上の成果は、細胞外電子移動を通じて、細胞外電子移動によって、細胞内酸化還元状態を通じた微生物一微生物間コミュニケーションを示唆するものである。これは全く新しい原理の微生物間相互作用であり、これに基づく共生系バイオプロセスが期待される。本プロジェクトの成果は、こうした細胞外電子伝達を通じた共生系バイオプロセスの基礎的知見を与えるものである。

该项目正在进行研究，目的是构建共生生物程序，其中微生物通过细胞外电子转移在电化学上与外部电化学相互作用，以转化材料和能量。直到去年，合成了生物疗法膜可渗透的氧化还原聚合物（PMF），并成功地进行了从微生物到外部电极的细胞外电子转移。这项成就于今年发表在《 Chemphyschem》上的顶级学术期刊上。使用此PMF，它发现它通过电化学激活了产生多羟基丁酸（PHB）的微生物的代谢，这是一种用于生物塑料的原材料，其结果已发表在顶级的学术期刊环境科学和技术信函中。此外，相关的研究发现，使用PMF的光合作用微生物的细胞内氧化还原状态可以进行电化学控制以控制调节微生物光合作用活性的昼夜节律。这项成就发表在顶级学术杂志Angewandte Chemie International Edition中。直到去年，上述结果是微生物的细胞内氧化还原状态在外部电化学上通过介体的细胞外电子转移控制。今年，我们已经进一步开发了这种情况，并通过新合成的聚合物通过传输光合微生物的光合作用氧化还原状态来成功地测量了调节光合活性的昼夜节律。与常规方法相比，这种测量方法具有不涉及遗传操作的优点，并且原则上适用于几乎所有生物。这项研究的结果计划发布，手稿目前正在书写。以上结果表明，微生物通过细胞内氧化还原态通过细胞外电子通过细胞外电子转移之间的通信。这是微生物相互作用的全新原理，并且可以预期基于此的共生生物普应。该项目的结果通过细胞外电子传输提供了共生生物过程的基本知识。