(57)【要約】【課題】本発明は、エネルギー貯蔵物質を生成・蓄積する微生物の代謝を精密に制御することで、エネルギー貯蔵物質の生産効率を向上することが可能となるエネルギー貯蔵物質製造装置を提供する。【解決手段】本発明に係るエネルギー貯蔵物質製造装置１は、培養液４と、前記培養液４に接触している第一電極２と、前記培養液４に接触している、ガス拡散電極である第二電極３と、前記培養液４中に存在し、代謝によりエネルギー貯蔵物質を生成して蓄積する微生物と、前記微生物の代謝に関与する物質と、前記培養液外での前記第一電極と前記第二の電極との間の電気抵抗値を制御する電気抵抗制御手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液と、前記培養液に接触している第一電極と、前記培養液に接触している、ガス拡散電極である第二電極と、前記培養液中に存在し、代謝によりエネルギー貯蔵物質を生成して蓄積する微生物と、前記微生物の代謝に関与する物質と、前記培養液外での前記第一電極と前記第二の電極との間の電気抵抗値を制御する電気抵抗制御手段とを備えるエネルギー貯蔵物質製造装置。
【請求項２】
培養液と、前記培養液に接触している第一電極と、前記培養液に接触している第二電極と、前記培養液中に存在する、代謝によりエネルギー貯蔵物質を生成して蓄積する微生物と、前記微生物の代謝に関与する物質と、前記第一電極の電位を制御する電位調整手段とを備えるエネルギー貯蔵物質製造装置。
【請求項３】
前記微生物が、ラルストニア・ユートロファ（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ）である請求項１又は２に記載のエネルギー貯蔵物質製造装置。
【請求項４】
前記培養液内に存在し、前記第一電極と前記微生物との間の電子移動を媒介するメディエーターを更に備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵物質製造装置。
【請求項５】
前記第一電極上に配置されているレドックスポリマーを更に備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵物質製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の代謝を利用してエネルギー貯蔵物質を製造するエネルギー貯蔵物質製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境調和型の物質・エネルギー生産プロセスとして、バイオ燃料の製造や光合成による二酸化炭素の固定化など、生きた微生物の代謝を利用する機会は、益々増えてきている。
【０００３】
このような微生物の代謝の利用例の一つとして、代謝によりＰＨＡ（ポリヒドロキシアルカン酸）、グリコーゲン、ポリリン酸等のエネルギー貯蔵物質を生成して蓄積する微生物から、エネルギー貯蔵物質を取り出して利用することが挙げられる（特許文献１参照）。
【０００４】
例えば、ＰＨＡは生分解性、生体適合性、熱可塑性などの特性を有するバイオプラスチックであり、石油系プラスチックの代替材料として注目されている。また、微生物の代謝によりＰＨＡ等を生産するプロセスは、二酸化炭素と、糖・植物油等の再生可能炭素資源（バイオマス）とを原料とするプロセスとしても注目されている。
【０００５】
ところが、富栄養環境下では、微生物の代謝活動の多くが増殖に費やされしまい、エネルギー貯蔵物質の生成、蓄積量は著しく低下してしまう。一方、貧栄養環境下では、代謝活動の多くがエネルギー貯蔵物質の生成・蓄積に費やされるものの、微生物の増殖は著しく抑制されてしまう。このため、エネルギー貯蔵物質の生産にあたっては、微生物の増殖のためのプロセスと、エネルギー貯蔵物質の生成、蓄積のためのプロセスという、別個のプロセスが必要となってしまい、エネルギー貯蔵物質の生産効率が低くなってしまう。
【０００６】
そこで、微生物が増殖すると共に微生物によるエネルギー貯蔵物質の生成・蓄積がおこなわれるような環境を実現することで、エネルギー貯蔵物質の生産効率を向上することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、微生物の代謝を精密に制御し、更にその状態を維持することは、非常に困難であった。
