報告書番号

V08040

タイトル（和文）

電気による微生物の制御（その１２）-電位調整が硫酸還元菌の生物活性に与える効果-

タイトル（英文）

Electrochemical control of bacteria (Part12) -Effect of redox control on sulfate reducing bacteria-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

微生物は、呼吸・発酵・光合成の過程で起こる電子の授受反応からエネルギーを獲得して生命を維持している。当所では、電気化学的に生育環境の酸化還元電位を微生物に好適な値に調整することで微生物の増殖を促進する新規な培養法を提案している。しかし、その増殖活性化機構は不明であり、そこで本報告では機構解明を目指し、電位印加時におこる細胞内の変化を解析した。好適な電位の印加が硫酸還元菌の呼吸反応に与える影響を、呼吸に関わる酵素群の質（反応速度）の変化および量の変化の観点から解析をおこなった。硫酸還元菌Desulfovibrio desulfuricans の硫酸還元および乳酸分解反応の速度は硫酸還元菌に好適な電位（-0.7V vs Ag/AgCl）印加時に非通電時と比較して約1.5倍向上した。次に好適な電位を印加しながら培養した硫酸還元菌と通常の培養法により培養した硫酸還元菌の遺伝子転写解析をおこなったところ、培養初期において通電の効果が顕著に表れ生育に関わる遺伝子の転写が活性化されていることが分かった。さらに細胞内のエネルギー生産に好適電位の印加が与える影響を解析した結果、通電により培養初期においてエネルギー生産が活性化されていることが明らかとなった。以上の知見により、硫酸還元菌に好適な電位環境を調整することにより呼吸活性を向上させ、エネルギー生産を活性化させることで微生物の増殖が促進されるという機構を提示した。

概要 （英文）

Growths of microorganisms which have many oxidation/reduction reactions have been shown to be influenced by redox-potential in cultures. We have previously described a novel cultivation method for stimulating the growth of the sulfate-reducing bacterium Desulfovibrio desulfuricans by regulating the electrochemical redox potential below –0.6 V. The growth of the bacterium with electrolysis induced 15 hours earlier compared to that without electrolyis. However, the mechanism by which electrolysis activated the growth of D. desulfuricans remained unclear. In order to understand the mechanism underlying the stimulation of microbial growth by electrolysis, we first determined the transcriptional level of genes during early-log phase or mid-log phase by quantitative PCR method, with and without the regulation of electrochemical redox potential. Transcription of genes for respiration, such as dsrA and hydA, was induced and enhanced by particularly regulating the redox potential during the early-log phase. Secondary, redox-potential dependence of respiration rate (lactate degrading and sulfate reducing activities) was investigated. Regulation of redox potential around -0.7V increased the respiration rate by 1.5times. Thirdly, induction of genes for respiration and activation of enzymatic activity for respiration induced the early initiation of ATP synthesis in D. desulfuricans cell by electrolysis. These data suggested that ATP synthesis activated by electrolysis shorten the lag phase of the growth of D. desulfuricans.

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