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太陽光エネルギーを高効率で捕集・伝達する天然型光合成の光捕集アンテナ超分子複合体を利活用することは、人工光合成の高機能化を考えるうえでの新たなコンセプトを提供しうると考えられる。しかし、天然型光合成アンテナ超分子を人工光合成系へ展開するためには、光合成超分子の人為的改変、および機能性合成分子やナノ物質との複合化に関する方法論の開発が重要である。そこで、緑色硫黄光合成細菌で効率よい光捕集を行っている膜外アンテナ超分子複合体であるクロロゾームを研究対象とし、合成分子や機能性物質との複合化に関する研究を推進するとともに、クロロゾームの光機能性部位を保持しつつ人為的に改変するための研究を推進した。
クロロゾームでは、脂質膜で囲まれた内部に存在する多数の光捕集バクテリオクロロフィルc/d/e色素の自己会合体で光捕集を行い、脂質膜面に存在する、ベースプレートと呼ばれる色素ペプチド複合体にそのエネルギーを移動させる。本研究では、このベースプレート部位を両親媒性バクテリオクロロフィルa色素で置換し、内部の色素自己会合体で吸収した光エネルギーを少数の合成色素分子に集約することに成功した。あわせて、この合成色素分子の親水性鎖の長さを変化させることで、クロロゾーム膜面での状態を制御できる可能性を示唆する結果を得た。また、クロロゾーム膜面への機能性物質の接合による機能化として、酸化グラフェンとの複合化に関する研究を実施し、クロロゾームをバッファー中で酸化グラフェンと混合するだけで、短時間で簡便に効率よく複合化することを明らかにした。酸化グラフェンと複合化したクロロゾームの形状や分光特性は基本的に変化しないことを示した。また、クロロゾーム改変に関する研究として、内部の色素のエステル鎖や表面脂質の脂肪酸を緑色硫黄光合成細菌の生合成を利用して置換することに成功した。
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