【０００９】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、エネルギー貯蔵物質を生成・蓄積する微生物の代謝を精密に制御することで、エネルギー貯蔵物質の生産効率を向上することが可能となるエネルギー貯蔵物質製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るエネルギー貯蔵物質製造装置は、培養液と、前記培養液に接触している第一電極と、前記培養液に接触している、ガス拡散電極である第二電極と、前記培養液中に存在し、代謝によりエネルギー貯蔵物質を生成して蓄積する微生物と、前記微生物の代謝に関与する物質と、前記培養液外での前記第一電極と前記第二の電極との間の電気抵抗値を制御する電気抵抗制御手段とを備える。
【００１１】
本発明に係るエネルギー貯蔵物質製造装置は、培養液と、前記培養液に接触している第一電極と、前記培養液に接触している第二電極と、前記培養液中に存在する、代謝によりエネルギー貯蔵物質を生成して蓄積する微生物と、前記微生物の代謝に関与する物質と、前記第一電極の電位を制御する電位調整手段とを備えてもよい。
【００１２】
本発明において、前記微生物が、ラルストニア・ユートロファ（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ）であることが好ましい。
【００１３】
本発明に係るエネルギー貯蔵物質製造装置は、前記培養液内に存在し、前記第一電極と前記微生物との間の電子移動を媒介するメディエーターを更に備えることが好ましい。
【００１４】
本発明に係るエネルギー貯蔵物質製造装置は、前記第一電極上に配置されているレドックスポリマーを更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、代謝によりエネルギー貯蔵物質を生成・蓄積する微生物の代謝を精密に制御することができ、このためエネルギー貯蔵物質の生産効率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態によるエネルギー貯蔵物質製造装置の第一の態様を示す概略図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、微生物と第一電極とが電気的に接続されている状態を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態によるエネルギー貯蔵物質製造装置の第二の態様を示す概略図である。
【図４】実施例２における評価試験１の結果を示すグラフである。
【図５】実施例２における評価試験２の結果を示すグラフである。
【図６】実施例２における評価試験３の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態によるエネルギー貯蔵物質製造装置１は、代謝によりエネルギー貯蔵物質を生成・蓄積する微生物の代謝を精密に制御するために用いられる。
【００１８】
図１に、本実施形態によるエネルギー貯蔵物質製造装置１の第一の態様を示す。本態様によるエネルギー貯蔵物質製造装置１は、容器６、培養液４、第一電極２、第二電極３、微生物、微生物の代謝に関与する物質、並びに電気抵抗制御手段を備える。
【００１９】
容器６は培養液４を収容するために用いられる。培養液４を収容可能であれば、適宜の容器６が使用され得る。
【００２０】
培養液４は容器６内に収容されている。培養液４としては微生物の培養のための培地となる水溶液が挙げられる。培養液４の組成は微生物の種類、代謝の種類等に応じて適宜設定されるが、例えば培養液４は、ＫＨ2ＰＯ4、Ｋ2ＨＰＯ4、（ＮＨ4）2ＳＯ4、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、ＮａＣｌ，ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ、Ｎａ2Ｓ2Ｏ3・５Ｈ2Ｏ等を含有する。また、後述するように培養液４中にメディエーターとしてキノン類が添加される場合には、培養液４へのメディエーターの溶解性を向上するために、培養液４にメタノールが含まれていることが好ましい。培養液４にメタノールが含まれる場合、培養液４中のメタノールの濃度は１〜１０ｇ／Ｌの範囲であることが好ましい。
