地下生命圏における炭素循環研究の深化ー微生物代謝速度の定量化ー

生命活動の根幹は「電子の授受」による代謝である。従来の生物学的、分析化学的手法では、生命活動の「静止画」を一時的な物質の存在量から観測することしか出来ておらず、実際の自然環境における生命活動の『速度』を動的に直接捉える方法は皆無である。本研究では、微生物の細胞外電流測定を突破口に、推定すら困難な地下生命圏の微生物代謝速度測定を可能にすることを目指す。当該年度は細胞外電流を高い確度と精度で測定するための電流測定条件の構築と修飾電極の基礎となる各種分子の電極反応技術の構築を試みた。電流測定実験は、野外環境から採取した堆積物のバルク培養を中心に実施した。最適な電流測定の条件検討（電極素材・形状、印加電位など）を現在進行中で進めているところである。微生物の代謝速度（培養系の代謝産物の生成速度）と正の相関関係を示す電流測定に一部成功しており、本研究コンセプトの実現性が培養系によっては高いことを確認できている。電流測定が成功している培養系に関してはゲノム解析も進めており、次年度以降はゲノム技術と融合してさらなる技術発展に挑戦する予定である。修飾電極開発では、修飾剤の候補となる各種分子や酵素を用いた培養実験と電流測定実験や、基礎的な電気化学実験を実施した。一部の修飾電極開発では、微生物の生体分子を直接的に電極反応させることに成功している。次年度以降は、電極への各種分子や酵素の固定方法を検討し、実用可能な電極デザインを目指す予定である。

生命活動の根幹は「電子の授受」による代謝である。従来の生物学的、分析化学的手法では、生命活動の「静止画」を一時的な物質の存在量から観測することしか出来ておらず、実際の自然環境における生命活動の『速度』を動的に直接捉える方法は皆無である。本研究では、微生物の細胞外電流測定を突破口に、推定すら困難な地下生命圏の微生物代謝速度測定を可能にすることを目指す。当該年度は細胞外電流を高い確度と精度で測定するための電流測定条件の構築と修飾電極の基礎となる各種分子の電極反応技術の構築を試みた。電流測定実験は、野外環境から採取した堆積物のバルク培養を中心に実施した。最適な電流測定の条件検討（電極素材・形状、印加電位など）を現在進行中で進めているところである。微生物の代謝速度（培養系の代謝産物の生成速度）と正の相関関係を示す電流測定に一部成功しており、本研究コンセプトの実現性が培養系によっては高いことを確認できている。電流測定が成功している培養系に関してはゲノム解析も進めており、次年度以降はゲノム技術と融合してさらなる技術発展に挑戦する予定である。修飾電極開発では、修飾剤の候補となる各種分子や酵素を用いた培養実験と電流測定実験や、基礎的な電気化学実験を実施した。一部の修飾電極開発では、微生物の生体分子を直接的に電極反応させることに成功している。次年度以降は、電極への各種分子や酵素の固定方法を検討し、実用可能な電極デザインを目指す予定である。