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電気で生きる微生物を初めて特定 | 理化学研究所
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図1 A.ferrooxidansの顕微鏡像
鉄酸化菌の一種であり、電気エネルギーを利用して栄養分を作り出す微生物であるA.ferrooxidansの顕微鏡像。電気エネルギーを使って、二酸化炭素を有機物に作り変える。
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図2電気化学反応容器へのA.ferrooxidansの細胞添加による電流生成の確認
赤線は細胞あり、青線は細胞無しの結果を示す。細胞添加直後からマイナスの電流が上昇し、紫外線照射（黒線）後徐々に電流が減少したことが分かる。
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図3 微小の電力を使って生きる生物の代謝経路
細胞内に存在する分岐型電子伝達系を昇圧回路として利用。それにより、わずか0.3 Vの電位差を1.14 Vまで高め、二酸化炭素から有機物を作り出す。
要旨
理化学研究所環境資源科学研究センター生体機能触媒研究チームの中村龍平チームリーダー、石居拓己研修生（研究当時）、東京大学大学院工学系研究科の橋本和仁教授らの
共同研究チームは、電気エネルギーを直接利用して生きる微生物を初めて特定し、その代謝反応の検出に成功しました。
一部の生物は、生命の維持に必要な栄養分を自ら合成します。栄養分を作るにはエネルギーが必要です。例えば植物は、太陽光をエネルギーとして二酸化炭素からデンプンを合成します。
一方、太陽光が届かない環境においては、化学合成生物と呼ばれる水素や硫黄などの化学物質のエネルギーを利用する生物が存在します。二酸化炭素から栄養分を作り出す生物は、
これまで光合成か化学合成のどちらか用いていると考えられてきました。
共同研究チームは、2010年に太陽光が届かない深海熱水環境に電気を非常によく通す岩石が豊富に存在することを見出しました。そして、電気を流す岩石が触媒となり、海底下から噴き出る
熱水が岩石と接触することで電流が生じることを発見しました注1),注2）。これらを踏まえ、海底に生息する生物の一部は光と化学物質に代わる第3のエネルギーとして電気を利用して生きている
のではないかという仮説を立て、本研究を実施しました。
共同研究チームは、鉄イオンをエネルギーとして利用する鉄酸化細菌の一種であるAcidithiobacillus ferrooxidans(A.ferrooxidans)[1]に着目し、鉄イオンは含まれず、電気のみがエネルギー源と
なる環境で細胞の培養を行いました。その結果、細胞の増殖を確認し、細胞が体外の電極から電子を引き抜くことでNADH[2]を作り出し、ルビスコタンパク質[3]を介して二酸化炭素から有機物を
合成する能力を持つことを突き止めました。さらにA.ferrooxidansは、わずか0.3V程度の小さな電位差を1V以上にまで高める能力を持ち、非常に微弱な電気エネルギーの利用を可能にしていることが
分かりました。
本研究は、電気が光と化学物質に続く、地球上の食物連鎖を支える第3のエネルギーであることを示しました。今後、深海底に広がる電気に依存した生命圏である電気生態系を調査する上で
重要な知見になると期待できます。成果は、スイスのオンライン科学雑誌『Frontiers in Microbiology』（9月25日付け：日本時間9月25日）に掲載されます。
注1) R. Nakamura, T. Takashima, S. Kato, K. Takai, M. Yamamoto, K. Hashimoto, “Electrical Current Generation across a Black Smoker Chimney”, Angewandte Chemie-International
Edition, 2010, 49, 7692-7694.
注2) 2013年9月25日プレスリリース 「Natural deep-sea batteries」
（以下略）