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緑色硫黄細菌の光合成水素生産系を利用したメタン生成法の開発

公募研究

研究領域光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
研究課題/領域番号 18H05181
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関立命館大学

研究代表者

浅井 智広  立命館大学, 生命科学部, 講師 (70706564)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード緑色硫黄細菌 / ヒドロゲナーゼ / 光合成水素生産 / メタン菌 / 共培養 / 光合成メタン生産 / 嫌気 / メタン
研究実績の概要

本研究課題では、ヒドロゲナーゼを異種発現した緑色硫黄細菌の絶対嫌気的な光合成水素生産系と、メタン生成菌の異化的メタン生成を生物学的に融合させ、独立栄養的にメタンを生産する生物学的システム「光合成メタン生産系」の構築を目指している。水素発生する緑色硫黄細菌とメタン生成菌の持続的且つ堅牢な共培養系を構築することが、目下、最大の目的である。
緑色硫黄細菌とメタン生成菌はお互いよく似た組成の培地で増殖する。光合成水素生産系を構築した緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidumは中程度好熱菌であるため、共培養するメタン生成菌も好熱性の種が良いと考え、当初はMethanothermobacter thermautotrophicusを共培養のパートナーの候補としていた。しかし、C. tepidumの増殖は非常に速く、M. thermautotrophicusは相対的な増殖速度が遅すぎることがわかった。そのため、共培養系においてM. thermautotrophicusは競争力に欠け、十分に増殖できないままに、メタン生成もほとんど観測できなかった。
そこで、C. tepidumの増殖を抑えつつ、メタン生成菌の増殖速度を相対的に情報させるため、より低い培養温度で指摘増殖となる中温性のメタン生成菌Methanococcus maripaludisに共培養パートナーの候補を切り替えた。M. maripaludisはその生育至適温度において、高濃度のギ酸やH2/CO2混合気相中で、C. tepidumに匹敵する非常に速い増殖を示した。共培養の結果、お互いに培地の資源を奪い合いながらも、両者の増殖が認められた。現在、萌芽的な結果ではあるものの、C. tepidumの光合成水素生産系に依存的なメタン生成量の上昇も観測されている。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 7件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] アリゾナ州立大学分子科学校/アリゾナ州立大学バイオデザイン研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Synechocystis KaiC3 displays temperature- and KaiB-dependent ATPase activity and is important for growth in darkness.2020

    • 著者名/発表者名
      Wiegard A, Kobler C, Oyama K, Dorrich AK, Azai C, Terauchi K, Wilde A, Axmann IM
    • 雑誌名

      J Bacteriol

      巻: 202 号: 4

    • DOI

      10.1128/jb.00478-19

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Heliobacterium modesticaldumの反応中心におけるエネルギーおよび電子移動機構の時間分解分光 測定2020

    • 著者名/発表者名
      小島 理沙、山元 颯太、浅井 智広、小澄 大輔、大岡 宏造
    • 学会等名
      第61回 日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌におけるRieske/cytb複合体の嫌気的精製とシトクロム c-556との相互作用解析2020

    • 著者名/発表者名
      岸本 拓、長岡 孝浩、浅井 智広、武藤 梨沙、田中 秀明、宮ノ入 洋平、栗栖 源嗣、大岡 宏造
    • 学会等名
      第61回 日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Photosynthetic hydrogen production in green sulfur bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      C. Azai
    • 学会等名
      3rd International Solar Fuels Conference & International Conference on Artificial Photosynthesis-2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Femtosecond Time-Resolved Transient Absorption Spectroscopy of Reaction Center of Green Sulfur Bacteria: Elucidation of Primary Dynamics of Photosynthesis2019

    • 著者名/発表者名
      Keita Sugihara, Masataka Hoashi, Chihiro Azai, Yutaka Nagasawa
    • 学会等名
      3rd International Solar Fuels Conference & International Conference on Artificial Photosynthesis-2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy Transfer Pathways from Carotenoids in The Photosynthetic Reaction Center Complex of Green Sulfur Bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Azai, Jiro Harada, Masataka Hoashi, Shogo Fujimoto, Shinji Masuda, Daisuke Kosumi
    • 学会等名
      3rd International Solar Fuels Conference & International Conference on Artificial Photosynthesis-2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Time-Resolved Spectroscopy of Electron Transfer Processes upon Selective Excitation in the Reaction Center Complex from Heliobacterium modesticaldum2019

    • 著者名/発表者名
      Risa Kojima, Chihiro Azai, Shunsuke Ando, Tetsuko Nakaniwa, Hideaki Tanaka, Genji Kurisu, Chiasa Uragami, Hideki Hashimoto, Daisuke Kosumi, Hirozo Oh-oka
    • 学会等名
      3rd International Solar Fuels Conference & International Conference on Artificial Photosynthesis-2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional implication of carotenoid glucosides in the anaerobic photosynthesis of green sulfur bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      C. Azai
    • 学会等名
      Young meeting of 3rd International Solar Fuels Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Anaerobic energy dissipation by carotenoid glycoside in photosynthetic green sulfur bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      C. Azai
    • 学会等名
      第1回日米二国間セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Isolation of the Rieske/cytochrome b complex from green sulfur bacteria and interaction of the Rieske protein with cytochrome c-5562019

