光合成研究から地球環境問題解決にアプローチする

光合成は、太陽の光エネルギーをCO2と水から合成する糖という形に畜エネルギーする生物の反応です。地球上の全ての生命は、この光合成によって生産される糖をエネルギー源とし、光合成なくしては生存できません。また、光合成は、地球大気CO2濃度の維持に大きく貢献するとともに、人間の生活に欠かせない食糧や燃料などを作り出す源の反応です。このことから、光合成の理解とその機能応用は、CO2削減や食糧・燃料増産を可能とし、環境問題の解決と人間環境の改善を可能にすると期待されています。

植物や藻類の光合成でも、鍵となる反応である、大気CO2の固定化反応を行うのが、ルビスコという酵素です。しかし、ルビスコは、O2をCO2と誤認識して反応するため、CO2対する親和性が低く、その酵素特性は光合成にとって劣悪です。このため、高濃度のO2を含む現地球大気下では、ルビスコは自身の持つCO2固定能の半分も発揮できていません。このようなルビスコのCO2固定酵素としての非効率性が、様々な局面において光合成生物のCO2固定を律速しているため、ルビスコは光合成改良のための有効なターゲットです。

以上の背景のもと、ルビスコ機能改良による光合成促進を目指し、いろいろな角度からルビスコを理解するための研究を行っています。このために、様々な光合成生物が持つルビスコの能力の違いに注目し、この違いが生み出される原因を解明しています。また、ルビスコがなぜO2との反応性を獲得してしまったのか、その分子進化過程を明らかにしようとしています。これらの研究成果をもとに、ルビスコを機能強化し、植物や藻類の光合成能力改良を目指しています。また、光合成能力強化を施した藻類を用いたバイオ燃料の高生産研究も進めています。このように、光合成研究から、CO2・温暖化問題、食糧問題、エネルギー問題といった地球環境問題解決へアプローチしています。