ラン色細菌の水素生産性向上に向けた遺伝子工学的改良

基因工程改进提高蓝藻的产氢能力

• 批准号: 04F04486
• 负责人: 櫻井 英博
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04F04486/
• 关键词: ラン色細菌; 太陽光; 水素; 代替エネルギー; 光合成; シアノバクテリア; ニトロゲナーゼ; ヒドロゲナーゼ; 水素生産; 光生物; 遺伝子工学

本研究は、ラン色細菌(別名:シアノバクテリア)の光合成系を利用して太陽光を水素のエネルギーに変換し、化石燃料代替エネルギーの大規模生産を実現することを目標とする研究戦略の一環をなすものである。1)ヒドロゲナーゼ遺伝子破壊株の水素生産性評価ラン色細菌の水素生産に関わる酵素は、ヒドロゲナーゼとニトロゲナーゼであり、本研究では後者を利用した水素生産系の開発を目指している。ヒドロゲナーゼには、取込型(Hup)と双方向性(Hox)の2種があり、前者は調べられた全ての株に存在し、さらに約半数が後者をあわせ持っ。ヒドロゲナーゼは、ニトロゲナーゼによって生産された水素の再吸収にはたらき、生産の妨害になると考えられる。Nostoc sp. PCC 7422株より作成したHup構造遺伝子破壊株は、水素生産性が大幅に向上し、水素を濃度約30%に蓄積でき、良好な実験条件では太陽光を約1.7%の効率で水素エネルギーに変換できた。2)ラン色細菌におけるV型ニトロゲナーゼの分布ニトロゲナーゼの触媒タンパク質は、ジニトロゲナーゼで、反応の必然的副産物として水素を生産するが、通常は活性中心に鉄、モリブデンからなる金属クラスターを結合している(Mo型)。一部の生物では、Mo型ニトロゲナーゼに加えてバナジウムを結合したクラスターを持つものがあり(V型)、この酵素は一般に、窒素固定に向けられる電子の割合が低い、換言すれば水素生産に向けられる電子の割合が高いといわれており、水素生産に適した酵素となる可能性がある。そこで、内外のラン色細菌株保存センターから取得した14種類の株について、V型ニトロゲナーゼの分布をNostoc punctiformeのvnf遺伝子の部分配列をプローブとして調べたところ、約半数のものがMo型に加えてV型ニトロゲナーゼを持つことが明らかとなった。

This study aims to develop a comprehensive research strategy for the utilization of photosynthetic systems of chromogenic bacteria (also known as chromogenic bacteria) for the conversion of sunlight into water and the large-scale production of fossil fuels. 1) Evaluation of water productivity of bacterial strains from different species of bacteria. This study aims to develop a water production system by using enzymes related to water production. There are two kinds of Hup and Hox, the former one exists in the whole plant, and the latter one exists in about half. The water absorption and production of water are not easy to understand, and the water absorption and production are not easy to understand. Nostoc sp. PCC 7422 strain was produced in the Hup structural heritage, and its water productivity increased significantly. The water concentration was about 30%, and the accumulation rate was about 1.7% under good conditions. 2) The distribution of V-type catalysts in the production of H2O is usually associated with the active center of iron and metal (Mo type). A part of the organism, Mo type, Mo type. 14 species of strains were obtained from the plant, and the distribution of V-type strains was determined by the Nostoc punctiforme. About half of the strains were obtained from the Mo-type strains.

项目成果

水素生産性改良ラン色細菌による光生物的水素蓄積のための培養条件

产氢蓝细菌光生物氢积累的培养条件

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本エネルギー学会大会(吹田市)講演要旨集(日本エネルギー学会) 14
• 作者: 櫻井 英博;Zhang X他7名
• 通讯作者: Zhang X他7名

化石代替エネルギーの大規模開発を目指す光生物的水素生産

光生物制氢旨在大规模开发化石替代能源

• 发表时间: 2006
• 期刊: エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス(東京)講演論文集(エネルギー・資源学会) 22
• 作者: 櫻井 英博;Zhang X他2名
• 通讯作者: Zhang X他2名

改良ラン色細菌による光生物的水素生産性の向上と大規模生産に向けた課題

利用改进的蓝细菌提高光生物氢生产率以及大规模生产的挑战

• 发表时间: 2007
• 期刊: エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス講演論文集 第23回
• 作者: 櫻井英博;Zhang Xh;他7名
• 通讯作者: 他7名