助成番号
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

バイオミネラリゼーションを利用した高純度シリカとリチウム資源回収技術の開発

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Development of silica and lithium resource recovery system with biomineralization

研究氏代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓） ドイ名） カツミ

研究期間 Ｂ

２０１１～ ２０１２年

漢字 ＣＢ

土居克実

報告年度 ＹR

２０１２年

ﾛｰﾏ字 ＣＺ

DoiKatsumi

研究機関名

九州大学

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

九州大学大学院 農学研究院・講師

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
化石燃料や原子力発電に依存しないエネルギー供給を実現するために、持続的利用可能な自然エネルギーである地熱エネルギーを発電と共に高度有効利用するシステムを構築するための基礎研究を行った。まず、微生物学的・遺伝子工学的手法によるケイ酸除去技術の基礎研究の一環として高度好熱性細菌である Thermus thermophilus によるケイ酸の沈殿機構を解明した。
まず、地熱発電所のシリカスケールから分離したシリカ沈殿能を有する T. thermophilus TMY 株の類縁株でゲノム構造の分かっている T. thermophilus の基準株 HB8 を用い、シリカ沈殿に機能するタンパク質 Sip（Silica-inducedprotein）の発現機序を DNA マイクロアレイによって明らかにした。次に、Sip をコードする遺伝子 TTHA1628 の発現調節機構を DNA フットプリンティング法、ゲルシフトアッセイ法、リアルタイム PCR 法などによって明らかにした。さらに、
TTHA1628 遺伝子を大腸菌内で大量発現させ、精製組換え Sip タンパク質を用いてシリカスケールの原因物質であるケイ酸との結合能を検討した。
同時に、地球化学的手法を用い、地熱熱水からケイ酸をケイ酸カルシウムおよびケイ酸マグネシウムとして除去する方法、それを原料として付加価値の高い高純度メソポーラスシリカを合成する方法を開発した。加えてケイ酸を除去した地熱熱水からリチウムを回収するシステムを開発した。

キーワード ＦＡシリカ

バイオミネラリゼーシ 高度好熱菌
ョンリチウム（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

環境応答とバイオミネラリゼーション -極限環境下における細菌の生存戦略-

著者名 ＧＡ

藤野泰寛、横山拓 雑誌名 ＧＣ史、土居克実

雑誌

ページ ＧＦ発行年 ＧＥ

201

2

巻号 ＧＤ

50 (3)

論文標題ＧＢ

Silica deposition induced by isolated aluminum ions bound on chelate resin as a modelcompound of the surface of microbes.

著者名 ＧＡ

S. Bai, K. Doi, T. 雑誌名 ＧＣ
Yokoyama,et al.

雑誌

175～181

生物と化学ページ ＧＦ

208 ～ 213

Colloid. Surf. B発行年 ＧＥ

2012

巻号 ＧＤ

952巻号 ＧＤ

102– 103

12総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

印刷中

12総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

印刷中

論文標題ＧＢ

Effect of microorganisms on flocculation of quartz,

著者名 ＧＡ

T. Hirajima, K. 雑誌名 ＧＣ
Doi et al.

雑誌

ページ ＧＦ107～111

Int. J. Miner. Process

発行年 ＧＥ201

著者名 ＨＡ

Katsumi Doi and Yasuhiro Fujino

書名 ＨＣ

Thermophiles in Environmental Biotechnology

図書

出版者 ＨＢ

Springer, NY

発行年 ＨＤ20

著者名 ＨＡ

土居克実、大島敏久

書名 ＨＣ

環境と微生物の事典 (日本微生物生態学会編)

図書

出版者 ＨＢ朝倉書店

発行年 ＨＤ

20

欧文概要 ＥＺ
In order to build up the system for effective utilization of geothermal energy, which is one of thepotential and sustainable natural energy in Japan, a basic investigation was carried out through thisproject.
At first, a basic investigation for removal of silicic acid by microbiological and genetic engineering
techniques, we elucidated the precipitation mechanism of silicic acid by hyperthermophilic bacteria
Thermus thermophilus. The strain plays an important role in the “Biosilicification” which is a kindof a biomineralization occurred in natural. The biomineralization is that various organisms internallyor externally produce inorganic minerals as biominerals such as bones, teeth, shells, and invertebrate
exoskeletons.
The genera Thermus which is predominant components among the indigenous microbial community insiliceous deposits formed in pipes and equipment of geothermal power plants contribute to the rapid
formation of huge siliceous deposits. In vitro examination suggested that Thermus cells induced theprecipitation of supersaturated amorphous silica during the exponential growth phase, a silica-induced
protein (Sip) was isolated from the cell envelope fraction. We examined transcriptional analysis withDNA microarray of Thermus thermophilus HB8 as a type strain of T. thermophilus. Then, we analyzed thegene encoding Sip by DNA footprinting, gel-shift assay, real-time PCR and so on. It was also succeededgene cloning of sip and investigated biosilicification with Sip.
We developed a method to precipitate silicic acid, a causing material of silica scale, as calcium
silicate and magnesium silicate from geothermal water and synthesized valuable mesoporous silica withhigh purity from the calcium silicate. Second we also developed a system to recover lithium from thegeothermal water after removal of silicic acid.

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