【００２１】
第一電極２は容器６内の培養液４に浸漬されている。第一電極２の材質としては、特に制限されないが、カーボン、白金等が挙げられる。
【００２２】
第二電極３はガス拡散電極であり、容器６内の培養液４と、外気とに接している。この第二電極３は、特に制限されないが、例えば、疎水性カーボンから成るガス供給層と、疎水性カーボン、親水性カーボン、及び白金等の適宜の反応触媒から成る反応層とを備え、これらの要素が積層した二層構造を有している。必要により、ガス供給層内には集電体が埋め込まれる。このような構成のガス拡散電極が用いられる場合、ガス供給層が外気に接し、反応層が培養液４に接する。
【００２３】
第一電極２と第二電極３とは、培養液４外において外部配線９を通じて接続されている。尚、必要に応じ、容器６内に隔膜が配置されることで、容器６内が第一電極２が配置されている第一電極室と、第二電極３が配置されている第二電極室とに仕切られてもよい。
【００２４】
実施形態において制御の主たる対象となる代謝は、微生物内の酸化還元雰囲気に依存する微生物の増殖と微生物によるエネルギー貯蔵物質の生成・蓄積である。微生物は培養液４中に配置されている。微生物の具体例としては、エネルギー貯蔵物質を生成・蓄積可能であれば特に制限されないが、ラルストニア・ユートロファ（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ）、アルカリゲネス・ユートロフス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｅｕｔｒｏｐｈｕｓ）、カプリアビダス・ネカトール（Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ  ｎｅｃａｔｏｒ）、アルカリゲネス・レータス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ  ｌａｔｕｓ）、プロトモナス・オレオヴォランス（Ｐｒｏｔｏｍｏｎａｓ  ｏｌｅｏｖｏｒａｎｓ）、プロトモナス・エクストルクエンス（Ｐｒｏｔｏｍｏｎａｓ  ｅｘｔｏｒｑｕｅｎｓ）、大腸菌組換え体（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ  Ｅ．ｃｏｌｉ；ＰＨＡ合成遺伝子が埋め込まれているミュータント)、アゾトバクター・ビネランジイ（ミュータント）（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ  ｖｉｎｅｌａｎｄｉｉ（ｍｕｔａｎｔ））等が、挙げられる。
【００２５】
微生物の代謝に直接的に関与する物質としては、電子源及び炭素源が挙げられる。これらの物質は培養液４中に存在する。
【００２６】
電子源は微生物の代謝に関与してこの微生物の代謝系に入る電子を放出する物質である。第一電極２がアノードとして機能する場合における電子源としては、微生物の種類及び代謝の種類にもよるが、グルコース、フルクトース、乳酸などの有機物、水素、亜硫酸などが挙げられる。微生物の代謝の過程でこの電子源から微生物体内に電子が注入され、この電子の少なくとも一部が微生物体内の酸化還元反応を介して第一電極２へ移動することで、第一電極２がアノードとして機能する。
【００２７】
炭素源としては、微生物の種類及び代謝の種類にもよるが、グルコース、フルクトース、乳酸などの有機物、および二酸化炭素などが挙げられる。尚、電子源が、同時に炭素源としても機能する物質であってもよい。
【００２８】
微生物は、培養液４内に存在することで第一電極２と電気的に接続されている。「電気的に接続されている」とは、微生物の体内電子移動系と第一電極２との間の電子移動が確保されていることをいう。微生物が第一電極２と接触している場合は、それにより微生物と第一電極２との間の電子移動が確保され、このため両者は電気的に接続されている。微生物が第一電極２とは離れた位置に存在する場合でも、微生物の体内電子移動系と第一電極２との間の電子移動が培養液２中の電解質、メディエータなどにより間接的に確保されていれば、微生物と第一電極２とは電気的に接続されている。
