SigEによる光合成・形態・水素生産の改変

"Pleiotropic effect of sigE over-expression on cell morphology, photosynthesis and hydrogen production in Synechocystis sp. PCC 6803."

Osanai T, Kuwahara A, Iijima H, Toyooka K, Sato M, Tanaka K, Ikeuchi M, Saito K, Hirai MY.
Plant J. 2013, 76:456-65.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23941239

それにしてもこのころは本当にいろいろな歯車がうまく噛み合って研究を進めていた。充実していたが、大変な時期でもあった。おそろしい勢いで仕事をしていたと思う。

単細胞性シアノバクテリアであるシネコシスティスを用いて、有用物質の生産に取り組んでいた。当時はさきがけ専任研究者であったため、その予算を使って研究をすることもできた（ただし、子育てがもっとも大変な時期でもあった）。

RNAポリメラーゼシグマ因子SigEの過剰発現によって、糖異化を促進し、バイオプラスチックであるPHBを増加させることに成功し、論文を発表していた。

このSigE過剰発現株を色々と解析していくと、代謝だけでなくあらゆる部分が変わっていることがわかってきた。

まず、SigE過剰発現株は、細胞が大きくなっていたのである。増殖そのものも少し促進されていた。分裂面に野生株にはないリング状の構造が見られた。

また、光合成活性が変化することもわかるなど、代謝・光合成・細胞形態と、たった１つのタンパク質が増えるだけで多面的な変化をもたらすことが明らかになったのである。

さらに、SigEの制御下にある遺伝子群を解析したところ、水素の生成・消費に関わる酵素であるヒドロゲナーゼの遺伝子群があることがわかった。

水素は嫌気条件で生産されるため、SigE過剰発現株を嫌気発酵条件で培養し、蓄積した水素の量をガスクロマトグラフィーで測定したところ、野生株に比べて水素の蓄積量が２倍に増加していることが明らかになった。

このことから、SigEというタンパク質は、バイオプラスチックPHB（ポリヒドロキシ酪酸）と水素の生産の両方を制御することが明らかになったのである。

バイオプラスチックPHBと水素は全然別のものに思えるが、両方とも還元力を利用して生産される。シネコシスティス細胞は、ある時にはPHBに還元力を割り振り、また別の時には水素に還元力を割り振るのである。このバランス調節がどのような場面で必要かはまだ明らかになっていない。しかし、視点を変えると、バイオプラスチックと水素生産が繋がっているということが明らかになり、興味深い結果となった。これはその後発表したコハク酸生産と水素生産の論文にも生かされている。

このように、バイオプラスチックに加え、水素の生産に関与する因子を発見したという論文であり、格式と伝統を有するThe Plant Journalにアクセプトされたことは非常に嬉しい出来事であった。コンスタントにこのレベルのジャーナルに出していきたいのだが、なかなか難しい。チャレンジあるのみである。