極限環境下に生きる光合成微生物の生存戦略の解明―その分光学と構造生物学的研究

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光合成細菌の最もコアな部分である光捕集反応中心超分子複合体(LH1-RC)は、特異な分光学的性質とユニークな立体構造をもつ。本研究では、様々な極限環境下に生きる光合成細菌（好熱、好冷、好塩、好アルカリ、好酸など）を用いて、(i)光捕獲と光電変換を司るLH1-RC複合体の特異な分光学的挙動の特定、(ii)過酷な生育条件にも耐えうる光合成膜とLH1-RCの構造安定性の評価、(iii)これらの分光学的特性と構造安定性をもたらす構造的要因の原子レベルでの解明を目的とする。本研究で得られる知見から、より実用性の高い高効率の集光アンテナと光電変換素子の作成ならびに人工光合成システムの構築に対して根拠となる設計指針を与える。本年度はこれまで最も良く研究され、光合成細菌のモデルとして用いられてきたRhodobacter (Rba.) sphaeroides由来の光捕集反応中心複合体LH1-RC二量体構造を決定し、詳細なキノン輸送経路を原子レベルで調べることを可能にした。二量体構造は単純に単量体が2個結合した形状ではなく、非対称な形をとり、構成する2つのLH1-RC単量体のキノンの出入口は、互いに位置やサイズが異なり、エネルギー変換の調節機能をもっている可能性が示唆された。さらに、LH1-RC単量体複合体から2021年に発見したprotein-Uは、欠損株のタンパク質精製実験から二量体の安定化効果があることがわかっていたが、今回新たな欠損株の立体構造を決定し、protein-Uが単量体の安定化にも役立っていることが明らかとなった。この成果は国際学術誌（Nature Communications 13, 1904; 2022）に掲載された。