Hydrogen production by cyanobacteria and photosynthetic bacteria by float type bioreactor

• Project/Area Number: 15K00642
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Design and evaluation of sustainable and environmental conscious system
• Research Institution: Kanagawa University
• Principal Investigator: Inoue Kazuhito 神奈川大学, 理学部, 教授 (20221088)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): NAGASHIMA Kenji 神奈川大学, 光合成水素生産研究所, プロジェクト研究員 (80264589)
• Research Collaborator: SAKURAI Hidehiro ; KITASHIMA Masaharu ; SATO Takeshi
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2015: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 水素生産 / 光合成 / シアノバクテリア / 光合成細菌 / 海洋 / 光生物学的水素生産 / 紅色光合成細菌 / ニトロゲナーゼ / ヒドロゲナーぜ / バイオリアクター / 再生可能エネルギー / 水素 / 太陽光

Outline of Final Research Achievements

As a place to carry out photobiological hydrogen production by sunlight, use of the ocean surface is considered as a place not competing with agriculture. The purpose of this research was to develop technologies for photobiological hydrogen production using cyanobacteria and purple photosynthetic bacteria on the surface of ocean. A bag made with low hydrogen permeable plastic and demonstrated that hydrogen accumulated by placing cyanobacteria or purple photosynthetic bacteria inside. By genetic engineering, heterocyst formation-modified cyanobacteria and hydrogen up take hydrogenase Hup disrupted purple photosynthetic bacteria were constructed. They showed improved hydrogen productivity.

