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| ジオバクター | |
|---|---|
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| ジオバクター・サルファレデューセンス | |
科学的分類 
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| ドメイン： | 細菌 |
| 門: | テルモデサルフォバクテリオタ |
| クラス： | デスルフォロモナジア |
| 注文： | ジオバクテリア目 |
| 家族： | ジオバクテリア科 |
| 属: | ジオバクター ・ロヴリーら 1995 [1] |
| タイプ種 | |
| ジオバクター・メタリリデューセンス ラヴリーら 1995
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| 種 | |
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テキストを参照 | |
ジオバクターは細菌の属です。 ジオバクター属は嫌気呼吸細菌種であり、バイオレメディエーションに有用な能力を持っています。ジオバクターは、鉄、放射性金属、石油化合物などの有機化合物や金属を、電子受容体として酸化鉄やその他の利用可能な金属を使用してに無害な二酸化炭素に酸化する能力を持つ最初の生物であることがわかりました。 [2]ジオバクター属はグラファイト電極上で呼吸できることもわかっています。 [3]土壌や水生堆積物の嫌気性条件で発見されています。 [4]
歴史
ジオバクター・メタリリデューセンスは、 1987年にデレク・R・ラヴリーによってワシントンDCのポトマック川の砂の堆積物から初めて分離されました。最初の株はGS-15株とみなされました。 [5]
カナダのオンタリオ州にある「ビーン」リングと「ソーン・ノース」リングのサンプルには、ジオバクター属細菌やメタン酸化細菌（カンディダトゥス・メチロミラビリス、メチロバクターなど）が非常に豊富に含まれていました。[6]
種
現在認められている種は、命名法で定められた原核生物名のリスト（LPSN）に基づいています。[1]
- ジオバクター・アノディレデューセンス サン他 2014
- ジオバクター・アルギラセウス・ シェロボリナ他 2007
- ジオバクターベンゾアティリティ カス ヤンら 2022
- ジオバクター・グラビシアエ コーツら 2001
- ジオバクター・ハイドロジェンフィルス ・コーツら 2001
- ジオバクター・ロブレイ・ ソン他 2009
- ジオバクター・メタリリデューセンス Lovley et al. 1995
- ジオバクター・ピカリングイ・ シェロボリナ他 2007
- ジオバクター・サイクロフィラス ネビンら 2005
- ジオバクター・ソリ 周ら 2014
- ジオバクター・サルファレデューセンス Caccavo et al. 1995
- Geobacter thiogenes (De Wever et al. 2001) Nevin et al. 2001 2007年
代謝メカニズム
かなり長い間、[いつから? ] Geobacter属には金属イオンを還元するために利用できるc-シトクロムが欠如していると考えられていたため、金属イオンを末端電子受容体(TEA)として使用するには直接物理的に接触する必要があると想定されていました。 [7] Geobacter属における高導電性ピリの発見と、それを生物学的ナノワイヤとして使用するという提案は、この見解をさらに強化しました。[7]しかし、最近の発見により、Geobacter uraniireducensなどの多くのGeobacter属は、高導電性ピリを持たないだけでなく、金属イオンを TEA として利用するために直接物理的に接触する必要がないことが明らかになりました。これは、 Geobacter属には多種多様な細胞外電子伝達機構があることを示唆しています。[8]たとえば、電子を輸送するもう 1 つの方法は、 Geobacter sulfurreducensで観察されるキノンを介した電子シャトルです。[9]
観察された別の代謝現象は、ジオバクター 種間の協力であり、これは複数の種が協力して、それぞれ単独では処理できない化学物質の混合物を代謝するものである。エタノールとフマル酸ナトリウムを与えられたG. metallireducensはエタノールを分解し、過剰の電子を生成し、両者の間に成長したナノワイヤを介してG. sulfurreducensに渡され、 G. sulfurreducensがフマル酸イオンを分解できるようにした。[10]ナノワイヤは金属のような導電性を持つタンパク質でできている。[11]
アプリケーション
生分解とバイオレメディエーション
ジオバクターは石油由来の汚染物質や放射性物質を二酸化炭素とともに消費する能力があり、地下の石油流出の環境浄化や地下水からのウランの沈殿に利用されてきた。 [12] [13] ジオバクターは汚染物質との間に導電性の線毛を作り、それを電子源として利用することで物質を分解する。[14]