【００２９】
図２（ａ）は、微生物５（５１，５２，５３）と第一電極２とが電気的に接続されている状態の例を、概念的に示している。図２（ａ）において、微生物５１は第一電極２と直接接触していることで第一電極２と電気的に接続されている。微生物５２はメディエータを介して第一電極２と電気的に接続されている。尚、図２（ａ）（図２（ｂ）においても同様である）中、Ｓｈはシャトル分子（メディエーター分子）を示し、Ｓｈoxはシャトル分子の酸化体を、Ｓｈredはシャトル分子の還元体を、それぞれ示す。微生物５３は、この微生物５３が有する伝導性微生物ナノワイヤー５０１が第一電極２に接触することにより、第一電極２と電気的に接続されている。尚、伝導性微生物ナノワイヤー５０１とは、微生物５３が備える電気伝導性の毛（鞭毛など）であり、これが電線のように機能して微生物５３の体内電子移動系から電子を取り出し、或いは体内電子移動系へ電子を取り入れることが知られている。
【００３０】
図２（ｂ）も、微生物５（５４，５５，５６）と第一電極２とが電気的に接続されている状態の例を、概念的に示している。この例では、第一電極２の表面上にレドックスポリマーの層７が形成されている。微生物５４はレドックスポリマーの層７と接触しており、それにより微生物５４の体内電子移動系と第一電極２との間の電子移動がレドックスポリマーによって確保され、このため両者は電気的に接続されている。微生物５５は第一電極２とは離れた位置に存在するが、この微生物５５の体内電子移動系とレドックスポリマーの層７との間の電子移動が培養液２中のメディエータにより間接的に確保されていることで、微生物５５と第一電極２とが電気的に接続されている。微生物５６は、この微生物５３が有する伝導性微生物ナノワイヤー５０１がレドックスポリマーの層７に接触することにより、第一電極２と電気的に接続されている。
【００３１】
メディエータ及びレドックスポリマーについて、更に詳しく説明する。
【００３２】
メディエーターは、第一電極２と微生物との間の電子移動を媒介する物質であり、特に培養液４中に分散又は溶解して存在する物質である。メディエーターとしては、特に制限されないが、フェリシアン化カリウム、ｐ−ベンゾキノン、ビタミンＫ３（２−メチル−１，４−ナフトキノン）、ジクロロフェノールインドフェノール（ＤＣＩＰ）、メチルビオロゲン、ニュートラルレッド、ＨＮＱ（２−ヒドロキシ−１，４−ナフトキノン）等から選択される化合物が挙げられる。メディエーターとして一種類の化合物のみが用いられてもよいし、二種類以上の化合物が併用されてもよい。エネルギー貯蔵物質製造装置１がこのようなメディエーターを備えると、第一電極２と、この第一電極２から離れた位置に存在する微生物との間の電気的相互作用が強められ、このため微生物の代謝が更に制御されやすくなる。
【００３３】
レドックスポリマーは、酸化還元能に基づく電子伝達メディエーター機能を備えるポリマーである。レドックスポリマーとしては、オスミウム配位ポリマーが挙げられる。オスミウム配位ポリマー（オスミウムポリマー）とは、オスミウム錯体がポリマーに担持されたものであり、オスミウム錯体の酸化還元能に基づく電子伝達メディエーター機能を備えている。オスミウム配位ポリマーの具体例としては、ＰＶＩ15−ｄｍｅＯｓ(Ohara et al., Analytical Chemistry, 1994, 64: 2451-2457)、ＰＶＰ−［Ｏｓ（Ｎ，Ｎ’−ｄｉａｌｋｙｌａｔｅｄ−２，２’−ｂｉｉｍｉｄａｚｏｌｅ）3］2+/3+a（Fei Mao et al., J. AM. CHEM. SOC. 2003, 125, 4951-4957）、ＰＶＩ−［Ｏｓ（４，４’−ｄｉａｍｉｎｏ−２，２’ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ）2Ｃｌ］+／２+（Fei Mao et al., J. AM. CHEM. SOC. 2003, 125, 4951-4957）などが挙げられる。レドックスポリマーは第一電極２の表面上に存在し、このため第一電極２はレドックスポリマーの層７で覆われている。
