Ｓｈｅｗａｎｅｌｌａ属細菌の嫌気呼吸を制御するシグナル伝達機構の解明

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Shewanella oneidensis MR-1株は異化的金属還元細菌であり、様々な電子受容体を利用して呼吸を行う。また電極への電子伝達も可能であるため、微生物電気化学システム（BES）への応用が期待されている。前年度までに我々はMR-1株において細胞外の電子受容体の還元に必要なMtrタンパク質群をコードする遺伝子とD-乳酸酸化酵素（Dld）をコードする遺伝子がcyclic AMP receptor protein（CRP）によって直接的に制御されることを明らかにした。MR-1株は炭素源・エネルギー源として乳酸を好むため、本株においてCRPは基質の酸化と電子受容体の還元を含むエネルギー代謝系を包括的に制御する役割を果たしていると考えられた。しかし、ShewanellaではCRPが嫌気呼吸系の制御に関与することが知られていたものの、その生理機能やシグナル伝達機構には未解明な点が多い。またCRPの機能を利用すれば、電流生成に関与する代謝系を包括的に活性化し、MR-1株の電流生成能力を大幅に向上させることができると期待された。そこで本年度はMR-1株におけるCRPの生理機能をさらに詳細に解析するとともに、CRP制御系の高活性化による高電流生成株の構築を行った。CRPの生理機能の解析では、発酵的D-乳酸脱水素酵素（LdhA）の遺伝子発現もCRPによって制御されていることを明らかにした。この結果から、MR-1株ではCRPによってD-乳酸代謝系（DldとLdhA）が嫌気呼吸系と協調的に制御されていることが示され、本株におけるCRPの新たな生理機能が明らかになった。高電流生産株の構築では、CRPの補因子であるcAMPの合成酵素遺伝子(cyaC)を過剰発現させることで、従来の約2倍の電流生成能を示す株の構築に成功した。これにより、CRPの転写誘導活性の制御が高効率なBESの構築において重要であることが示された。