「光合成」の「光」を「電気」に置き換えたような合成反応であり、光や有機物が少ない環境でも...微弱な電気を利用すれば、生命活動を維持できることを意味しているという。

自然界の生命活動を支えるエネルギー源としては、植物が太陽光から有機物を作り出す光合成がおなじみだ。

だが、電子の授受の起こりやすい「酸化還元境界」では、電気合成が可能になる。

「金属/鉱物など、酸化還元境界は身近にある」といい、「酸化還元境界の最たるものだが、ほかにも自然環境下で...電気合成をする細菌がいないか」と話している。

あります。

ただし「光合成」と同じ意味での“電気(イオン)合成”というより、電極や電気化学的な電子を使ってCO₂などから有機物をつくり、増殖する微生物が知られています。

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どういう仕組み？

• 光合成は、光エネルギーで...電子を駆動して有機物をつくります。

• 電気を使う微生物では、外部の電極から電子を取り込む、または細胞外へ電子を渡すことでエネルギー代謝を回します。
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• その結果、CO₂固定や有機物合成が進み、実際に増殖できる例が報告されています。
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「イオン合成」について

「イオン」そのものを栄養として増える、というよりは、電子の受け渡しが本体です。

つまり、イオンは電気伝導や電荷の移動に関わることはありますが、微生物増殖の中心は「電子を使ってATPや還元力を得ること」です。

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ひとことで言うと

• 光合成：光で...エネルギーを得て増える。

• 電気合成：電極などから電子を得て、有機物を合成しつつ増える。
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解説

1. 「電気合成する微生物の代表例」

2. 「光合成との違いを説明」

3. 「人間が、培養して増やせるのか」
   
   

要点を、少し整理して説明します。

1. 代表例

• 電気を取り込んで増殖する微生物は、研究では「電気合成微生物」「電気栄養（electrotroph）」のように扱われます。
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• 代表的な研究例として、Rhodopseudomonas palustris などが電極から電子を受け取り、CO₂から有機物をつくって増殖できることが示されています。
  riken

• 逆に、Geobacter や Shewanella のように電子を外へ渡して発電に関わる「発電菌」も有名です。
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2. 光合成との違い

• 光合成は「光で電子を動かして、有機物を作る」仕組みです。
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• 電気合成は「電極などから電子を受け取り、CO₂固定や生合成に使う」仕組みです。
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• どちらも最終的には、ATPや還元力を得て有機物を作り、増殖する点は共通です。
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3. 人工的に増やせる？

• はい、培養は可能です。ただし普通のシャーレ培養とは違い、電極 / 電位 / 嫌気条件 / 炭素源などを整えた電気化学培養が必要になります。
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• 研究現場では、電気を使って微生物を集積・培養したり、電気で代謝を制御したりする試みが進んでいます。
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4. ひとことで言うと

• 光合成は「光をエネルギー源にして増える」。

• 電気合成は「電子をエネルギー源にして増える」。
  ただし「電気がそのまま栄養になる」というより、電子の受け渡しを使って代謝する、という理解が近いです。
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「どうやって電極から電子が細胞に入るのか」を説明します。

どうやって入る？

• 代表的な電気合成菌では、細胞外電子伝達系（EET）という“外とつながる回路”を使います。
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• 電極の電子は、細胞表面のタンパク質、膜の中の電子伝達成分、細胞内の代謝系へと順に渡され、最終的にNADH などの還元力として使われます。
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• その還元力でCO₂を有機物に変えるので、結果として増殖できます。
  sbj+1

図解

電極 →

↓

細胞表面の受け渡し →

↓

膜内の伝達系 →

↓

細胞内の還元力(NADHなど)

↓

CO₂固定・有機物合成

↓

増殖

逆向きもある

• 逆に、電子を外へ捨てるタイプもいます。
  たとえば Geobacter や Shewanella の仲間は、外部の電極や鉄などへ電子を渡せます。
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• つまり、電極は「電気をもらう側」にも「電気を渡す側」にもなりえます。
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どんなイメージ？

• 光合成が「光で電子を動かす装置」なら、

• 電気合成は「電極で電子を受け取る装置」です。
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必要なら次に、「細胞外電子伝達系の部品名（シトクロム、ナノワイヤー等）」をもう少し具体的に説明します。

細胞外電子伝達系の主要なタンパク質の種類



　

細胞外電子伝達系では、主役はc型シトクロムですが、それ以外にも導電性ナノワイヤーやフラビンなどの電子シャトルが関わります。

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主要な種類

• c型シトクロム: 電子の受け渡し役で、内膜 / ペリプラズム / 外膜 / 細胞外にまたがって配置されます。
  pmc.ncbi.nlm.nih+1

• 外膜シトクロム: 例として Geobacter の OmcS, OmcZ、Shewanella の MtrC, OmcA などがあり、電極や金属酸化物への電子伝達に重要です。
  kaken.nii+2

