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シアノバクテリアSynechocystis PCC 6803は光エネルギーを利用してCO2から直接有用物質を生産できるため理想的な細胞工場として、その工学利用が期待されている。しかし、変動光下では、連続光下と異なり成育の大きさが変化することが知られている。光合成生物では変動光下において高速に変化する光エネルギー供給と低速で変化するエネルギー利用のシステムが連結して安定に動作するシステムとしての仕組みが備わっていると考えられる。本研究では、異なる応答の速さが連結した光合成微生物の仕組みを明らかにすることで、様々な時間オーダーで動作するサブシステムを包含するシステムの動作原理を明らかにすることを目的とした。
シアノバクテリアSynechocystis PCC 6803を用いて変動光下で時間オーダーの異なる光化学系と代謝の解析を行った。LEDの光強度を様々な時間間隔で変動させるコンピューター制御光培養装置を開発って変動光や一定強度の定常光で培養し、基本的な増殖特性を得た。13C代謝フラックス解析や光化学系の解析を行ってその特性を解析した。また、定常状態や非定常状態を表現する数理モデルを開発し、様々な光強度において複雑な光化学系の電子伝達経路がどのように電子を流し、NADPHやATPを生成するのか、代謝状態がどのように変化するのかについてシミュレーションを行った。短い時間で応答する光化学系は速度の速い環境変動を緩衝する機構が備わっており応答の遅い代謝システムが安定に動作することが示唆された。逆に代謝に摂動を与えた場合の変化についても解析を行った。
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