報告書番号

V10028

タイトル（和文）

電気を用いた革新的微生物変換技術の開発（その２）-ブタノール生産微生物の電気による制御-

タイトル（英文）

Development of novel biorefining technology with electrolysis (Part II) - Electrochemical regulation of butanol production -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

低炭素循環型社会実現のため微生物機能を利用したバイオ燃料など有用物質の効率的生産技術の開発が重要な課題となっている。次世代バイオ燃料として注目されているブタノールの微生物による生産プロセスはその生産性の低さが問題となっている。これまでに当所では電気を用いて微生物の代謝活性化を図る電気培養法の開発を行ってきた。そこで、本報告では電気培養法をブタノール生産微生物Clostridium acetobutylicumに適用し、代謝における電子の流れを制御し、ブタノール生産性を向上させ手法の立証を目的とした。まず、C. acetobutylicum の電気培養に適した電子媒体の選定を進めたところ、メチルビオロゲンの添加によりC. acetobutylicumの生育は阻害されたが、ブタノールの収率を向上可能であることが明らかとなった。+0.6Vの電位を印加し、C. acetobutylicumによって還元されたメチルビオロゲンを電極上で酸化しながら電気培養を行ったところ、生育阻害が解消され、ブタノール生産性がさらに向上した。以上、わずかな電気エネルギー投入によりブタノール生産微生物の代謝を制御し、ブタノール生産性を向上する新規代謝制御法を見出した。

概要 （英文）

For the construction of a sustainable society, it is important to develop a technology by which microorganisms can effectively convert biomass into biofuels and valuable materials (e.g., ethanol, butanol, and methane). To date, an electrochemical cultivation system to increase the growth and activity of specific microorganisms in natural environments has been developed. We used this system for a butanol-producing bacterium, Clostridium acetobutylicum, and verified the effects of electrolysis on the butanol-producing pathway. First, we found an electron carrier, methyl viologen (MV), suitable for electron transfer between a working electrode and the butanol-producing pathway. Addition of MV as electron carrier was found to increase the butanol yield and inhibit the growth of this bacterium. Reoxidation of the reduced MV during the growth of C. acetobutylicum on a working electrode at +0.6 V and +0.3 V (vs. Ag/AgCl) considerably activated the growth of this bacterium and butanol production. Moreover, butanol production by the resting cells of C. acetobutylicum increased approximately 2 times by the application of an electrochemical potential of +0.6 V. We proposed the novel electrochemical cultivation system for biorefinery processes, by which increase in the growth of C. acetobutylicum and butanol yield can be achieved.

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