フロート型バイオリアクターによる藍藻と光合成細菌による水素生産

• 研究課題/領域番号: 15K00642
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 持続可能システム
• 研究機関: 神奈川大学
• 研究代表者: 井上 和仁 神奈川大学, 理学部, 教授 (20221088)
• 連携研究者: 永島 賢治 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)
• 研究協力者: 櫻井 英博 ; 北島 正治 ; 佐藤 剛
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 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

研究成果の概要

太陽光による光生物学的水素生産を実施する場所として農業と競合しない海洋面の利用が考えられる。本研究は、シアノバクテリアと紅色光合成細菌を利用して光生物学的に水素を海面上で生産することを最終目標として、そのシステム開発の基盤となる技術開発を行うことを目的とした。水素低透過性プラスチックを用いてバッグを作成し、内部にシアノバクテリアや紅色光合成細菌を入れて水素が蓄積することを実証した。また、シアノバクテリアのヘテロシスト形成頻度改変株、紅色光合成細菌の取り込み型ヒドロゲナーゼHupの破壊株など水素生産性が向上した改良株を作成した。

研究成果

• [国際共同研究] ロシア科学アカデミーIBBP研究所(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ロシア科学アカデミーIBBP研究所(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ロシア科学アカデミーIBBP, Puschino(ロシア連邦)
• [雑誌論文] Increased heterocyst frequency by patN disruption in Anabaena leads to enhanced photobiological hydrogen production at high light intensity and high cell density (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Masukawa, H. Sakurai, R. P. Hausinger, and K. Inoue
  • 雑誌名: Appl. Microbiol. Biotechnol. 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 2177-2188
  • DOI: 10.1007/s00253-016-8078-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Sato Takeshi、Inoue Kazuhito、Sakurai Hidehiro、Nagashima Kenji V. P.
  • 雑誌名: The Journal of General and Applied Microbiology 巻: 63 号: 5 ページ: 274-279
  • DOI: 10.2323/jgam.2017.01.003
  • NAID: 130006206595
  • ISSN: 0022-1260, 1349-8037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Probing Structure-Function Relationships in Early Events in Photosynthesis Using a Chimeric Photocomplex (2017)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Proc. Nat. Aca. Sci. 巻: 114 号: 41 ページ: 10906-10911
  • DOI: 10.1073/pnas.1703584114
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of growth conditions on advantages of hup- strain for H2 photoproduction by Rubrivivax gelatinosus (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Laurinavichene, M. Kitashima, K. V. P. Nagashima, T. Sato, H. Sakurai, K. Inoue, and A. Tsygankov
  • 雑誌名: Int. J. Hydrogen Energy 巻: 印刷中 号: 12 ページ: 8497-8504
  • DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.12.074
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 増川一、北島正治、櫻井英博、井上和仁
  • 雑誌名: バイオインダストリー 巻: 33 ページ: 36-42
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 佐藤剛、末木幸太朗、後藤和貴、永島賢治、櫻井英博、井上和仁
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Effects of stacked bioreactors using cyanobacteria and purple bacteria for improved light energy utilization in photobiological hydrogen production (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Sato, Yuki Uchida, Kenji Nagashima, Hajime Masukawa, Masaharu Kitashima, Hidehiro Sakurai, Kazuhito Inoue
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Improved Light Energy Efficiency of Photobiological Hydrogen Production in Stacked Bioreactors using Cyanobacteria and Purple Bacteria (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Inoue, Masaharu Kitashima, Kenji V. P. Nagashima, Hidehiro Sakurai, Takeshi Sato
  • 学会等名: 2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2017-03-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第19回 マリンバイオテクノロジー学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第 37 回水素エネルギー協会大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第36回水素エネルギー協会大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-11-28
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
  • 発表場所: 那覇
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第18回マリンバイオテクノロジー学会大会
  • 発表場所: 函館
  • 年月日: 2016-05-28
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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、
  • 学会等名: 第35回水素エネルギー協会大会
  • 発表場所: 東京都 タワーホール船堀
  • 年月日: 2015-12-03
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 井上和仁
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 東京都八王子市 首都大学東京
  • 年月日: 2015-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 北島正治、花本光、増川一、櫻井英博、井上和仁
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 新潟県新潟市新潟コンベンションセンター
  • 年月日: 2015-09-06
• [学会発表] Our Efforts Toward Achieving Commercially Viable Large-scale Photobiological Hydrogen Production by Cyanobacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Hidehiro Sakurai, Hajime Masukawa, Masaharu Kitashima and Kazuhito Inoue
  • 学会等名: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Tubingen, Germany
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] Inactivation on Mo-type Nitrogenase and Selective Expression on V-type Nitrogenase Activity of the Heterocystous Cyanobacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Sato, Hajime Masukawa, Masaharu Kitashima, Hidehiro Sakurai, Kazuhito Inoue
  • 学会等名: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Eberhard-Karls University, Tubingen, Germany
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第17回マリンバイオテクノロジー学会大会
  • 発表場所: 東京都 東京海洋大
  • 年月日: 2015-05-30
• [図書] 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)
  • 著者名/発表者名: 井上和仁
  • 総ページ数: 230
  • 出版者: NTS
• [図書] 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)
  • 著者名/発表者名: 北島正治、櫻井英博、井上和仁、増川一
  • 総ページ数: 193
  • 出版者: S&T出版
• [図書] Hydrogen production using photobiological methods In Compendium of Hydrogen Energy, Woodhead Publishing Series in Energ (2016)
  • 著者名/発表者名: R.S. Poudyal, I. Tiwari, A.R. Koirala, H. Masukawa, K. Inoue, T. Tomo, M.M. Najafpour, S.I. Allakhverdiev, T.N. Veziroglu
  • 総ページ数: 531
  • 出版者: Elsevier
• [備考] 光合成水素生産研究所
  • URL: http://bio-hydrogen.kanagawa-u.ac.jp
• [備考] 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
• [備考] 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
• [備考] 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