Effect of Proliferation of Microorganisms in "Functional Water"

There is a growing interest in special kinds of treated water with properties which differ from those of ordinary water. The aim of this research is to study the effect of the proliferation of microorganisms in "Functional Water"

Nitrogenase Fe protein-like Fe–S cluster is conserved in L-protein (BchL) of dark-operative protochlorophyllide reductase from Rhodobacter capsulatus

AbstractDark-operative protochlorophyllide reductase (DPOR) in bacteriochlorophyll biosynthesis is a nitrogenase-like enzyme consisting of L-protein (BchL-dimer) as a reductase component and NB-protein (BchN–BchB-heterotetramer) as a catalytic component. Metallocenters of DPOR have not been identified. Here we report that L-protein has an oxygen-sensitive [4Fe–4S] cluster similar to nitrogenase Fe protein. Purified L-protein from Rhodobacter capsulatus showed absorption spectra and an electron paramagnetic resonance signal indicative of a [4Fe–4S] cluster. The activity quickly disappeared upon exposure to air with a half-life of 20s. These results suggest that the electron transfer mechanism is conserved in nitrogenase Fe protein and DPOR L-protein

<所内学術研究成果報告>F. 微生物による水素発生に関する基礎研究

石油や石炭などの化石燃料は,燃焼に伴って地球温暖化の原因となる二酸化炭素や有害な大気汚染物質を排出する。一方,水素は酸素と結びつくことで,大きなエネルギーを放出するが,水以外の廃棄物は発生せず,非常にクリーンなエネルギー源として注目されている。微生物の中には,細胞内の代謝過程に伴って,水素を発生するものがいることが知られている。特に,藻類やシアノバクテリアなどの光合成微生物は,太陽エネルギーを使って,水から水素を作ることが可能であり,その能力を生物工学的に高めることで,水&roarr;水素&roarr;水という究極の循環型クリーンエネルギーサイクルを確立することが可能となる。光合成では,光化学系II生じた強い酸化力で水を分解し,O_2とH^+が生成する。一方,光化学系Iでは強い還元力が生じ,通常,この還元力は,二酸化炭素の固定に用いられる。本研究は,光化学系Iで生じる還元力の一部をH^+の還元に利用できるような系を持つ光合成微生物を自然界から選抜したり,遺伝子組み換え技術を用いて代謝工学的に作りだそうというものである

<所内学術研究成果報告>C. 微生物による水素発生に関する基礎研究

石油や石炭などの化石燃料は,燃焼に伴って地球温暖化の原因となる二酸化炭素や有害な大気汚染物質を排出する。一方,水素は酸素と結びつくことで,大きなエネルギーを放出するが,水以外の廃棄物は発生せず,非常にクリーンなエネルギー源として注目されている。微生物の中には,細胞内の代謝過程に伴って,水素を発生するものがいることが知られている。特に,藻類やシアノバクテリアなどの光合成微生物は,太陽エネルギーを使って,水から水素を作ることが可能であり,その能力を生物工学的に高めることで,水&xrarr;水素&xrarr;水という究極の循環型クリーンエネルギーサイクルを確立することが可能となる。光合成では,光化学系II生じた強い酸化力で水を分解し,O_2とH^+が生成する。一方,光化学系Iでは強い還元力が生じ,通常,この還元力は,二酸化炭素の固定に用いられる。本研究は,光化学系Iで生じる還元力の一部をH^+の還元に利用できるような系を持つ光合成微生物を自然界から選抜したり,遺伝子組み換え技術を用いて代謝工学的に作りだそうというものである

G-1. 新規カロテノイドの探索(G. 健康に関する科学的研究)