難分解性有機汚染物質の微生物による生分解は、環境上非常に重要であり、興味深い新しい生化学反応を伴う。特に、炭化水素およびハロゲン化化合物は長い間嫌気性分解可能であるかどうか疑われてきたが、これまで知られていなかった嫌気性炭化水素分解細菌および還元脱ハロゲン細菌の分離により、自然界でのこれらのプロセスが記録された。それぞれの代謝経路を可能にする新しい生化学反応が発見されたが、これらの細菌の分子論的理解の進歩は、それらのほとんどに遺伝子系が存在しなかったために遅れていた。しかし、後にそのような細菌の完全なゲノム配列がいくつか利用可能になった。炭化水素分解および鉄還元種であるG. metallireducens （アクセッション番号NC_007517）のゲノムは、2008年に決定された。ゲノムから還元脱ハロゲン酵素の遺伝子が存在することが明らかになり、脱ハロゲン化スペクトルが広いことが示唆された。さらに、ゲノム配列は還元的脱ハロゲン化の進化とニッチ適応のためのさまざまな戦略についての洞察を提供した。[15]
地下環境における細胞外電子伝達が重要なバイオレメディエーションプロセスである場合、ジオバクター属は優勢な生物であることが多い。そのため、ジオバクター属によるバイオレメディエーションを理解し最適化するためのシステム生物学アプローチが開始され、その最終目標は、多様な地下条件下でのジオバクター属の成長と代謝を予測できるインシリコモデルの開発である。複数のジオバクター属のゲノムが配列決定されている。1つの種、G. sulfurreducensについて詳細な機能ゲノム/生理学的研究が実施された。さまざまな環境条件下での生理学的反応を予測できる、いくつかのジオバクター属のゲノムベースのモデルが利用可能である。インサイチュウランバイオレメディエーション中の遺伝子転写レベルの定量分析により、地下でのジオバクターのインサイチュ代謝速度とインサイチュ代謝状態を追跡できることが実証された。 [16]
バイオフィルムの導電性
G. sulfureducensなどの多くのジオバクター属菌は、細胞外電子伝達のために微生物燃料電池の陽極上に厚いバイオフィルムのネットワークを形成する能力がある。 [17]バイオフィルム内のシトクロムは線毛と結合してナノワイヤと呼ばれる細胞外構造を形成し、バイオフィルム全体で細胞外電子伝達を促進する。[18]これらのシトクロムは微生物だけでなく、バイオフィルム内に存在する他の還元型シトクロムからも電子を受け取る。[18]
これらの電子が陽極に移動するのと細胞内の有機廃棄物の酸化が結びつくと、電流が発生します。[18]以前の研究では、ジオバクターバイオフィルムの高い導電性を利用して微生物燃料電池に電力を供給し、有機廃棄物から電気を生成できることが提案されています。[19] [20]特に、G. sulfureducens は、研究者がこれまでに in vitro で測定できた微生物燃料電池の電流密度の最高記録の 1 つです。 [20]この能力はバイオフィルムの導電性に起因するもので、導電性の高いバイオフィルムは微生物燃料電池の高電流密度と正の相関関係にあることが判明しています。[19]
現時点では、発電目的の微生物燃料電池の開発は、他の電源に比べて効率が悪いことと、細胞外電子伝達に関する理解が不十分なことが部分的に制限となっている。[21]そのため、多くの研究者が現在、バイオフィルムの導電性を利用してさらに高い電流密度を生み出す方法を研究している。低 pH 環境では酸化還元電位が変化し、微生物からシトクロムへの電子伝達が阻害されることがわかっている。[18]さらに、バイオフィルムは温度が下がると導電性が低下することがわかっているが、温度を再び上げると、悪影響なしにバイオフィルムの導電性を回復できる。[22]ジオバクター属の菌類に線毛や鞭毛があると、より効率的な電子伝達が可能になり、電流生成が増加することが判明している。[23]これらのさまざまな要因を微調整することで、最大限の電力を生成し、将来的にバイオレメディエーションを最適化することができる。[21]
ニューロモルフィックメモリスタ
マサチューセッツ大学アマースト校の研究では、ジオバクターのバイオフィルムを細いナノワイヤストランドに切断して神経形態記憶（メモリスタ）に利用しました。[24]ナノワイヤストランドは、人間の脳のニューロンと同様の低電圧を伝導します。デレク・ラヴリーとの共著論文で、ジュン・ヤオは、彼のチームが「ナノワイヤメモリスタシナプスの導電性、または可塑性を調整して、脳にヒントを得たコンピューティングの生物学的コンポーネントをエミュレートできる」と述べています。[25]この画期的な観察は、1ボルト未満のレベルで電圧活動を監視したときに行われました。
系統発生
現在受け入れられている分類法は、原核生物の命名法リスト（LPSN）[1]と国立生物工学情報センター（NCBI）[26]に基づいています。
不確実な種:
- 「Ca.G.eutrophica」corrig。メイら。 2018年
- 「G. ヘファイスティウス」ヤンセン 2004
- 「G. humireducens」ホームズら 2003
大衆文化
ジオバクターは微生物の電気発生や微生物燃料電池について教えるための象徴となり、学生や愛好家が利用できる教育キットにも登場しています。[33] ジオバクターはペルーのアマゾンで電極グリッドを介して電気を生成するためにも使用されています。[要出典]
参照
参考文献
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外部リンク
- LPSN、属: ジオバクター
- 「Geobacter プロジェクト」。2009 年 5 月 3 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2005 年8 月 13 日閲覧。
- 微生物による生分解、バイオレメディエーション、バイオトランスフォーメーション
- 感動的なソリューション