微生物が引き起こす酸化鉄の電位変動と代謝への影響

微生物引起的氧化铁的潜在波动及其对代谢的影响

• 批准号: 16J09656
• 负责人: 山田 哲也
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J09656/
• 关键词: 脱窒; Pseudomonas stutzeri; 細胞外電子移動; 酸化鉄; シトクロム; 一酸化窒素; Raman; 同位体効果; シュードモナス; ラマン; 代謝制御

微生物代謝と鉱物などの固体物質の持つ電位の関係を調べる研究を進めた。その中で注目した微生物は脱窒菌という一種の土壌細菌であり、鉄酸化物を酸化することが知られているがそのメカニズムに関しては明らかにされていなかった。脱窒菌の重要性は硝酸イオンなどの固定窒素をN2OやN2に還元し大気へ放出することであり、正常な窒素循環を保つ上で重要な役割を担っている。そこで、脱窒菌と酸化鉄との間で起こる電子のやり取りを電気化学的に計測することで脱窒菌の代謝をモニタリングし、人為的に電子授受を調整することで脱窒菌の代謝をコントロールしようとした。本研究で得られた成果は脱窒菌（Pseudomonas stutzeri）をITO電極上で酸化鉄を含む培地で培養し脱窒菌が出す電流を計測したこと、そして、脱窒反応を電極電位により制御したことが挙げられる。さらには微生物の代謝電流を計測する手法を応用し、地球科学的に重要な数値である速度論的同位体効果の検出に成功している。また、脱窒反応の電子の流れを調べるためにRaman、ESRといった分光学的手法を生細胞に適用し、細胞全体で起こる電子授受及び分子の挙動を調べた。そして、電子伝達系において重要な役割を果たしているシトクロムのスピン状態及び電子状態を観察することに成功し、低スピン状態のシトクロムが電子授受に関わっている可能性が高いことを示した。更に、脱窒過程で発生する一酸化窒素の中間体としてニトロシルヘムやジニトロシルジチオラト鉄錯体が形成されることを示した。一酸化窒素はシグナル分子として知られ生化学的に重要な役割を果たしている。以上より脱窒菌と物質との電子のやり取りを調整することで代謝を制御しただけでなく、地球化学的に重要な速度論的同位体効果の検出、および、生化学的に重要なNO挙動解析等を行い幅広い分野に波及する成果を得ている。

The study on the relationship between microbial metabolism and the potential of solid substances has been carried out The bacteria in the soil were isolated from the soil and acidified with ferrites. The importance of degassing includes the importance of nitrogen fixation, N2O and N2 reduction, large gas release, normal nitrogen circulation, maintenance and important service. In addition, in the case of bacteria, bacteria, iron, iron The results of this study are as follows: Pseudomonas stutzeri on ITO electrode; Pseudomonas stutzeri on culture; Pseudomonas stutzeri on current measurement; Pseudomonas stutzeri on electrode; Pseudomonas stutzeri on culture; Pseudomonas stutzeri on ITO electrode; Pseudomonas stutzeri on electrode; Pseudomonas stutzeri on culture; Pseudomonas stutzeri on electrode; Pseudomonas stutzeri on The method of measuring metabolic current of microorganism is applied successfully, and the important value of geoscience is detected successfully. Raman, ESR and spectroscopic techniques are used to modulate electron transfer and molecular motion in cells. For example, the probability of success of electronic transmission system is high. An intermediate of an acidified peptide is produced during the de-esterification process. An acid-rich molecule is known to be an important part of biochemistry. The results of the analysis of electron transfer, metabolism and metabolism of microorganisms and substances, the detection of isotopic effects, the analysis of NO kinetic effects, etc. of geochemical importance, and the analysis of NO kinetic effects are discussed.

项目成果

Pseudomonas stutzeriによる細胞外電子移動と脱窒反応

施氏假单胞菌的细胞外电子转移和反硝化反应

• 发表时间: 2016
• 作者: 山田 哲也;川市 智史;松下 伸広;中村 龍平
• 通讯作者: 中村 龍平

Extracellular Electron Transfer of <i>Pseudomonas stutzeri</i> Driven by Lithotrophic and Mixotrophic Denitrification

石质营养和混合营养反硝化驱动的<i>施氏假单胞菌</i>的细胞外电子转移

• DOI: 10.5796/electrochemistry.84.312
• 发表时间: 2016
• 期刊: Electrochemistry
• 影响因子: 2.5
• 作者: Tetsuya Yamada;Satoshi Kawaichi;Akihisa Matsuyama;Minoru Yoshida;Nobuhiro Matsushita;Ryuhei Nakamura
• 通讯作者: Ryuhei Nakamura

Denitrification Triggered by Extracellular Electron Transfer

细胞外电子转移引发的反硝化

• 发表时间: 2016
• 作者: Tetsuya Yamada;Satoshi Kawaichi;Akihisa Matsuyama;Minoru Yoshida;Nobuhiro Matsushita;Ryuhei Nakamura;Tetsuya Yamada;山田 哲也;Tetsuya Yamada
• 通讯作者: Tetsuya Yamada

Bioenergetics and electron pathway of nitrate-dependent iron oxidizer Pseudomonas stutzeri

硝酸盐依赖性铁氧化剂施氏假单胞菌的生物能学和电子途径

• 发表时间: 2017
• 作者: Tetsuya Yamada;Satoshi Kawaichi;Akihisa Matsuyama;Minoru Yoshida;Nobuhiro Matsushita;Ryuhei Nakamura;Tetsuya Yamada
• 通讯作者: Tetsuya Yamada

脱窒菌が引き起こす代謝電流による同位体効果 の計測

反硝化细菌代谢电流引起的同位素效应的测量

• 发表时间: 2017
• 作者: Tetsuya Yamada;Satoshi Kawaichi;Akihisa Matsuyama;Minoru Yoshida;Nobuhiro Matsushita;Ryuhei Nakamura;Tetsuya Yamada;山田 哲也
• 通讯作者: 山田 哲也