(半)導電性の酸化鉄鉱物を介した電気共生によって促進されるメタン生成

メタン生成は、地球規模の炭素循環の重要な部分であり、持続可能なエネルギーのための重要なバイオプロセスです。有機物からのメタン生成は、異なる微生物種間の共生的相互作用によって達成され、その中で拡散性担体（例：水素やホルミレート）を介した種間電子移動（IET）がボトルネックステップとして知られています。本研究では、土壌微生物に(半)導電性の酸化鉄鉱物を補完することで、独特な種間相互作用が生まれ、メタン生成が促進されることを報告します。メタン生成微生物は、(半)導電性の酸化鉄（ヘマタイトまたはマグネタイト）の存在下または不在下で、基質として酢酸またはエタノールを使用して水田土壌から濃縮されました。これらの酸化鉄のいずれかでの補完が、ラグタイムと生成速度の面でメタン生成の加速をもたらす一方で、絶縁性の酸化鉄（フェリハイドライト）での補完はそうではないことがわかりました。濃縮培養からPCR増幅された16S rRNA遺伝子断片のクローンライブラリアナリシスは、酸化鉄の補完がGeobacter属の成長を促進したことを示しています。さらに、メタン生成に特異的な阻害剤の追加は、Geobacter属の成長を抑制しました。これらの結果は、Geobacterがメタン生成菌との共生関係の下で成長したことを示唆しており、IETは(半)導電性の酸化鉄鉱物に通じる電流を介して発生する可能性があります（これを「電気共生」と呼びます）。自然界における導電性鉱物の普遍性を考えると、このようなエネルギー的相互作用は土壌や堆積物で広く発生する可能性があり、効率的なバイオエネルギープロセスの開発に利用できるかもしれません。