Research Products

• [Int'l Joint Research] ロシア科学アカデミーIBBP研究所(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] ロシア科学アカデミーIBBP研究所(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] ロシア科学アカデミーIBBP, Puschino(ロシア連邦)
• [Journal Article] Increased heterocyst frequency by patN disruption in Anabaena leads to enhanced photobiological hydrogen production at high light intensity and high cell density (2017)
  • Author(s): H. Masukawa, H. Sakurai, R. P. Hausinger, and K. Inoue
  • Journal Title: Appl. Microbiol. Biotechnol. Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 2177-2188
  • DOI: 10.1007/s00253-016-8078-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of the deletion of <i>hup</i> genes encoding the uptake hydrogenase on the activity of hydrogen production in the purple photosynthetic bacterium <i>Rubrivivax gelatinosus</i> IL144 (2017)
  • Author(s): Sato Takeshi、Inoue Kazuhito、Sakurai Hidehiro、Nagashima Kenji V. P.
  • Journal Title: The Journal of General and Applied Microbiology Volume: 63 Issue: 5 Pages: 274-279
  • DOI: 10.2323/jgam.2017.01.003
  • NAID: 130006206595
  • ISSN: 0022-1260, 1349-8037
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Probing Structure-Function Relationships in Early Events in Photosynthesis Using a Chimeric Photocomplex (2017)
  • Author(s): Nagashima, V. P. K., Sasaki, M., Hashimoto, K., Takaichi, S., Nagashima, S., Yu, L.-J, Abe, Y., Goto, K., Kawakami, T., Takenouchi, M., Shibuya, S., Yamaguchi, A., Ohno, T., Shen, J.-R., Inoue, K., Madigan, M.T., Kimura, Y.* and Wang-Otomo, Z.-Y.
  • Journal Title: Proc. Nat. Aca. Sci. Volume: 114 Issue: 41 Pages: 10906-10911
  • DOI: 10.1073/pnas.1703584114
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of growth conditions on advantages of hup- strain for H2 photoproduction by Rubrivivax gelatinosus (2017)
  • Author(s): T. Laurinavichene, M. Kitashima, K. V. P. Nagashima, T. Sato, H. Sakurai, K. Inoue, and A. Tsygankov
  • Journal Title: Int. J. Hydrogen Energy Volume: 印刷中 Issue: 12 Pages: 8497-8504
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.12.074
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ヘテロシスト形成型シアノバクテリアのニトロゲナーゼを利用した光生物学的水素生産 (2016)
  • Author(s): 増川一、北島正治、櫻井英博、井上和仁
  • Journal Title: バイオインダストリー Volume: 33 Pages: 36-42
• [Presentation] 取り込み型ヒドロゲナーぜを欠損した紅色細菌による異なる培地条件下での水素生産及びヘテロシスト形成型シアノバクテリアと組み合わせた水素生産 (2018)
  • Author(s): 佐藤剛、末木幸太朗、後藤和貴、永島賢治、櫻井英博、井上和仁
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Effects of stacked bioreactors using cyanobacteria and purple bacteria for improved light energy utilization in photobiological hydrogen production (2017)
  • Author(s): Takeshi Sato, Yuki Uchida, Kenji Nagashima, Hajime Masukawa, Masaharu Kitashima, Hidehiro Sakurai, Kazuhito Inoue
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] Improved Light Energy Efficiency of Photobiological Hydrogen Production in Stacked Bioreactors using Cyanobacteria and Purple Bacteria (2017)
  • Author(s): Kazuhito Inoue, Masaharu Kitashima, Kenji V. P. Nagashima, Hidehiro Sakurai, Takeshi Sato
  • Organizer: 2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2017-03-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] シアノバクテリアのニトロゲナーゼ改変、及び紅色細菌との組み合わせによる水素生産の向上 (2017)
  • Author(s): 櫻井英博、佐藤剛、松田貴大、富沢信人、内田唯稀、北島正治、永島賢治、井上和仁
  • Organizer: 第19回 マリンバイオテクノロジー学会
• [Presentation] 紅色細菌 Rubrivivax gelatinosus 及びシアノバクテリア Nostoc sp. のヒドロゲナーゼ破壊株のニトロゲナーゼに基づく光生物学的水素生産 (2017)
  • Author(s): 櫻井英博、北島正治、白木麻里、佐藤剛、永島賢治、井上和仁、Tatyana Laurinavichene, Anatoly Tsygankov
  • Organizer: 第 37 回水素エネルギー協会大会
• [Presentation] シアノバクテリアおよび紅色細菌のニトロゲナーゼに基づく光生物学的水素生産の諸特性と持続性と光及び培養条件の検討 (2016)
