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光合成生物の特徴を活かした研究

加藤 浩

助教

研究基盤推進機構

先端科学研究支援センター

遺伝子実験

研究分野:  

キーワード

  • 光合成生物
  • ゲノム
  • 遺伝子
  • 環境応答
  • 生理

関連するSDGs

  • 背景、動機付け

    光合成生物の1種、シアノバクテリア(藍藻)を中心に研究をしています。光合成研究で水から酸素を作り出すタンパク質複合体の機能解明にも貢献した生物で、植物の葉緑体とほぼ同等の機能をもちます。種類によってはマメ科の植物の根に寄生する根粒菌のように空気中の窒素をアミノ酸に変える窒素固定をし、さらにはフキやコケにも共生するといった多芸な生きものでもあります。極限環境のとされる砂漠にも南極にも棲息しています。身の回りでも芝生などで見かけるゼリー状のキクラゲのような黒緑色の塊はイシクラゲでシアノバクテリアの一種です。乾燥にも耐え、地域によっては食料とされています。このような有用な光合成生物の特徴や機能を明らかにしたいと考えています。

  • 成果、活用例

    自然界からシアノバクテリアの単離をしており、そのなかでもイシクラゲを中心に単離を進めています。無菌株を得ることで(1)、イシクラゲのほぼ全長のゲノム解読に成功しました(2)。この過程で複数種の無菌株のゲノム解読もしました。放射線取扱主任者の資格を活かし、2011年の原子力発電所事故では放射線に関する講演、現地調査をしました。その際、イシクラゲが放射性物質(を吸着した粘土粒子)を吸着している事(1)から、放射性物質除去資材の試作・検証をしました。また、この資材を植物栽培(荒廃土壌修復)へ応用するための試験も行いました。近年はイシクラゲを中心に単離培養を進めており、大量培養に向けた取り組みも実施してます。単離したシアノバクテリアには宇宙環境(国際宇宙ステーション船外)への曝露実験「たんぽぽ計画」に用いられた種類もあり、宇宙環境でも生き残れることを示すデータが得られています(3)。

  • 今後の展望展開

    光合成システムはエネルギー生産、物質生産に貢献することから、物質生産能力の向上に関与する因子の探索を進める予定です。有用なシアノバクテリアの機能と特徴を活かす研究を進めていく予定です。例えば、イシクラゲは食用となることから、大量培養に向けた取り組みを進めていいきます。単離したシアノバクテリア種を利用して、さまざまな環境への耐性を備える種類を発見することで、環境改善生物としての利用を推進する予定です。現在はシアノバクテリアを中心としていますが他の生物を利用した研究も進める予定です。
    研究を進めるために様々な分野も取り入れていきたいと考えています。

  • 主な研究業績・作品等

    • 1) Hiroshi Katoh et al. (2012) Isolation and purification of an axenic diazotrophic drought-tolerant cyanobacterium, Nostoc commune, from natural cyanobacterial crusts and its utilization for field research on soils polluted with radioisotopes. BBA - Bioenergetics 1817: 1499-1505.
    • 2) Hirose, Y., ..., Katoh, H., ..., Kawachi, M. (2021) Genome sequencing of the NIES Cyanobacteria collection with a focus on the heterocyst-forming clade. DNA Res., 28, 1–11.
    • 3) Tomita-Yokotani, K., Kimura,S., Ong,M., Tokita,M., Katoh, H., Abe, T., Hashimoto, H., Sonoike, K. and Ohmori, M. (2021) Investigation of Nostoc sp. HK-01, Cell Survival over Three Years during the Tanpopo Mission. Astrobiology 21 1506-1514

    単離・無菌化されたイシクラゲ

    イシクラゲの顕微鏡写真

  • 略歴

    東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 修了 
    学位:博士(学術)
    光合成研究:好熱性シアノバクテリアの形質転換系の構築と光化学系Ⅱ複合体の生化学的解析・機能解析で学位を取得
    生物系特定産業技術研究推進機構 派遣研究員、東京大学 産学官連携研究員
    環境保全・土壌改良のためのシアノバクテリア利用研究を推進
    ・乾燥耐性を有するシアノバクテリアの単離培養
    ・乾燥耐性機構の解明のため網羅的遺伝子発現解析

  • 社会とのつながり

    生態工学会 理事・次世代科学社会活性化委員会 委員長
    日本宇宙生物科学会 代議員・科学者生活委員会 副委員長
    宇宙理学メンバ
    2023年 生態工学会賞(功労賞)受賞

  • 資格

    第一種放射線取扱主任者
    第一種作業環境測定士(放射性物質)

  • 高大連携における探究活動の支援分野

    • 環境への課題
    • 自然科学(化学・生物・数学など)への課題