連携講座（電力中央研究所）│ Collaborative Divisions（Central Research Institute of Electric Power Industry）

バイオエコマネジメント学分野 Biotechnical Eco-management

バイオテクノロジー・バイオシステムを利用した地球温暖化の緩和と適応対策
Utilizing biotechnology and bio-system as global warming mitigation and adaptation measures

客員教授

客員准教授

渡部 良朋

松本 伯夫

Visiting Professor

Yoshitomo Watanabe

Visiting Associate Professor

Norio Matsumoto

The global warming and climate change are the human beings common challenges. The global warming is
causing by increase in atmospheric greenhouse gases（Green House Gases：GHGs ）. Both the design /developmentof technology in the atmospheric concentration reduction and the valid social system utilizing technology are essential to the sustainable global society. We are engaged in the research and development of a valid circular control on
environmental GHGs, by applying biotechnology and bio-system. We also conduct a policy scientific proposal about
the GHGs mitigation strategy. We thus contribute to the formation of the harmonized society with environment,
through education and research of environmental management technology, mainly greenhouse gases mitigation.

電位制御装置

電極

参照電極（電位調整用）微生物

Fig.3 Effects of potential control on the biological activity of
microorganism

は電位調整により、電位調整無しに比べ微生物の増殖が促に表れ生育に関わる遺伝子の転写が活性化されていること進した。また、菌叢解析の結果、鉄、マンガン、硝酸塩、が分かった。さらに細胞内のエネルギー生産に好適電位のコバルト含有培地の電位調整下で、電位調整無しの場合と印加が与える影響を解析した結果、通電により培養初期に異なる微生物が集積され、マンガン含有培地の-0.6Vでは顕おいてエネルギー生産が活性化されていることが明らかと

電極

イオン交換膜
Commercial generic type electric culture equipment（left）and principle of electrochemical
cultivation method of microorganism（right）.
Fig.1

地球温暖化による気候変動は、人類共通の大きな課題では、培養法が確立されていない。我々は、難培養性の環境著な集積がみられた。以上の結果、電気培養では、電子メディなった。以上の知見により、硫酸還元菌に好適な電位環境ある。地球温暖化は、大気中における温室効果ガス（Green

微生物の培養を、電気を用いて可能とする独創的な技術「電エータの種類も微生物の増殖に影響を与えており、適切な物を調整することにより呼吸活性を向上させ、エネルギー生House Gases：GHGs）の濃度上昇が原因とされるが、そ気培養 」を開発している。これは、培養液中の電極に電気質を電子メディエータとし任意の電位で電気培養することで、産を活性化させることで微生物の増殖が促進されるというの大気中濃度低減のためには、有効な技術の設計・開発と、をかけて微生物の生育を促進する「電気培養」現象に基づ特徴的な微生物を集積培養できる可能性が示された。

機構を提示した。

それら技術を利用した制度の設計・運用が不可欠である。

くもので、微生物の培養時に培養液の酸化還元電位を調本研究室では、GHGsの地球上における循環制御や球温節しながら培養する方法である（Fig．-1）。生育促進は、培暖化の緩和に有効なバイオテクノロジーやバイオシステムの養液中の電子媒体（酸化還元を行う物質）を介して、電極と微生物は、呼吸・発酵・光合成の過程で起こる電子のマス資源の生産や変換のプロセスにも適用できる。このため研究開発を行い、さらに、地球温暖化へ適応する方策につ細胞間の電子授受により呼吸が活性化して起こるという「電授受反応からエネルギーを獲得して生命を維持している。

今後は、電気を用いた微生物培養・制御技術で、GHGsのいて、提言を行っている。

排出削減を目指す多様な技術への適用を図ってゆく。

（2）微生物の生物活性に与える電位制御の効果（Fig．-3）以上の（1）（2）の結果は、電気を利用して微生物を制御する技術の可能性が示すものである。これらの原理は、バイオ気培養現象の原理 」も明らかにしている。また「電気培養」

電気化学的に生育環境の酸化還元電位を微生物に好適な温 室効果ガスとして特に重要なものは、 二酸化炭 素により、従来の培養技術では難しい、鉄酸化細菌（鉄の酸値に調整することで、微生物の増殖を促進する新規な培養（CO2 ）、メタン（CH4 ）、一酸化二窒素（N2O）であるが、こ化還元を行う細菌の名称）を高密度に培養することに成功

法が電気培養法である。しかし、その増殖活性化機構は良れらは地球上のバイオマス資源や化石資源を利用するプロセし、さらに培養の難しい嫌気性微生物でも培養が可能であく分かっておらず、そこでその機構解明を目指し、電位印加

スで、最終生成物や副産物として発生する。電気を用いた微ることを証明した。

時におこる細胞内の変化を解析した。好適な電位の印加がGeneric equipment can easily allow "Electrochemi-

硫酸還元菌の呼吸反応に与える影響を、呼吸に関わる酵

cal cultivation method of microorganism" was dis-

素群の質（反応速度 ）の変化および量の変化の観点から解

tributed by TAITEC Co.Ltd. in March 2009.（Fig.-1）

析をおこなった。硫酸還元菌Desulfovibrio desulfuricans

This is the world's first commercial equipment ofをモデル微生物として検討した結果、硫酸還元および乳酸"electric culture of microorganism" by applying our

分解反応の速度は硫酸還元菌に好適な電位（-0.7V vs Ag/license. Anyone can start electric culture quickly, byAgCl）印加時に非通電時と比較して約1.5倍向上した。

this commercial equipment. Equipment was already

生物培養・制御技術を、バイオマス資源や化石資源を利用するプロセスに適用することで、“効率化（省エネ・省資源）”と“制御性（不要反応抑制）”を高めることが出来よう。そこ
で微生物の電気培養の原理について科学的検討を行った。

Fig.2 Effects of potential control on the environment
microorganism flora

電気を利用して微生物を制御する（1）環境微生物の菌叢に与える電位制御の効果（Fig.-2）
電気培養法では、培地に電位調整のための物質（電子メ

電気を生命のエネルギーとして利用する「微生物の電気培養法 」

ディエータ）を加えるが、その種類が微生物増殖へ与える影響は良く分かってはいない。そこで、6種類の電子メディエータ次に好適な電位を印加しながら培養した硫酸還元菌と通環境中に存在する微生物のうち、人工的に培養できる微を用いた培地の電位条件を変え、環境微生物の培養を行っ常の培養法により培養した硫酸還元菌の遺伝子転写解析

生物は1％程度と言われており、大部分の微生物についてた。その結果、鉄、キノン、マンガン、コバルト含有培地でをおこなったところ、培養初期において通電の効果が顕著

Coexistence Activity Report 2009

特筆すべき業績

available in some universities, and the successive
companies are also planning to introduce it.

アクティビティレポート 2009