  • Author(s): 櫻井英博、北島正治、白木麻里、増川一、佐藤剛、永島咲子、永島賢治、Evgeny Shastik,Tatyana Laurinavichene, Anastasiya Gavrisheva , Ekaterina Petushkova, Anatoly Tsygankov, 井上和仁
  • Organizer: 第36回水素エネルギー協会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-11-28
• [Presentation] 光合成細菌Rubrivivax gelatinosus取り込み型ヒドロゲナーゼ破会株の水素生産特性 (2016)
  • Author(s): 佐藤剛、Tatyana Laurinavichene、永島賢治、北島正治、永島咲子、櫻井英博、井上和仁
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 那覇
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] シアノバクテリア、紅色光合成細菌の屋外条件下での水素生産実用化のための活性向上と評価 (2016)
  • Author(s): 櫻井英博、北島正治、佐藤剛、花本光、永島咲子、永島賢治、増川一、Anastasiya Gavrisheva, Evgeny Shastik, Ekaterina Petushkova, Tatyana Laurinavichene, Anatoly Tsygankov, 井上和仁
  • Organizer: 第18回マリンバイオテクノロジー学会大会
  • Place of Presentation: 函館
  • Year and Date: 2016-05-28
• [Presentation] シアノバクテリアおよび紅色細菌のニトロゲナーゼに基づく光生物学的水素生産の持続性と太陽光利用効率改善に向けた遺伝子工学的諸改良と培養条件の検討 (2015)
  • Author(s): 櫻井英博、佐藤剛、花 本光、北島正治、永島咲子、永島賢治、Evgeny Shastik, Anastasiya Gavrisheva , Petushkova , Anatoly Tsygankov, 井上和仁、
  • Organizer: 第35回水素エネルギー協会大会
  • Place of Presentation: 東京都 タワーホール船堀
  • Year and Date: 2015-12-03
• [Presentation] シアノバクテリアおよび紅色細菌のニトロゲナーゼに基づく光生物学的水素生産（招待講演） (2015)
  • Author(s): 井上和仁
  • Organizer: JSTさきがけ「光エネルギーと物質変換」研究領域会議特別講演
  • Place of Presentation: 東京都八王子市 首都大学東京
  • Year and Date: 2015-11-21
  • Invited
• [Presentation] 模擬太陽光照射装置によるシアノバクテリアの屋外での水素生産性の評価 (2015)
  • Author(s): 北島正治、花本光、増川一、櫻井英博、井上和仁
  • Organizer: 日本植物学会第79回大会
  • Place of Presentation: 新潟県新潟市新潟コンベンションセンター
  • Year and Date: 2015-09-06
• [Presentation] Our Efforts Toward Achieving Commercially Viable Large-scale Photobiological Hydrogen Production by Cyanobacteria (2015)
  • Author(s): Hidehiro Sakurai, Hajime Masukawa, Masaharu Kitashima and Kazuhito Inoue
  • Organizer: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • Place of Presentation: Tubingen, Germany
  • Year and Date: 2015-08-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inactivation on Mo-type Nitrogenase and Selective Expression on V-type Nitrogenase Activity of the Heterocystous Cyanobacteria (2015)
  • Author(s): Takeshi Sato, Hajime Masukawa, Masaharu Kitashima, Hidehiro Sakurai, Kazuhito Inoue
  • Organizer: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • Place of Presentation: Eberhard-Karls University, Tubingen, Germany
  • Year and Date: 2015-08-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シアノバクテリア、紅色光合成細菌のニトロゲナーゼを利用した水素生産と屋外条件下での活性評価 (2015)
  • Author(s): 櫻井英博、北島正治、佐藤剛、花本光、増川一、永島咲子、永島賢治、井上和仁
  • Organizer: 第17回マリンバイオテクノロジー学会大会
  • Place of Presentation: 東京都 東京海洋大
  • Year and Date: 2015-05-30
• [Book] 光触媒／光半導体を利用した人工光合成「ヘテロシスト形成型シアノバクテリアを利用した光生物学的水素生産法」 (2017)
  • Author(s): 井上和仁
  • Total Pages: 230
  • Publisher: NTS
• [Book] 再生可能エネルギーによる水素製造「シアノバクテリアからの高効率水素生産」 (2016)
  • Author(s): 北島正治、櫻井英博、井上和仁、増川一
  • Total Pages: 193
  • Publisher: S&T出版
• [Book] Hydrogen production using photobiological methods In Compendium of Hydrogen Energy, Woodhead Publishing Series in Energ (2016)
  • Author(s): R.S. Poudyal, I. Tiwari, A.R. Koirala, H. Masukawa, K. Inoue, T. Tomo, M.M. Najafpour, S.I. Allakhverdiev, T.N. Veziroglu
  • Total Pages: 531
  • Publisher: Elsevier
• [Remarks] 光合成水素生産研究所
  • URL: http://bio-hydrogen.kanagawa-u.ac.jp
• [Remarks] 光合成水素生産研究所の永島賢治博士を第一著者とする論文が、PNASに掲載されました！
  • URL: http://www.kanagawa-u.ac.jp/pressrelease/details_15663.html
• [Remarks] 光合成水素生産研究所と大阪市立大学らのグループが藻類の光合成を利用した水素の増産に成功しました
  • URL: http://www.kanagawa-u.ac.jp/pressrelease/details_14727.html
• [Remarks] 神奈川大学プロジェクト研究所光合成水素生産研究所
  • URL: http://bio-hydrogen.kanagawa-u.ac.jp/index.html