【００３４】
特にレドックスポリマーとしてオスミウム配位ポリマーが適用されると、オスミウム配位ポリマーの酸化還元電位は微生物内のキノンプールの酸化還元電位に近く、このためオスミウム配位ポリマーと微生物のキノンプールとの間では電子が移動し易くなる。またオスミウム配位ポリマーにおいては、オスミウムに配位している配位子の構造が変えられると、この配位子の電子吸引性が変化し、これによりオスミウム配位ポリマーの酸化還元電位が変動する。このため配位子の構造を適宜選択することでオスミウム配位ポリマーの酸化還元電位を調節することが容易であり、これによりオスミウム配位ポリマーと微生物内のキノンプールとの間で電子が更に移動しやすくすることも容易である。このため、本実施形態のように第一電極２の表面上にオスミウム配位ポリマーの層７が存在すると、第一電極２と微生物との間の電気的相互作用が強められ、このため微生物の代謝が更に制御されやすくなる。
【００３５】
尚、エネルギー貯蔵物質製造装置１はメディエーター及びレドックスポリマーを備えなくてもよいが、微生物の代謝が容易に制御されるためにはエネルギー貯蔵物質製造装置１がメディエーター及びレドックスポリマーのうち少なくとも一方を備えることが好ましい。エネルギー貯蔵物質製造装置１がメディエーター及びレドックスポリマーを共に備えるならば更に好ましい。
【００３６】
電気抵抗制御手段は、培養液４外での第一電極２と第二電極３との間の電気抵抗（すなわち、外部配線９の電気抵抗）を制御する手段である。電気抵抗制御手段は、例えば適宜の可変抵抗器１０から構成される。
【００３７】
以上のように構成される本実施形態に係るエネルギー貯蔵物質製造装置１では、微生物の代謝が生じると、例えば培養液４内の有機物等が電子源として機能する場合に、有機物から電子が微生物体内に注入され、微生物は代謝による生成物としてＰＨＡ（ポリヒドロキシアルカン酸）、グリコーゲン、ポリリン酸等のエネルギー貯蔵物質を生成して蓄積し、或いは微生物が代謝により増殖する。有機物から注入された電子の少なくとも一部は微生物から直接又は培養液４内の電解質、メディエーター、レドックスポリマーなどを介して第一電極２へ移動し、更に外部配線９を通じて第二電極３へ移動する。第二電極３上では１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏという還元反応が起こり、第二電極３から電子が酸素へ移動する。
【００３８】
このようなエネルギー貯蔵物質製造装置１において、電気抵抗制御手段により外部配線９での第一電極２と第二電極３との間の電気抵抗が制御されると、外部配線９を通じた第一電極２と第二電極３との間の電圧降下量が変動し、それに応じて、ガス拡散電極である第二電極３の電極電位はほぼ一定に保たれるものの、第一電極２の電極電位は変動する。それによって微生物の代謝が制御される。すなわち電気抵抗制御手段が制御されることで第一電極２の電位が変化すると、それに伴って微生物の代謝が促進され、或いは抑制される。その理由は、第一電極２の電位が変化すると、メディエーターあるいはレドックスポリマーの酸化体／還元体比、ひいては微生物体内の酸化還元雰囲気が、連動して変化するためであると推察される。このように微生物体内の酸化還元雰囲気が変化すると、この微生物体内の酸化還元雰囲気に依存する代謝が、促進され或いは抑制される。このため、電気抵抗制御手段を制御することで、例えば微生物がラルストニア・ユートロファである場合には、ラルストニア・ユートロファがＰＨＢ（ポリヒドロキシ酪酸）を生成・蓄積すると同時に、ラルストニア・ユートロファが増殖するような環境を実現することができる。このような環境を実現するための、電気抵抗制御手段による好ましい電気抵抗値は、系の幾何学的構造等に大きく依存し、系に応じて適宜設定される。また、ラルストニア・ユートロファ以外の微生物の場合も、微生物がエネルギー貯蔵物質を生成・蓄積すると同時に、この微生物が増殖するような環境を実現することが可能となる。
