電気化学と一細胞解析によって見出された新規嫌気アンモニア酸化代謝の機構解明

通过电化学和单细胞分析阐明新型厌氧氨氧化代谢机制

基本信息

批准号：
18J11933
负责人：
齋藤淳貴
金额：
$ 1.34万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、まず生成物の分析を行った。前年度の結果より、S. oneidensis MR-1は電流生成と共役したアンモニア酸化により一酸化窒素(NO)を作ることが示唆された。この結果を裏付けるため、電極が利用できる系と利用できない系において培地中のNH4+濃度変化を観測した。その結果、電極が利用できる系でのみNH4+濃度の減少が見られた。さらに、NOと特異的に反応して蛍光物質に変化する試薬DAF-2 DAを用いて、細胞内でNOの蓄積が生じている個体の割合を観測すると、NH4+を含まない系、及び電極が利用できない系におけるNO蓄積個体の割合は、そうでない系に比べて有意に減少した。以上より、NOは電流生成と共役したアンモニア酸化により生じていることが示された。続いて、アンモニア酸化反応に関わる遺伝子について検討した。既存の研究において、機構は不明であるものの、MR-1は亜硝酸(NO2-)からNOを生成することが報告されている。さらに、MR-1はNO2-をNH4+へと還元する酵素NrfAを持つ。以上に基づき、NrfAによる逆反応がMR-1のアンモニア酸化に関与する可能性を検討した。NrfAをコードする遺伝子nrfAを持たない遺伝子欠損株ΔnrfAを作成し、アンモニア酸化による電流生成を測定すると、MR-1の添加後約20時間は電流生成が見られなかったが、その後野生株の半分ほどの電流生成が見られた。また、電流値増加前は細胞内でのNO蓄積が見られなかったが、電流値生成中には野生株と同等のNO蓄積が見られた。これらの結果より、NrfAはアンモニア酸化に必須ではないものの、何らかの形で反応に関与していることが示唆された。本研究の結果は、省エネルギー型の廃水処理技術に、アンモニアの処理という新たな機能を付与する他、地球上の窒素循環に関する現状の理解に対し新たな示唆を与える。

今年，我们首先分析了产品。上一年的结果表明，Oneidensis MR-1链球菌通过与当前一代结合的氨氧化产生一氧化氮（NO）。为了支持这一结果，在可用电极的系统中观察到介质中NH4+浓度的变化，并且在其中无法使用电极。结果，仅在可用电极的系统中观察到NH4+浓度的降低。此外，当使用试剂DAF-2 DA在细胞内发生无积累的个体的比例，该试剂对不转化为荧光物质的试剂反应，与不含NH4+的系统中不存在NH4+的系统中没有积累的个体相比，与不含NH4+的系统相比，没有可用的电极可显着降低。从上面，可以证明NO是由与当前一代结合的氨氧化产生的。接下来，我们研究了参与氨氧化反应的基因。现有研究报告说，MR-1来自亚硝酸盐（NO2-），尽管该机制尚不清楚。此外，MR-1具有将NO2-降低到NH4+的酶NRFA。基于上述，我们研究了与NRFA的反应可能与MR-1的氨氧化有关的可能性。当制备不包含编码NRFA的NRFA的基因缺陷菌株ΔNRFA，并测量由于氨氧化而引起的当前产生，在添加MR-1后约20小时内没有观察到电流产生，但是在此之后，观察到当前野生菌株的大约一半。此外，在当前值增加之前，没有在细胞中观察到没有观察到的积累，但是在当前价值产生过程中观察到的野生菌株的积累没有相同的积累。这些结果表明，尽管NRFA对于氨氧化不是必不可少的，但它以某种方式参与了反应。这项研究的结果为节能废水处理技术提供了氨处理的新功能，并为了解地球上氮循环的当前状态提供了新的建议。

项目成果

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专利数量（0）

Bioelectrochemical Interface Engineering (Electrochemical Techniques and Applications to Characterize Single‐ and Multicellular Electric Microbial Functions)

生物电化学界面工程（表征单细胞和多细胞电微生物功能的电化学技术和应用）

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Junki Saito;Muralidharan Murugan;Xiao Deng;Alexis Guinen;Waheed Miran;Akihiro Okamoto
通讯作者：
Akihiro Okamoto

Simultaneous analysis of single-cell metabolic pathways and bacterial activity with nanoscale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS)

使用纳米级二次离子质谱 (NanoSIMS) 同时分析单细胞代谢途径和细菌活性

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Minsoo Park;Akira Umise;Masaki Tahara;Hideki HOSODA;岡本章玄齋藤淳貴
通讯作者：
岡本章玄齋藤淳貴

Improvement of Electrochemical Conditions for Detecting Redox Reaction of K3[Fe(CN)6] toward the Application in Norovirus Aptasensor

K3[Fe(CN)6]氧化还原反应电化学检测条件的改进及其在诺如病毒适体传感器中的应用

DOI：
10.5796/electrochemistry.20-00017
发表时间：
2020
期刊：
Electrochemistry
影响因子：
2.5
作者：
HIRANO Seiya;SAITO Junki;YUKAWA Tomoki;SANO Daisuke;OKAMOTO Akihiro;OKABE Satoshi;KITAJIMA Masaaki
通讯作者：
KITAJIMA Masaaki

“Chapter 3: Electrochemical techniques and application to characterize single- and multi-cellular electric microbial functions” in “Bioelectrochemical Interface Engineering”

《生物电化学界面工程》中的“第三章：表征单细胞和多细胞电微生物功能的电化学技术及其应用”