光合成細菌の電子伝達系の遺伝子工学的制御による水素発生系の構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750640
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 吉田 真 東京都立大学, 工学研究科, 助手 (60336518)
• Keywords: 水素 / ニトロゲナーゼ / ヒドロゲナーゼ / 紅色光合成細菌 / 遺伝子工学 / Rhodoblastus acidophilus / Rhodobacter capsulatus / Rhodopseudomonas palustris

Research Abstract

紅色光合成細菌の電子伝達系の遺伝子に突然変異を導入することによって光合成細菌の水素発生能を増強するという、光エネルギーと水素燃料とを結びつける研究をおこなっている。近年の研究により、ニトロゲナーゼを支配するnifN遺伝子やnifD遺伝子を改変することによってニトロゲナーゼが触媒する反応の特異性を制御できる可能性が示唆された。また、ニトロゲナーゼの詳細な三次元構造も明らかになってきた。さらに、取り込みヒドロゲナーゼの存在はニトロゲナーゼの水素発生の障害となるので、これをコードするhupSL遺伝子を欠失させることでも水素発生の増強が期待できる。本研究では、これら最新の知見を統合して光合成細菌に複数の突然変異を導入し、単一の細胞内で連係させて電子伝達系を制御し、水素発生能を増強した細菌株を作成している。
何種かの紅色光合成細菌においてnifD遺伝子とhupSL遺伝子のクローニングを完了したので、二重相同組換えを利用して以下の遺伝子操作をおこなっている。まず、クローニングされたnifD遺伝子にカナマイシン耐性遺伝子カセットを挿入し、nifD遺伝子を欠きカナマイシン耐性遺伝子を有する株を作成している。これを親株として、ニトロゲナーゼの水素発生反応への特異性を高めると予想される点突然変異をnifD遺伝子に導入する予定である。また、クローニングされたhupSL遺伝子を利用して、取り込みヒドロゲナーゼを欠いた株を作成中である。
これと並行して、各種培養条件における水素発生反応を評価し、最適な条件を模索した。ガスクロマトグラフなどにより、培養から発生する水素の定量をおこなった結果、何種類かの有機酸が有望であることが示唆された。