【００３９】
図３に、本実施形態によるエネルギー貯蔵物質製造装置１の第二の態様を示す。本態様によるエネルギー貯蔵物質製造装置１は、容器６、培養液４、第一電極２、第二電極３、微生物、微生物の代謝に関与する物質、並びに電位調節手段を備える。更に、エネルギー貯蔵物質製造装置１は、必要により、メディエータ及びレドックスポリマーのうち少なくとも一方を備える。
【００４０】
第二の態様における、第二電極３及び電位調節手段以外の装置構成は、第一の態様と同じであるため、その説明を省略する。
【００４１】
第二の電極は、容器６内の培養液４に浸漬されている。第二電極３の材質としては、特に制限されないが、カーボン、白金等が挙げられる。
【００４２】
電位調節手段は、第一電極２の電位を制御する手段である。本態様では、エネルギー貯蔵物質製造装置１は電位調節手段としてポテンショスタット１２と、標準電極１１とを備える。標準電極１１としては、特に制限されないが、銀／塩化銀電極が挙げられる。ポテンショスタット１２は、第一電極２が試料電極（作用電極）、第二電極３が対電極、標準電極１１が参照電極となるように機能する。これによりポテンショスタット１２は、標準電極１１に対する第一電極２の電位が設定された値となるように第一電極２の電位を制御する。尚、第一電極２の電位が制御可能であるならば、電位調節手段は本態様の構成に限定されない。例えば、第一の態様における電気抵抗制御手段は、結果的に第一電極２の電位を制御するため、第一の態様における電気抵抗制御手段を電位調節手段とみなしてもよい。
【００４３】
このようなエネルギー貯蔵物質製造装置１では、微生物の代謝が生じると、例えば培養液４内の有機物等が電子源として機能する場合に、有機物から電子が微生物体内に注入され、微生物は代謝による生成物としてＰＨＡ（ポリヒドロキシアルカン酸）、グリコーゲン、ポリリン酸等のエネルギー貯蔵物質を生成して蓄積し、或いは微生物が代謝により増殖する。有機物から注入された電子の少なくとも一部は微生物から直接又は培養液４内の電解質、メディエーター、レドックスポリマーなどを介して第一電極２へ移動し、更に外部配線９を通じて第二電極３へ移動する。第二電極３上では、例えば１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏなどの還元反応が起こり、第二電極３から電子が酸素へ移動する。
【００４４】
このようなエネルギー貯蔵物質製造装置１において、電位調節手段により第一電極２の電位が制御されると、それによって微生物の代謝が制御される。すなわち第一電極２の電位が制御されることでこの第一電極２の電位が変化すると、それに伴って微生物の代謝が促進され、或いは抑制される。すなわち、第一の態様の場合と同様に、本態様でも微生物の体内の酸化還元雰囲気を第一電極２の電位によって容易に制御することができ、このため微生物の体内の酸化還元雰囲気に依存する代謝を容易に制御することができる。そのため、電位調節手段を制御することで、第一の態様の場合と同様に、微生物がエネルギー貯蔵物質を生成・蓄積すると同時に、この微生物が増殖するような環境を実現することが可能となる。
【００４５】
このような微生物に蓄積されたＰＨＡなどのエネルギー貯蔵物質は、公知の手法により抽出され得る。例えば、ＰＨＡを蓄積する微生物を高圧ホモジナイザーで処理したり溶菌酵素を添加して細胞壁を溶解したりすることで、微生物からＰＨＡ顆粒を分離回収し、このＰＨＡ顆粒を酵素等で処理するなどしてＰＨＡを得る方法が、挙げられる。
【００４６】
また、このようにしてＰＨＡ等のエネルギー貯蔵物質を生産するプロセスは、再生可能炭素資源（バイオマス）を原料とし得るプロセスである点でも有用である。また、特に微生物の代謝によりポリリン酸を生産するプロセスでは、廃水等からリンを回収することが可能となり、廃水処理としても有用である。
【実施例１】
【００４７】
［エネルギー貯蔵物質製造装置の構成］
本実施例では、エネルギー貯蔵物質製造装置１を次のようにして構成した。
【００４８】