• 内膜/ペリプラズムのシトクロム: 例として Geobacter の PpcA, CbcL、Shewanella の CymA, MtrA が、細胞内の電子流を外へつなぎます。
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• 導電性ナノワイヤー: Geobacter では PilA を含む構造が、細胞間やバイオフィルム内の長距離電子移動に関わります。
  microbial-ecology+1

• 電子シャトル: Shewanella ではフラビン類のような分泌性メディエーターが、細胞外電子伝達を助けます。
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代表的な組み合わせ

イメージ図

細胞内で生じた電子が、

葉の気孔の開閉は...電気？イオン

主にイオンで、しかもそれに伴う膜電位の変化も関わります。気孔の開閉は「電気だけ」でも「イオンだけ」でもなく、

イオンの出入りが、細胞の電気状態と水の移動を変えて起こる現象です。

• 直接の主役はイオン

• 電気はその制御に関わる

• 結果として水の出入りが起き、気孔が開閉する
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内膜のシトクロム →

↓

ペリプラズム →

↓

外膜のシトクロム →

↓

電極/金属へ流れる、という階段状のルートです。

sbj+1

次に、「Geobacter型」と「Shewanella型」の違い」を短く説明します。

 

結論として、Geobacterは「電気を直接運ぶ線状の回路」を強く使い、Shewanellaは「シトクロム＋フラビン（電子シャトル）」の柔軟な方式が目立つ、という違いがあります。
　kaken.nii+2

1. GeobacterとShewanellaの違い

• Geobacter は、複数のc型シトクロムに加えて、PilA由来の導電性ナノワイヤーを使って、電極や金属酸化物へ電子を長距離に渡していきます。
  kaken.nii+2

• Shewanella は、外膜の MtrCAB 系や CymA などのシトクロム群に加えて、フラビン分子を仲介として使えるのが大きな特徴です。
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• ざっくり言うと、Geobacterは“配線重視”、Shewanellaは“配線＋可溶性メディエーター重視”です。
  kaken.nii+1

2. Shewanellaのフラビン

• Shewanella では、フラビンが電子シャトルとして働き、細胞外のシトクロムと電極/受容体のあいだの電子移動を速めます。
  eprints.lib.hokudai+1

• さらに、フラビンは単なる運搬役ではなく、外膜シトクロムの“補酵素的”な働きをして、EETを大きく加速することが示されています。
  eprints.lib.hokudai

• そのため Shewanella では、フラビン依存経路と非依存経路の両方があると考えられています。
  jglobal.jst

3. 微生物燃料電池

• 微生物燃料電池（MFC）は、微生物が有機物を分解して生じた電子をアノードへ渡し、外部回路を通ってカソードへ流すことで電力を取り出す仕組みです。
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• つまり、微生物が燃料の分解装置として働き、電極がその電子の受け皿になります。
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• 代表的には、Geobacter や Shewanella のような電気活性細菌がよく使われます。
  cgr.mlit+1

4. PilAナノワイヤー

• Geobacter の PilA は、線毛（pilus）を構成するタンパク質で、電気伝導性ナノワイヤーの土台になります。
  microbial-ecology+1

• 報告では、c型シトクロムを除いてもナノワイヤーの伝導性に大きな影響がないことがあり、PilA線毛そのものが導電に関与すると考えられています。
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• ただし、詳細な導電機構は単純な金属線のようなものではなく、タンパク質の配列 / 会合状態 / 酸化還元状態が関わる複合的な現象です。
  kaken.nii+1

5. 他の細菌

• 鉄還元菌全般に、Geobacter や Shewanella 以外にも、細胞外電子伝達を行うものがあります。
  toyaku+1

• 例として、メタン酸化細菌が細胞外シトクロムを介した電子伝達能を持つことが報告されています。
  bprc.aist

• こうした菌は、金属酸化物の還元 / 電極利用 / 環境浄化などに関わることが多いです。
  toyaku+1

6. ひとことで整理

• Geobacter: シトクロム＋導電性ナノワイヤー中心。
  kaken.nii+1

• Shewanella: シトクロム＋フラビンシャトル中心。
  eprints.lib.hokudai+1

• MFC: 微生物の電子放出を電流として回収する装置。
  toyaku+1

次に、
「Geobacter vs Shewanella を表で比較」
または
「MFCのアノード/カソードの流れを図っぽく説明」
で続けます。

 

以下に、Geobacter と Shewanella の違いを表で整理します。
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ひとことで言うと

• Geobacter は「配線で流す」タイプです。
    microbial-ecology+1

• Shewanella は「配線＋フラビンで中継する」タイプです。
  sbj+1

次に、
「この表に“微生物燃料電池での使い分け”列を足した版」

 

微生物燃料電池での「使い分け」が見えるように列を足した表にします。

 cgr.mlit+2

補足

• 実際には、MFCの性能は...菌種だけでなく、電極材 / 電位 / pH / 酸素漏れ / 基質 / 有機負荷でかなり変わります。
  eiken+1

• そのため「どちらが常に優秀」というより、目的に合わせて選ぶのが基本です。

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