理研、電気をエネルギーにして生きる微生物を発見

理化学研究所(理研)は9月25日、電機エネルギーを直接利用して生きる微生物を特定したと発表した。

同成果は理研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によるもの。9月25日付のオンライン科学誌「Frontiers in Microbiology」に掲載された。

一部の生物は生命維持に必要な栄養分を自ら合成するが、そのためにはエネルギーが必要となる。これまで、二酸化炭素から栄養分を作り出し食物連鎖の出発点となる生物は、太陽光をエネルギーとする光合成生物、水素や硫黄などの化学物質のエネルギーを利用する化学合成生物のどちらかだと考えられてきた。

一方、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し、その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。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いた。

今回の研究では電気で生きる微生物の特定を目指し、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)に着目し、鉄イオンが含まれず、電気のみがエネルギー源となる環境で細胞の培養を行った。その結果、A.ferrooxidansは細胞が体外の電極から電子を引き抜くことで電子伝達体物質「NADH」を作り出し、二酸化炭素を取り込み糖を合成する「ルビスコタンパク質」を介して二酸化炭素から有機物を合成する能力を有していることがわかった。さらに、0.3V程度の小さな電位差を1V以上までに高める能力も持ち、微弱な電気エネルギーの利用を可能としていることも判明した。

同研究チームは、この結果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すと同時に、二酸化炭素の固定反応に関わる微生物代謝の多様性を示すものとしており、微小電力の利用という観点からも新たな知見を提供するものだとしている。

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。