• シアノバクテリアによる水素生産（生物学的側面）
• ニトロゲナーゼとヘテロシスト
• ヒドロゲナーゼ遺伝子破壊による水素生産性の向上

更に効率の高い株を作成

窒素固定活性の高い野生株を選抜し、そのヒドロゲナーゼ遺伝子を破壊することにより、 水素生産活性をさらに向上させることが可能

Nostoc sp. PCC 7422 改良株作成の方法

1. ニトロゲナーゼ活性の高いシアノバクテリア株の選抜
2. ヒドロゲナーゼ遺伝子の塩基配列解明
3. ヒドロゲナーゼ遺伝子の分断破壊
4. 水素生産活性上昇の確認

水素生産は光合成とニトロゲナーゼ活性に依存しています。

そこで、世界の学術研究所が保有している13種のシアノバクテリア株について、 光合成に伴うニトロゲナーゼ活性を測定し、その中で活性が最も高かったNostocc sp. PCC 7422株を選抜しました。 次に、この株の取り込み型ヒドロゲナーゼhup遺伝子クラスター、 及び双方向性ヒドロゲナーゼhox遺伝子クラスターの塩基配列を明らかにしました。

得られた遺伝子情報を基に、hupL遺伝子を破壊した変異株を作成し、その諸性質を調べました。 その結果、変異株は水を電子供与体として、水素と酸素を数日間にわたって発生し、 水素を濃度約30%(体積百分率)に蓄積することができることを明らかにしました。 （なお、この株の双方向性ヒドロゲナーゼ活性はほとんどゼロでしたが、hox遺伝子に変異が入っていることが、 その原因だと考えられます）

7日間にわたる実験では、水素生産のエネルギー変換効率が3.7%(対可視光))という高い値が得られました。 地表で受ける全太陽光エネルギーのうち光合成に利用できる可視光の割合は約45%なので、 この値は全太陽光に対する効率約1.7%に相当するものです。

この研究により、シアノバクテリアによる水素生産性を高めるためには、 有望な野生株の選抜が有効な方法であることを明らかにしました。