光合成細菌の電子伝達系の遺伝子工学的制御による水素発生系の構築

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紅色光合成細菌の電子伝達系の遺伝子に突然変異を導入することによって光合成細菌の水素発生能を増強するという、光エネルギーと水素燃料とを結びつける研究をおこなった。近年の研究により、ニトロゲナーゼを支配するnifD遺伝子を改変することによってニトロゲナーゼが触媒する反応の特異性を制御できる可能性が示唆された。また、ニトロゲナーゼの詳細な三次元構造も明らかになってきた。さらに、取り込みヒドロゲナーゼの存在はニトロゲナーゼの水素発生の障害となるので、これをコードするhupSL遺伝子を欠失させることでも水素発生の増強が期待できる。本研究では、これら最新の知見を統合して光合成細菌に複数の突然変異を導入し、単一の細胞内で連係させて電子伝達系を制御し、水素発生能を増強した細菌株を作成している。紅色光合成細菌Rhodopseudomonas palustrisのnifD遺伝子とhupSL遺伝子のクローニングを完了したので、二重相同組換えを利用して以下の遺伝子操作をおこなった。まず、クローニングされたnifD遺伝子にカナマイシン耐性遺伝子カセットを挿入し、nifD遺伝子を欠きカナマイシン耐性遺伝子を有する株を作成した。これを親株として、ニトロゲナーゼの水素発生反応への特異性を高めると予想される点突然変異をnifD遺伝子に導入する予定である。また、クローニングされたhupSL遺伝子を利用して、取り込みヒドロゲナーゼを欠いた株を作成した。現在、得られた突然変異株の水素発生能を解析しており、投稿論文を準備中である。これと並行して、各種培養条件における水素発生反応を評価し、最適な条件を模索した。ガスクロマトグラフなどにより、培養から発生する水素の定量をおこなった結果、何種類かの有機酸が有望であることが示唆された。また、培養液のpHの影響についても解析し、水素発生に適したpHを見出した。