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

基本信息

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

项目摘要

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。

这项研究是旨在利用兰花细菌（也称为蓝细菌）的光合系统将阳光转化为氢能并实现大规模生产化石燃料替代能源的研究战略的一部分。 1)氢化酶基因破坏菌株的产氢能力评价蓝藻中参与产氢的酶是氢化酶和固氮酶，本研究旨在开发利用后者的产氢系统。氢化酶有两种类型，摄取型（Hup）和双向型（Hox），前者存在于所有检查的菌株中，大约一半同时具有后者。氢化酶的功能是重新吸收固氮酶产生的氢气，并被认为会干扰生产。 Hup 结构基因被破坏的发菜菌株可以转化为能量。 2）V型固氮酶在蓝藻中的分布固氮酶的催化蛋白是二固氮酶，它产生氢气作为反应不可避免的副产物，但通常具有与其活性中心结合的由铁和钼组成的金属簇（Mo型）。在一些生物体中，除了Mo型固氮酶外，还有一些具有钒结合簇（V型），并且这种酶通常具有较低比例的电子用于固氮，换句话说就是用于产氢。具有高比例的电子，使其成为适合产氢的潜在酶。因此，当我们以发菜vnf基因的部分序列为探针，对国内外蓝藻菌种保藏中心获得的14种菌株中V型固氮酶的分布情况进行调查时，我们发现约一半的菌株含有V型固氮酶。 Mo型固氮酶被发现具有V型固氮酶。