容器６として、容積４ｍｌのガラス製容器を用意した。また、水にＫＨ2ＰＯ4を４．５３ｇ／Ｌの割合、Ｋ2ＨＰＯ4５．６４ｇ／Ｌの割合、ＮＨ4Ｃｌを５．０ｇ／Ｌの割合、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏを０．８ｇ／Ｌの割合、ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏを０．０８２ｇ／Ｌの割合、微量金属溶液を１ｍＬ、フルクトースを３．６ｇ／Ｌの割合で溶解させることで、培養液４を調製した。微量金属溶液には水にＦｅＣｌ２を１．２７ｇ／Ｌの割合、ＣｏＣｌ2を０．１３ｇ／Ｌの割合、ＭｎＣｌ2／４Ｈ2Ｏを０．２０ｇ／Ｌの割合、ＺｎＣｌ2を０．１４ｇ／Ｌの割合、Ｈ3ＢＯ3を０．００６２ｇ／Ｌの割合、ＮｉＣｌ2を０．０１３ｇ／Ｌの割合、ＡｌＣｌ3を０．０１３ｇ／Ｌの割合、Ｎａ2ＭｏＯ4／２Ｈ2Ｏを０．０２４ｇ／Ｌの割合、ＣｕＣｌ2を０．００１３ｇ／Ｌの割合で溶解させたものを用いた。この培養液４を容器６内に入れた。容器６内の培養液４をＮ2ガスでバブリングすることで、培養液４に溶存する酸素を取り除いた。この培養液４にメディエーターとしてフェリシアン化カリウムを１００ｍＭの濃度となるように添加した。尚、この場合の炭素源および電子源は培養液中のフルクトースである。
【００４９】
第一電極２としては１ｃｍ×１ｃｍの寸法のカーボン板（glassy carbon板）を、第二電極３としては１ｃｍ×１ｃｍの寸法の、白金担持炭素を備える酸素還元ガス拡散電極を、用意した。
【００５０】
これらの第一電極２を培養液４中に浸漬すると共に、第二電極３を培養液４中と外気とに接触させた。
【００５１】
微生物としては、ＰＨＡの一種であるＰＨＢ（ポリヒドロキシ酪酸）を生成・蓄積するラルストニア・ユートロファＨ１６（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ  Ｈ１６）を用意し、これを培養液４中に１０8ｃｅｌｌ／ｍＬの濃度となるように加えた。
【００５２】
電気抵抗制御手段としては、可変抵抗器１０を用意した。
【００５３】
［微生物の代謝制御］
（条件１）
上記のように構成したエネルギー貯蔵物質製造装置１をシールドボックス内に設置し、遮光下で３０℃に維持した。この状態で、可変抵抗器１０により第一電極２と第二の電極３との間の電気抵抗値を例えば１Ωに調整した。
【００５４】
（条件２）
条件１において、第一電極２と第二の電極３との間の電気抵抗値を例えば１ＭΩに変更し、それ以外は条件１と同じ条件とした。
【００５５】
（評価試験１）
条件１及び条件２において、培養液内のポリヒドロキシ酪酸に基づく蛍光発光の強度を測定した。具体的には、培養液を１００μＬをとりだし、これを、０．０２質量％のナイルブルー硫酸水素塩水溶液１００μＬと混合して混合液を調製した。この混合液を３分以上１０分未満静置した後に、この混合液について、励起波長４９０ｎｍ、蛍光波長５９０ｎｍの条件で、蛍光強度を測定した。
【００５６】
（評価試験２）
条件１及び条件２において、培養液の散乱光による透過光に基づいて菌濃度（ＯＤ６００）を測定した。
【００５７】
（評価試験３）
条件１及び条件２において、試験開始から４８時間経過時において微生物に蓄積されていたポリヒドロキシ酪酸を、硫酸処理により分解することによってモノマー化し、このモノマーを、酵素により定量した。具体的には、まず、培養液を遠心分離して上澄みを捨て、続いて培地で洗浄した後、再び遠心分離し上澄みを捨て、続いて培地で適当な菌濃度に希釈することで、サンプルを調製した。このサンプル０．５ｍＬを、バイアル瓶中で１−プロパノール０．８ｍＬ、及び濃硫酸０．２ｍＬと混合することで混合液を調製した。バイアル瓶を密栓してから、この混合物を９０℃で約４時間加熱し、続いて混合液を常温まで冷ましてから、この混合液を別の容器に移し、８．５ｍＬの蒸留水で希釈した。希釈後の混合液１ｍＬに対し、１０Ｍの水酸化カリウム溶液を８０μＬ加え、約１０分間放置した後、１Ｍトリス塩酸（ｐＨ８．０）４００μＬを加え、さらにｐＨが７〜８となるように塩酸を加えた。続いて、この混合液全体が２ｍＬになるよう蒸留水で希釈することで、酵素定量用のサンプルを得た。このサンプル中のモノマーの定量には、Ｊ．Ｋインターナショナル製のＤ−３−ヒドロキシ酪酸用酵素キットを使用した。
