アノード生体界面電子移動活性化分子の同定及びその遺伝子発現誘導機構に関する研究

阳极生物界面电子转移激活分子的鉴定及基因表达诱导机制研究

• 批准号: 12J07550
• 负责人: 岡本 章玄
• 金额: $ 1.92万
• 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 JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J07550/
• 关键词: 鉄還元細菌; シグナル分子; 構造決定; 好アルカリ性細菌; 細胞外電子移動; フラビン分子; シトクロム

本研究課題では、申請者が発見した電流生成微生物Shewanellaにおけるシグナル分子を介した(2)シグナル分子による代謝活性化現象の極限微生物における普遍性検討を目的として研究を行った。(1)微生物のバイオフィルムから高濃度にシグナル分子を取りだす条件検討を進め、高濃度に濃縮する条件を見出した。これは、シグナル分子の単離、構造決定を行う上で最も重要な前処理であり、今後、シグナル分子構造決定、代謝活性化機(2)本課題で見出しているシグナル分子による微生物の代謝活性化機構の普遍性を検討する為に、まず極限環境において電流生成能を持つ微生物の探索を行った。具体的には、サンフランシスコ北部に位置するpH12の高アルカリ性サイトでOn-site電気化学システムを構築し、電極への電子移動能を有する微生物をエンリッチ、実験室において様々培養条件を検討した結果、電流生成菌の単離に成功した。この菌は、高アルカリ条件下で細胞外電子移動過程を行う初めての菌であり、本課題の目的に加えて、その生態やエネルギー獲得メカニズムは既に多くの研究者からの注目を集めている。今後は、シグナル分子による代謝活性化機構の有無を確認すると共に、この極限細菌の電子移動過程に関しても詳しく調べて行く予定である。以上の成果に加えて、課題研究を遂行する中で電流生成菌Shewanellaの電子移動機構に関して、当初の研究計画には無かった思いがけない重要な発見があった。Shewanellaは細胞膜表面のシトクロムを用いて電子移動を行い、その電子移動速度はフラビン小分子によって加速されることが知られていた。そして、その電子移動が加速するしくみは、溶解フラビン分子の自由拡散過程によるというのが該当分野の長年にわたる定説であったが、本研究ではシトクロム内特定部位にフラビン小分子が結合することで電子移動速度が大幅に加速されるということを初めて明らかにした。この成果は高く評価され、Proceedingsof National Aeademv of Seienees USA誌に受理された。

This research topic で は, applicants が 発 see し た current generated microbial Shewanella に お け る シ グ ナ ル molecular を interface し た (2) シ グ ナ ル molecular に よ る metabolic activity phenomenon の microbial limit に お け る beg を universality 検 purpose と し を line っ て research た. (1) microorganisms の バ イ オ フ ィ ル ム か ら high-concentration に シ グ ナ ル molecular を take り だ beg を into め 検 す conditions, high concentration に enrichment す を る conditions show the し た. こ れ は, シ グ ナ ル molecular の 単 off line, structure decision を う で も most important な 処 before Richard で あ り, in the future, シ グ ナ ル molecular structure decision mechanism, metabolic activity, (2) this topic out で し て い る シ グ ナ ル molecular に よ る microbial metabolic activation の institutions の universality を beg す 検 る に, ま ず extreme environment に お い て current can generate を hold つ microscopic Object を explores を rows った. Specific に は, サ ン フ ラ ン シ ス コ northern に position す る pH12 の high ア ル カ リ sex サ イ ト で On - site electrical 気 chemical シ ス テ ム を constructing し, electrode へ の electronic mobile can have す を る microbial を エ ン リ ッ チ, be 験 chamber に お い て others 々 culture conditions を beg し 検 た results, current generated bacteria の 単 from に successful し た. こ の bacteria は, high ア ル カ リ で cells under the condition of the electronic movement at the beginning of the process line を う め て の bacteria で あ り, the purpose of this topic の に え て, そ の ecological や エ ネ ル ギ ー get メ カ ニ ズ ム は both に く の researchers か ら の attention を set め て い る. Future は, シ グ ナ ル molecular に よ る metabolic activation agency の presence of を confirm す る と に, こ の limit bacterial の electronic mobile process に masato し て も detailed し く adjustable べ て line く designated で あ る. All above の に plus え て, research を carries out す る で current generated in the fungus Shewanella の electronic mobile mechanism に masato し て, の original research projects に は no か っ た think い が け な い important な 発 see が あ っ た. Shewanella は membrane surface の シ ト ク ロ ム を with い て electronic mobile line を い, そ の electronic speed は フ ラ ビ ン small molecule に よ っ て accelerate さ れ る こ と が know ら れ て い た. そ し て, そ の electronic mobile が accelerate す る し く み は, dissolve フ ラ ビ ン molecular の free company, dispersion process に よ る と い う の が should divide の elder に わ た る DingShui で あ っ た が, this study で は シ ト ク ロ specific areas within the ム に フ ラ ビ ン small molecule が combining す る こ と で electronic speed が に accelerated sharply さ れ る と い う こ と を early め て Ming ら か Youdaoplaceholder0 た. <s:1> the results of く high-level く review 価され and Proceedingsof the National Aeademv of Seienees USA に acceptance された.

项目成果

Rate enhancement of bacterial extracellular electron transport involves bound flavin semiquinones

• DOI: 10.1073/pnas.1220823110
• 发表时间: 2013-05-07
• 期刊: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
• 影响因子: 11.1
• 作者: Okamoto, Akihiro;Hashimoto, Kazuhito;Nakamura, Ryuhei
• 通讯作者: Nakamura, Ryuhei

Mechanisms of long-distance extracellular electron transfer of metal-reducing bacteria mediated by nanocolloidal semiconductive iron oxides

• DOI: 10.1039/c3ta01672b
• 发表时间: 2013-01-01
• 期刊: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
• 影响因子: 11.9
• 作者: Nakamura, Ryuhei;Kai, Fumiyoshi;Hashimoto, Kazuhito
• 通讯作者: Hashimoto, Kazuhito

Cytochrome-associated flavin molecules mediate extracellular electron transfer process

细胞色素相关黄素分子介导细胞外电子转移过程

• 发表时间: 2012
• 作者: Akihiro Okamoto;Ryuhei Nakamura;Kazuhito Hashimoto
• 通讯作者: Kazuhito Hashimoto