    • 著者名/発表者名
      Hiraku Kishimoto, Takahiro Nagaoka, Chihiro Azai, Risa Mutoh, Hideaki Tanaka, Yohei Miyanoiri, Genji Kurisu, Hirozo Oh-oka
    • 学会等名
      第57回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Carotenoid glycoside quenches bacteriochlorophyll a fluorescence in the photosynthetic reaction center complex of green sulfur bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Azai, Jiro Harada, Takumi Inoue, Shogo Fujimoto, Shinji Masuda, Daisuke Kosumi
    • 学会等名
      第57回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 緑色イオウ細菌Chlorobaculum tepidumからの反応中心複合体標品の改良2019

    • 著者名/発表者名
      Koki Wada, Chihiro Azai, Tetsuko Nakaniwa, Genji Kurisu, Hirozo Oh-oka
    • 学会等名
      第57回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌の光合成反応中心に結合したカロテノイドのアンテナ機能2019

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広、上野 雅仁、藤本 将吾、井上 拓海、原田 二朗、増田 真二、小澄 大輔
    • 学会等名
      第33回カロテノイド研究談話会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Functional Consequence of Glycosyl Transfer to Carotenoid in Photosynthesis of Green Sulfur Bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      C. Azai
    • 学会等名
      15th International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] カロテノイド配糖体エステルの緑色硫黄細菌における光合成機能2019

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広、原田 二朗、井上 拓、藤本 将吾、増田 真二、小澄 大輔
    • 学会等名
      第10回 日本光合成学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌反応中心の光合成初期過程ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      長澤 裕、杉原 敬太、帆足 征峻、浅井 智広
    • 学会等名
      第10回 日本光合成学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌から均一な反応中心複合体標品を得るための工夫2019

    • 著者名/発表者名
      和田 公樹、浅井 智広、仲庭 哲津子、栗栖 源嗣、大岡 宏造
    • 学会等名
      第10回 日本光合成学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌のRieske/cytb複合体の精製検討とcyt c-556との相互作用部位の解析2019

    • 著者名/発表者名
      岸本 拓、長岡 孝浩、浅井 智広、武藤 梨沙、田中 秀明、宮ノ入 洋平、栗栖 源嗣、大岡 宏造
    • 学会等名
      第10回 日本光合成学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Primary dynamics of photosynthetic process in the reaction center of green sulfur bacteria2019

    • 著者名/発表者名
      K. Sugihara, M. Hoashi, C. Azai, Y. Nagasawa
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会(2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidumの光化学系反応中心に存在するカロテノイド配糖体エステルの役割2019

    • 著者名/発表者名
      原田 二朗,浅井 智広,井上 拓,藤本 将吾,増田 真二,山本 健,小澄 大輔
    • 学会等名
      第60回 日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidumの光合成反応中心における外部フィロキノンによる電荷分離反応の促進2019

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広,Su Lin,Kevin E. Redding
    • 学会等名
      第60回 日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 緑色硫黄細菌の光合成反応中心コアアンテナ系におけるカロテノイド配糖体エステルによる超高速消光2019

    • 著者名/発表者名
      浅井 智広、原田 二朗、井上 拓、藤本 将吾、増田 真二、小澄 大輔
    • 学会等名
      新学術領域研究「革新的光物質変換」第2回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] [FeFe]型ヒドロゲナーゼHydA1 の緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidum細胞内での成熟化に対する鉄イオン添加の促進効果2019

    • 著者名/発表者名
      波佐間 雄世、池田 祐輔、武藤 梨沙、寺内 一姫、栗栖 源嗣、大岡 宏造、浅井 智広
    • 学会等名
      新学術領域研究「革新的光物質変換」第2回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] The orientation of menaquinone in the heliobacterial reaction center analyzed with the EPR spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kondo, C. Azai, S. Itoh, H. Oh-oka
    • 学会等名
      第56回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Fluorescence lifetime analysis of the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum mutant devoid of a reaction center specific carotenoid glycoside2018

    • 著者名/発表者名
      C. Azai, J. Harada, S. Fujimoto, S. Masuda, D. Kosumi
    • 学会等名
      ISPR Conference on Microbial Photosynthesis
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] "Menaquinone (MQ) in the reaction center of Heliobacterium modesticaldum studied by ESP-EPR signal of P800+MQ-: its implication in the 3D structure"2018

    • 著者名/発表者名
      H. Oh-oka, T. Kondo, C. Azai, T. Nakaniwa, H. Tanaka, G. Kurisu, S. Itoh
    • 学会等名
      16th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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