【００５８】
これらの結果によれば、可変抵抗器１０で第一電極と第二の電極との間の電気抵抗値を調整することで、微生物の増殖とエネルギー貯蔵物質の蓄積量とを制御することができ、微生物が代謝によって増殖すると同時にエネルギー貯蔵物質を生成・蓄積し得るような育成環境を実現することができることが、確認された。
【実施例２】
【００５９】
［エネルギー貯蔵物質製造装置の構成］
本実施例では、エネルギー貯蔵物質製造装置１を次のようにして構成した。
【００６０】
容器６として、容積４ｍＬのガラス製容器を用意した。また、水にＫＨ2ＰＯ4を４．５３ｇ／Ｌの割合、Ｋ2ＨＰＯ4５．６４ｇ／Ｌの割合、ＮＨ4Ｃｌを５．０ｇ／Ｌの割合、ＭｇＳＯ4・７Ｈ２Ｏを０．８ｇ／Ｌの割合、ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏを０．０８２ｇ／Ｌの割合、微量金属溶液を１ｍＬ、フルクトースを３．６ｇ／Ｌの割合で溶解させることで、培養液４を調製した。微量金属溶液には水にＦｅＣｌ2を１．２７ｇ／Lの割合、ＣｏＣｌ2を０．１３ｇ／Ｌの割合、ＭｎＣｌ2／４Ｈ2Ｏを０．２０ｇ／Ｌの割合、ＺｎＣｌ2を０．１４ｇ／Ｌの割合、Ｈ3ＢＯ3を０．００６２ｇ／Ｌの割合、ＮｉＣｌ2を０．０１３ｇ／Ｌの割合、ＡｌＣｌ3を０．０１３ｇ／Ｌの割合、Ｎａ2ＭｏＯ4／２Ｈ2Ｏを０．０２４ｇ／Ｌの割合、ＣｕＣｌ2を０．００１３ｇ／Ｌの割合で溶解させたものを用いた。この培養液４を容器６内に入れた。容器６内の培養液４をＮ2ガスでバブリングすることで、培養液４に溶存する酸素を取り除いた。この培養液４にメディエーターとしてフェリシアン化カリウムを１００ｍＭの濃度となるように添加した。尚、この場合の炭素源および電子源は培養液中のフルクトースである。
【００６１】
第一電極２としては１ｃｍ×１ｃｍの寸法のカーボン板（glassy carbon板）を、第二電極３としては直径０．３μｍ、長さ３ｃｍの白金線を用意した。これらの第一電極２及び第二電極３を培養液４中に浸漬した。
【００６２】
電位調節手段としてはポテンショスタット１０と銀／塩化銀電極とを用意した。
【００６３】
微生物としては、ＰＨＡの一種であるＰＨＢ（ポリヒドロキシ酪酸）を生成・蓄積するラルストニア・ユートロファＨ１６（Ｒａｌｓｔｏｎｉａ  ｅｕｔｒｏｐｈａ  Ｈ１６）を用意し、これを培養液４中に１０8ｃｅｌｌ／ｍＬの濃度となるように加えた。
【００６４】
電気抵抗制御手段としては、可変抵抗器１０を用意した。
【００６５】
［微生物の代謝制御］
（条件１）
上記のように構成したエネルギー貯蔵物質製造装置１をシールドボックス内に設置し、遮光下で３０℃に維持した。この状態で、電位調節手段により第一電極２の電位を−０．２Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）に調整した。
【００６６】
（条件２）
条件１において、電位調節手段により第一電極２の電位を０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）に変更し、それ以外は条件１と同じ条件とした。
【００６７】
（評価試験）
本実施例においても、実施例１の場合と同じ評価試験１〜３をおこなった。評価試験１についての結果を図４に、評価試験２についての結果を図５に、評価試験３についての結果を図６に示す。尚、図４及び図５において、横軸は、試験開始時からの経過時間を示す。
【００６８】
これらの結果によれば、電位調節手段で第一電極の電位を調整することで、微生物の増殖とエネルギー貯蔵物質の蓄積量とを制御することができ、微生物が代謝によって増殖すると同時にエネルギー貯蔵物質を生成・蓄積し得るような育成環境を実現することができることが、確認された。
【符号の説明】
【００６９】
１    エネルギー貯蔵物質製造装置
２    第一電極
３    第二電極
４    培養液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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