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2011 年度 実績報告書

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

研究課題

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 / ヒトロゲナーゼ / 再生可能エネルギー / バナジウム
研究概要

将来、シアノバクテリア(別名:ラン色細菌、ラン藻類)を海面を利用して培養し、その光合成系を利用して、水素を化石燃料代替エネルギーとして大規模生産することを長期目標とし、その構想実現に資することを目的に研究を行った。水素生産に利用する酵素は、ニトロゲナーゼであり、通常のMo(モリブデン)型に代わってV(バナジウム)型、さらにはFe-only型の発現により、水素生産性を向上させ、将来の大規模水素生産の基盤を強化することを目ざして研究い、次の結果を得た。
1)Mo型とV型の2種類のニトロゲナーゼを持つNostoc sp. PCC 7422株の取込み型ヒドロゲナーゼ破壊株(△Hup株)を親株として、Mo型ニトロゲナーゼnif遺伝子を破壊した株(△Hup/△Nif株)を作成した。現在、その水素生産特性について親株との比較研究を行っている。また、vnfDGK遺伝子の塩基配列を確定した。
2)Nostoc sp. PCC 7120株は、Mo型ニトロゲナーゼ遺伝子(nif)だけを持つ。この株で異種生物のV型及びFe-only型ニトロゲナーゼ遺伝子を発現させるために、取込み型ヒドロゲナーゼ破壊株(△Hup株)を親株として、Mo型ニトロゲナーゼnif遺伝子を除去するためのプラスミドを作成し、除去株(△Hup/△Nif株)を作成した。この除去部分を相補する遺伝子導入用プラスミドを作成し、他の細菌のニトロゲナーゼ遺伝子導入のための準備は完了した。導入を目的とする他の微生物遺伝子として、Anabaena variabilisのV型ニトロゲナーゼ遺伝子(vnf)、Azotobacter vinelandiiのvnfおよびFe-only型遺伝子(anf)を候補として選び、DNAの抽出とクローニングを行っている。
3)Mo型とV型の両方を持つNostoc sp. PCC 7422株の△hypF株(ヒドロゲナーゼ活性欠失)について、培地中のMo濃度を低下させることにより、V型ニトロゲナーゼが高い細胞を培養により得ることを試みたが、用いた培養法ではMo型の活性がなかなか低下しにくかった。培養に用いるガラス瓶からMo等が混入するおそれがあるので、ガスバリアー性プラスチックバッグを利用した培養法を開発した。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Flexible Plastic Bioreactors for Photobiological Hydrogen Production by Hydrogenase-Deficient Cyanobacteria2012

    • 著者名/発表者名
      Kitashima, H.Masukawa, H.Sakurai, K.Inoue
    • 雑誌名

      Biosci.Biochem.Biotechnol.

      巻: 76 ページ: 831-833

    • DOI

      D0I:10.1271/bbb.110808

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Genetic Engineering of Cyanobacteria to Enhance Biohydrogen Production from Sunlight and Water2012

    • 著者名/発表者名
      Masukawa, M.Kitashima, K.Inoue, H.Sakurai, et al
    • 雑誌名

      AMBIO

      巻: 11,suppl.(2) ページ: 169-173

    • DOI

      DOI:10.1007/s13280-0122-0275-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 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2011

    • 著者名/発表者名
      北島正治、桜井英博、井上和仁
    • 雑誌名

      水環境学会誌

      巻: 34 ページ: 108-112

  • [学会発表] シアノバクテリア改良株の水素生産性持続のための気相の研究とバイオリアクターの低廉化2012

    • 著者名/発表者名
      北島正治、増川一、櫻井英博、井上和仁
    • 学会等名
      日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20120316-20120318
  • [学会発表] シアノバクテリアによる大規模光合成水素生産のグランドデザインと課題2012

    • 著者名/発表者名
      櫻井英博
    • 学会等名
      FC EXPO 2012 FCアカデミックフォーラム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2012-03-01
  • [学会発表] シアノバクテリアの水素生産持続性向上のための気体組成と安価なプラスチックバイオリアクター2011

    • 著者名/発表者名
      北島正治、増川一、櫻井英博、井上和仁
    • 学会等名
      ランソウ研究会(ラン藻の分子生物学2011)
    • 発表場所
      木更津
    • 年月日
      20111202-20111203
  • [学会発表] シアノバクテリアのニトロゲナーゼによる水素生産持続性の向上とバイオリアクター素材の検討2011

    • 著者名/発表者名
      櫻井英博、北島正治、増川一、井上和仁
    • 学会等名
      マリンバイオテクノロジー学会大会
    • 発表場所
      静岡
    • 年月日
      20110528-20110529
  • [学会発表] 改良シアノバクテリアによる光生物学的水素生産の実用化に向けての生物学的及び工学的課題2011

    • 著者名/発表者名
      櫻井英博、増川一、北島正治、井上和仁
    • 学会等名
      水素エネルギー協会大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-11-30
  • [学会発表] バクテリアNostoc sp.取込み型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の持続性と二酸化炭素濃度2011

    • 著者名/発表者名
      北島正治、増川一、櫻井英博、井上和仁
    • 学会等名
      日本植物学会大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-09-17
  • [備考] 神奈川大学光合成水素生産研究所

    • URL

      http://bio-hydrogen.kanagawa-u.ac.jp/index.html

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公開日: 2013-06-26  

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