課題番号 ：S-17-CT-0098
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：微生物と固相表面との相互作用の解明
Program Title (English) ：Elucidation of the interaction of microbial cells with solid surfaces
利用者名（日本語） ：五十嵐健輔1)
Username (English) ：K. Igarashi1)
所属名（日本語） ：1) 産業技術総合研究所北海道センター　生物プロセス研究部門
Affiliation (English) ：1) Bioproduction Research Institute, National Institute of Advanced
Industrial Science & Technology (AIST).

１．概要（Summary）
微生物と固体表面との間で生じる相互作用を解析することは、微生物の生理の理解および生物工学的な利用の観点から重要である。本研究では、グラフェンや酸化鉄などの電気伝導性（または電子受容性）固相との間で電子を授受(細胞外電子伝達)できる微生物を対象に、固相への付着率や様式、および固相の相変換を解析することで、微生物と固相間の相互作用を解明することを目的とする。

２．実験（Experimental）
(1)微生物とグラフェンとの相互作用
高い細胞外電子伝達能が報告されているGeobacter属細菌を、異なる官能基を有する各種グラフェンの存在下で培養した。培養後に得られた微生物とグラフェンとの複合体を化学固定し、電界放出型走査電子顕微鏡(JEOL JSM-7800F、千歳科技大NP登録)で観察した。
(2)微生物と酸化鉄との相互作用
Geobacter属細菌とは異なる細胞外電子伝達機構をもつことが示唆されている酢酸生成菌(Sporomusa sp. GT1株)をアモルファス酸化水酸化鉄(FeO(OH))の存在下で培養し、培養後に生じた鉱物をX線回折装置(RIGAKU RINT2000、千歳科技大NP登録)で分析した。

３．結果と考察（Results and Discussion）
(1)微生物とグラフェンとの相互作用
Geobacter属の細菌を、表面に電子受容性の官能基を豊富にもつ酸化グラフェンの存在下で培養した場合、菌体が酸化グラフェン表面に高密度で付着している様子が観察された(図1)。また、菌体は表面から分泌された細胞外多糖と思われる物質を介してグラフェン表面と結合しており(図1、 矢印)、菌体が能動的に表面に付着したことが示唆された。一方で、官能基が既に還元された酸化グラフェンや疎水基をもつグラフェンを用いた場合、菌体の付着量は著しく減少した。以上から、細胞外電子伝達能をもつ菌体のグラフェンへの付着は、表面の官能基を変化させることで容易に制御できることが示唆された。
(2)微生物と酸化鉄との相互作用
酢酸生成菌の増殖に伴い、培地中の二価鉄濃度が上昇しアモルファス酸化水酸化鉄の還元が観察された。培養後の沈殿をX線回折装置で分析した結果、この沈殿にはマグネタイト(Fe3O4)が含まれていることが明らかになり、酢酸生成菌は鉱物の相変換能力をもつことが初めて明らかになった。

４．その他・特記事項（Others）
本研究の遂行にあたり、千歳科学技術大学の河野敬一先生、山崎郁乃様から多大なご協力を賜りました。この場を借りて深く御礼申し上げます。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
1. 五十嵐健輔、加藤 創一郎 「酢酸生成菌による固体状酸化鉄の還元とその機構解明」、環境微生物系学会合同大会2017(宮城)、 平成29年9月28日

６．関連特許（Patent）
なし。