光合成微生物機能およびフォトバイオリアクターの開発に関する総合的研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05304010
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 永井 史郎 広島大学, 工学部, 教授 (70013307)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岸本 通雅 東京理科大学, 基礎工学部, 助教授 (00144436) ; 宮本 和久 大阪大学, 薬学部, 教授 (30028849) ; 佐々木 健 広島電機大学, 工学部, 教授 (80140565) ; 小川 隆平 熊本工業大学, 工学部, 教授 (40029244) ; 西尾 尚道 広島大学, 工学部, 教授 (30034383)
• Keywords: フォトバイオリアクター / アスタキサンチン / 炭酸ガス固定 / Spirulina platensis / 緑藻 / Rhodobacter sphaeroides / クロマトホア / 5-アミノレブリン酸

Research Abstract

光合成微生物は,太陽エネルギー利用能,炭酸ガス固定能や水質浄化機能を始め,地球環境時代に最も適した多くの機能を備えている。本研究は,藍藻,緑藻,光合成細菌などの機能開発および,機能発現の場であるバイオリアクターの開発を行ない,光合成微生物の機能活用の道を開き,太陽エネルギーの新しい利用領域を開拓しようとするものである。本年度(初年度)は各研究者が以下の研究成果を得た。
1.管型バイオリアクターを用いて緑藻,Chlamydomonas reinhardtii培養の最適化を図った。15%CO_2通気下で増殖(CO_2固定)速度が最大で,デンプン蓄積量も40%に達した。生成デンプンはZymomonas mobilisによりエタノール(97%収率)に変換しえた(宮本)。2.楔形の光導入路を設けたバイオリアクターにより,CO_2の固定化効率が増加し,単位受光面積当たりの藻体増殖も約2倍に促進した。CO_2固定化プロセスのファジー制御に向けての基礎データも蓄積中である(岸本)。3.光合成細菌による5-アミノレブリン酸(ALA)生産を目指す。低級脂肪酸含有培地で,Rhodobacter sphaeroidesを培養し,約16mMのALAを得ている(佐々木)。4.光合成細菌による光エネルギーの有用物質への変換を目指す。クロマトホアを調製し,光リン酸化活性及び安定性を調べた結果,Rhodospirillum rubrumのものが安定で,NADP生成に用いうる(小川)。5.緑藻ヘマトコッカスはシストへの形態変化後,カロテノイドを著量に合成する。これまでに,酸化的ストレスに応答してカロテノイド生成系が活性化されること,および活性化が活性酸素の捕捉剤等の添加または暗所培養で抑えられることを見い出した(柿薗)。6.ヘマトコッカスの培養温度を20℃から30℃へ上げた温度ストレスにより細胞当たり12倍以上の高濃度カロテノイド生産系を開発した。また,Spirulina platensisは従属栄養下で増殖できることも見い出した(西尾)。

Research Products

• [Publications] Miura Yoshiharu: "Stimulation of hydrogen production in algal cells grown under high CO_2 concentration and low temperature" Appl.Biochem.Biotechnol.39/40. 753-761 (1993)
• [Publications] Chetsumon,A: "Factors affecting antibiotic production in bioreactors with immobilized algal cells" Appl.Biochem.Biotechnol.39/40. 573-586 (1993)
• [Publications] 宮本和久: "光合成微生物の機能活用のためのフォトバイオリアクター" 生物工学会誌. 71. 434-436 (1993)
• [Publications] 小川隆平: "光合成微生物の機能開発の最近の動向" 生物工学会誌. 71. 420-422 (1993)
• [Publications] Horiuchi Jun-ichi: "Phase control of fed-batch culture for α-amylase production based on culture phase identification using fuzzy inference" J.Ferment.Bioeng.76. 207-212 (1993)
• [Publications] Horiuchi Jun-ichi: "Effective β-galactosidase production by recombinant Escherichia coli based on culture phase identification using fuzzy set theory" J.Ferment.Bioeng.76. 382-387 (1993)
• [Publications] Sasaki Ken: "Effect of culture pH on the extracellular production of 5-aminolevulinic acid by Rhodobacter sphaeroides from volatile fatty acids" Biotechnol.Lett.15. 857-864 (1993)
• [Publications] 佐々木健: "光合成細菌による生理活性物質(5-アミノレブリン酸)の生産" 生物工学会誌. 71. 428-431 (1993)
• [Publications] Marquez J.Facundo: "Growth characteristics of Spirulina platensis in mixotrophic and heterotrophic conditions" J.Ferment.Bioeng.76. 408-410 (1993)
• [Publications] Kobayashi Makio: "Enhanced carotenoid biosynthesis by oxidative stress in acetate-induced cyst cells of green unicellular alga,H.pluvialis" Appl.Environ.Microbiol.59. 867-873 (1993)
• [Publications] 古林 万木夫: "緑藻Haematococcus pluvialisのアスタキサンチン生合成における光依存性" 生物工学会誌. 71. 233-237 (1993)
• [Publications] Tjahjono Eko Agus: "Formation and regeneration of protoplast from a unicellular green alga Haematococcus pluvialis" J.Ferment.Bioeng.75. 196-200 (1993)
• [Publications] Tjahjono Eko Agus: "Hyper-accumulation of astaxanthin in a unicellular green alga Haematococcus pluvialis at elevated temperature" Biotechnol.Lett.16. 133-138 (1994)
• [Publications] 古林万木夫: "微細藻類による有用カロテノイドの生産" 生物工学会誌. 71. 426-428 (1993)
• [Publications] Miyamoto Kazuhisa: "Recombinant Microbes for Industrial and Agricultural Application(H2 production by photosynthetic bacteria and microalgae" Marcel Dekker Inc., 6 (1993)
• [Publications] 柿薗 俊英: "化学工学シンポジウムシリーズ37,植物機能および植物生産物利用技術の新展開 緑藻Haematococcus pluvialisの活性酸素ストレスに依存するカロテノイド生成" (社)化学工学会, 6 (1994)
• [Publications] 宮本 和久: "化学工学シンポジウムシリーズ37,植物機能および植物生産物利用技術の新展開 環境保全における植物・微細藻類機能の利用" (社)化学工学会, 6 (1994)