タイプの異るニトロゲナーゼによるシアノバクテリア光合成水素生産の遺伝子工学的改良

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21380200
• 研究機関: 神奈川大学
• 研究代表者: 桜井 英博 神奈川大学, 光合成水素生産研究所, 客員教授 (10063645)
• 研究分担者: 井上 和仁 神奈川大学, 理学部, 教授 (20221088)
• キーワード: シアノバクテリア / 水素 / 光合成 / ニトロゲナーゼ / 再生可能エネルギー / バナジウム

研究概要

シアノバクテリアNostoc sp.PCC 7422株は、光合成に連結したニトロゲナーゼ活性の高い株として分離されたもので、その取り込み型ヒドロゲナーゼ遺伝子破壊株は既に取得している。この変異株は、光エネルギーを水素に変換する効率が高い。本株は、ニトロゲナーゼとして通常のMo型の他にV(バナジウム)型を併せ持つので、本研究は、後者を利用して水素生産の効率を更に高めることを目標としている。
1、Nostoc sp.PCC 7422株のMo型ニトロゲナーゼ遺伝子nifH塩基配列の取得
全ゲノム塩基配列が明らかにされているNostoc sp.PCC 7120株のMo型ニトロゲナーゼ遺伝子nifHから作成したオリゴヌクレオチドプローブを利用して、PCC 7422株のnifH配列を取得した。
2、Mo型ニトロゲナーゼ遺伝子分断破壊のための準備
PCC 7422株nifHの部分配列をPCRにより増幅し、アガロースゲル電気泳動により精製した。これを、アンピシリン耐性遺伝子を含むp-GEMTベクターに組み込み、大腸菌内でプラスミドを増幅させ、塩基配列確認を行った。今後、Nostocが持つ制限酵素切断部位をメチル化する遺伝子を含むプラスミドを増幅し、これらを利用して、triparental mating法により、nifH分断破壊株を作成する予定である。
3、培地中のMo濃度低下の水素生産に及ぼす影響
通常のBG11培地にMoを加えていないもの(-Mo)を作成したが、Moの有無によるシアノバクテリアの水素生産の差はほとんど見られなかった。モリブデン酸と拮抗すると考えられるタングステン酸を添加すると、ニトロゲナーゼ活性は約20%低下し、これにVを加えると活性はBG11培地と同程度に回復した。これらの結果から、培地に用いる試薬またはガラス容器にMoが混在している可能性が考えられるので、試薬と容器について検討を行っている。

研究成果

• [雑誌論文] (2009)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, H., Masukawa, H., Inoue, K.
  • 雑誌名: (分担執筆)A preliminary survey of the economical viability of large-scale photobiological hydrogen production utilizing mariculture-raised cyanobacteria. In Handbook on Cyanobacteria : Biochemistry, Biotechnology and Applications(eds.Gault, PM, and Mahler, HG)(Nova Science Publishers, New York.) ページ: 20(443-462)
• [学会発表] シアノバクテリアNostoc sp.PCC7422△hupL株の光生物学的水素生産持続性に及ばす培養気相中N_2濃度の影響(ポスター) (2010)
  • 著者名/発表者名: 桜井英博, 他
  • 学会等名: 日本植物生理学会大会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] 光合成微生物シアノバクテリアを利用した海面上での水素の大規模生産 (2010)
  • 著者名/発表者名: 桜井英博, 他3名
  • 学会等名: FC EXPO2010 第6回国際水素・燃料電池展
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-03-03
• [学会発表] シアノバクテリアNostoc sp.PCC7422△hupL株における光生物学的水素蓄積への培養気相の影響(ポスター) (2009)
  • 著者名/発表者名: 北島正治, 桜井英博, 他2名
  • 学会等名: 日本植物学会第73回大会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 20090917-20090919
• [学会発表] シアノバクテリアNostoc sp.△hupL株の光生物学的水素発生に対する気相組成の影響(ポスター) (2009)
  • 著者名/発表者名: 北島正治, 桜井英博, 他2名
  • 学会等名: 第12回マリンバイオテクノロジー学会大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20090530-20090531
• [学会発表] シアノバクテリアによる水素大規模生産の研究開発構想と課題 (2009)
  • 著者名/発表者名: 桜井英博, 他3名
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2009
  • 発表場所: 木更津
  • 年月日: 2009-12-04
• [学会発表] シアノバクテリアNostoc sp.PCC7422△hupL株における光生物学的水素発生の持続性に対する培養気相の影響 (2009)
  • 著者名/発表者名: 北島正治, 桜井英博, 他2名
  • 学会等名: 第29回水素エネルギー協会大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] 光合成生物を利用した水素生産 (2009)
  • 著者名/発表者名: 桜井英博, 他3名
  • 学会等名: 日本植物学会第73回大会シンポジウム(藻類で挑む地球環境問題)
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2009-09-19
• [学会発表] A Survey of the economical viability of large-scale photobiological hydrogen production utilizing cyanobacteria (2009)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, H, et al.
  • 学会等名: 13th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2009-08-14
• [学会発表] 海面を利用したシアノバクテリアによる大規模光生物学的水素生産性の予備的検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 桜井英博, 他2名
  • 学会等名: 第12回マリンバイオテクノロジー学会大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-05-30
• [備考]
  • URL: http://bio-hydrogen.kanagawa-u.ac.jp/index.html
• [産業財産権] 出願特許「ガスサンプリングデバイス」 (2009)
  • 発明者名: 桜井英博, 他3名
  • 権利者名: 早稲田大学、神奈川大学
  • 産業財産権番号: 特願2009-218160 特願2009-287152(優先権出願)
  • 出願年月日: 20090918,20091218