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理化学研、ラン藻の水素生産量を2倍以上に増加 バイオプラスチック増産にも関係

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理化学研、ラン藻の水素生産量を2倍以上に増加 バイオプラスチック増産にも関係

理化学研究所は、光合成を行う微生物「ラン藻」を遺伝子改変し、細胞内のタンパク質「SigE(シグイー)」を増やすことにより、ラン藻の水素生産量を2倍以上に増加させることに成功したと発表した。今回の成果は、藻類による水素生産の新しい基盤構築につながると説明している。

また、本研究グループは、過去に、SigEタンパク質がバイオプラスチックの生産を促進する因子であることを報告している。本成果により、水素とバイオプラスチックの生産が同じ因子で制御されているという興味深い事実も明らかになった。今後、ラン藻の水素生産メカニズムの理解を深めることが、光エネルギーを利用したさらなる水素やバイオプラスチックの増産へとつながることが示された。

水素はCO2を排出しない再生可能エネルギーとして、広範な利用が期待されている。現在、主に使われている水素製造法は、天然ガスや石炭を水蒸気と反応させる「水蒸気改質」だが、資源の枯渇問題、環境問題などから、太陽光などの自然エネルギーを利用した水素の生産が求められている。その中で、生物を利用する新しい水素製造法が注目されており、特に光をエネルギー源として水から水素を生産する能力を持つラン藻が盛んに研究されている。しかし、実用化にはラン藻の水素生産能力を高めることが課題となる。

本研究グループでは、過去の知見から、ラン藻の炭素とエネルギーのバランスを制御するタンパク質SigEが、水素生産に関与する可能性を見いだした。SigEはRNAポリメラーゼシグマ因子(DNAからRNAを合成するプロセスである「転写」を担うタンパク質)の1つ。そして、遺伝子改変により細胞内でSigEのタンパク質量を増やすラン藻を作製、観察した結果、水素の生産量を2倍以上に増加させることに成功した。また、SigEタンパク質の増加に伴って、光合成の活性が変化すること、細胞の直径が約1.6倍増大することなど、細胞にさまざまな変化が起こることも明らかになった。

現時点では、細胞のサイズの増大と水素生産の関係はわかっていない。本研究のような、目的物質を生物により生産させる「代謝工学」では、遺伝子改変に伴って細胞の増殖が阻害されることがしばしば問題になる。今回のSigEのタンパク質量を増やすラン藻(SigE過剰発現株)では、水素生産、光合成、細胞の大きさといった多面的な変化が起こるにも関わらず、細胞の増殖には影響はなかった。SigE過剰発現株を詳細に解析することにより、遺伝子改変に伴う増殖阻害の回避に新しい手法が見いだされる可能性もあるとしている。

本研究は、JST戦略的創造研究推進事業個人型研究さきがけ(藻類バイオエネルギー領域)の一環として行われ、英国の科学雑誌「The Plant Journal」のオンライン版(8月13日)に掲載された。

嫌気発酵条件でのラン藻培養

嫌気発酵条件でのラン藻培養
光と二酸化炭素をエネルギー源として24時間培養したラン藻を濃縮し、注射針で窒素ガスを導入して嫌気状態(無酸素状態)にした。注射針を抜いて密閉状態にした後、アルミホイルで巻いて暗条件にし、24時間培養し、蓄積した水素を測定した。

【参考】
理化学研究所 - ラン藻の水素生産量を2倍以上増加させることに成功

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