カロテノイドは自然界に最も広く存在する色素で、生体内で重要な生理的役割を果たしている。今回、南極大陸のリュツォ・ホルム湾の露岩域にある淡水湖であるスカーレン大池の湖底に堆積している藍藻マットサンプルより、カロテノイド合成能を有する細菌を単離したので報告する。第38次南極観測隊により採集された藍藻マットを、滅菌したエッペンドルフチューブに少量とり、約1mlのMOM (Marine Organic Medium)液体培地を加え懸濁後、懸濁液約200μlをMOM寒天培地に広げ、好気下で10℃で光照射した。約1週間後、寒天培地上にオレンジ色のコロニーが生じた。さらにこのコロニーを新たなMOM寒天培地に広げ、単一コロニーになるまで、この操作をくり返し、純粋に分離された株(OI-6)を得た。OI-6をMOM液体培地で培養後、集菌し、染色体DNAを抽出した。この染色体DNAを鋳型として、多くの細菌の16SrRNAにおいて高度に保存されている領域を参考に作製したオリゴDNAをプライマーとしてPCRを行い、OI-6の16SrRNAを増幅した。増幅された16SrRNAの塩基配列をダイターミネーター法で決定した。この配列をBLAST検索したところOI-6の16SrRNAの配列は、グラム陽性高GC群のミクロコックス群に属するKocuria erythromyxaの16SrRNAと\u2799%一致した。OI-6のアセトン/メタノール(3 : 1)による抽出物ついて逆相HPLCによる解析を行ったところ、OI-6が数種類のカロテノイドを生産することが示唆された。極地方に生育する微生物は、いまだ良く研究されておらず、新規のカロテノイドの探索源として有望と思われるので、さらに、研究をすすめる予定である

H-1 新規カロテノイドの探索(H. 健康に関する科学的研究)

カロテノイドは自然界に最も広く存在する色素で、生体内で重要な生理的役割を果たしている。植物などの光合成生物ではカロテノイドは光捕獲系の補助色素であるほか、光酸化状態から組織や細胞を保護する機能を有している。また、動物ではビタミンAの前駆体であるほか、種々の癌に対する予防効果や免疫賦活能があることが報告されている。カロテノイドは、通常、炭素数が40のイソプレノイドであり、2分子のゲラニルゲラニルピロリン酸(C20)が縮合して、最初のイソプレンであるフィトエン(C40)が合成され、これから様々な脱水素反応、環化反応、酸素添加反応により多様なカロテノイドが合成される。一方、グラム陽性菌に属する光合成細菌ヘリオバクテリアは2分子のファルネシルピロリン酸(C15)が縮合したデヒドロスクアレン(4,4\u27-Diapophytoene, C30)が脱水素反応によって生じた4,4\u27-Diaponeurosporeneを主要なカロテノイドとして持つ。この脱水素反応に関与する遺伝子crtNをヘリオバクテリアの染色体DNAライブラリーより単離した。カロテノイドの合成に関与する酵素及びその遺伝子の多くは未同定である。今後、多くのカロテノイド合成生物からカロテノイド合成に関与する遺伝子が単離されれば、これらの遺伝子を組み換え、生物工学的に新規のカロテノイドを合成させることが可能である。今後は今回得られたヘリオバクテリアのcrtNを他の光合成細菌に導入し、ヘテロな遺伝子発現による新規のカロテノイドの生産に関する基礎的な知見を得る予定である

<所内学術研究成果報告>D-1. 新規カロテノイドの探索(D. 健康に関する科学的研究)

カロテノイドは自然界に最も広く存在する色素で,生体内で重要な生理的役割を果たしている。本研究は, 新規のカロテノイドを探索し, その合成系を明らかにすることを目的とした。本年度は, 昨年度に引き続き, グラム陽性菌に属する光合成細菌ヘリオバクテリアが合成するC30カロテノイド, 4,4\u27-Diaponeurosporeneの合成系ので,ファルネシルピロリン酸の縮合に関与する酵素Dehydrosqualene synthaseの遺伝子crtMの単離を目指した。ヘリオバクテリアでは, 2分子のファルネシルピロリン酸(C15)が縮合してデヒドロスクアレン(4,4\u27-Diapophytoene, C30)が合成され,さらに脱水素されて4,4\u27-Diaponeurosporeneが合成される(図1)。[figure]これまでの研究で,ヘリオバクテリアから4,4\u27-Diapophytoeneの合成に関与するDiapophytoene desaturaseの遺伝子crtNを単離した。さらに, crtNをプラスミドに導入してpHSG398 : : crtNを作製し大腸菌株に形質転換した。形質転換された大腸菌とH. mobilisの染色体DNAライブラリーを含む大腸菌を接合させ,大腸菌株内で4,4\u27-Diaponeurosporeneが合成されるかどうか調べた。培養条件や接合条件を変え, 大腸菌内で4,4\u27-Diaponeurosporeneが合成されるかどうか, 培養条件や接合条件を詳しく検討した。しかし, これまでのところ4,4\u27-Diaponeurosporeneを合成し黄色がかった大腸菌は得られていない