【東京農業大学（共同研究）】ビリン合成制御によるシアノバクテリアのフィコビリソームの機能改変

概要
東京農業大学大学院バイオサイエンス専攻、佐藤瑞穂、川口毅 修士課程学生（研究当時）、渡辺智 准教授、東京都立大学大学院理学研究科、渡辺麻衣 特任助教、成川礼 准教授、東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所 前田海成 助教、および東京大学 池内昌彦 名誉教授らの研究グループは、光合成微生物であるシアノバクテリアの集光アンテナ複合体フィコビリソームに含まれるビリンの代謝を改変し精密にコントロールすることで、フィコビリソームの性質を改変することに成功しました。

発表内容
光合成微生物シアノバクテリアは、光合成に必要な光を効率よく集めるためにフィコビリソームと呼ばれる“アンテナ”をもっています（図１）。このフィコビリソームは、光を受け取る性質をもつビリンという化合物とそれを支えるタンパク質でできています。赤色の光を好むシアノバクテリアは、フィコビリソームに青色のビリン（フィコシアノビリン）を使っています。一方で、緑色の光を好むシアノバクテリアは、赤色のビリン（フィコエリスロビリン）を使っています。自然界では、フィコシアノビリンだけを持つシアノバクテリアと、フィコシアノビリンとフィコエリスロビリンの両方をもつシアノバクテリアがいます。シアノバクテリアは、ビリンの量や種類を調整することで様々な光環境に適応しています。

研究グループは、このビリンの調整を人工的に行うことでフィコビリソームの性質をコントロールできる方法を開発しました。青緑色のシアノバクテリアであるシネココッカスの細胞内でフィコエリスロビリンの合成酵素(PebAB)を誘導剤の有無に応じて発現させることで、フィコエリスロビリンの量をコントロールすることに成功しました（図２）。誘導剤を添加してPebABを発現しつづけると、青緑色のシネココッカスの培養液は茶色になり、さらに誘導剤を添加して培養を続けると培養液はピンク色へと変色しました。誘導剤を抜くと茶色だった細胞色は青緑色に戻ることも示され可逆的に制御できることもわかりました（図3）。

青緑色、茶色、ピンク色のそれぞれの細胞からフィコビリソームを取り出して比較すると、茶色とピンク色のフィコビリソームは複合体構造が壊れていることがわかりました（図4）。しかし、誘導剤を少量いれて弱くPebABを発現させると、複合体構造を維持したままフィコシアノビリンとフィコエリスロビリンが共存したフィコビリソーム（キメラフィコビリソーム）が得られることに気がつきました（図1, 2）。フィコエリスロビリンは緑色の光を吸収する性質を持ちます。そこで緑色の光のもとで光合成の活性と増殖を調べたところ、キメラフィコビリソームを持つシアノバクテリアは緑色光を光合成に利用でき、野生株よりも早く増殖することがわかりました（図5）。