【特集】 バイオ技術を用いた人工光合成
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特集にあたって

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橋本秀樹(大阪市立大学　複合先端研究機構　教授)


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光合成反応の動作機構の解明と制御
Revealing the Functional Mechanisms of Photosynthesis and Their Artificial Control

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藤井律子(大阪市立大学　複合先端研究機構　特任准教授)
小澄大輔(大阪市立大学　複合先端研究機構　特任准教授)
橋本秀樹(大阪市立大学　複合先端研究機構　教授)

　高等植物,藻類およびシアノバクテリアの光合成反応は,水と二酸化炭素を原料に太陽光エネルギーを利用して,酸素と炭水化物を生成している。原始的な光合成細菌の場合は,酸素発生は行わないが,太陽光エネルギーを利用して,還元力を蓄えることで有機物を生成している。ここで示した炭水化物や有機物は,現在の社会インフラを支えている石油等の燃料に変換可能な材料である。したがって,光合成生物は,現在の地球上に存在し,唯一,太陽光エネルギーを利用して燃料を生成している機関(バイオナノデバイス)を備えていると言っても過言ではない。人工光合成システムを構築するためには,上述の光合成反応に関与する光合成色素タンパク質の構造と機能を解明することが本質的に重要である。本稿では,最新の構造解析技術および超高速レーザー分光計測技術によって明らかにされた光合成反応の動作機構の詳細と機能制御に関して解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 光合成色素の種類と構造
3. 光合成色素タンパク質複合体の構造
4. 光合成色素の電子状態とエネルギー伝達
5. 人工光合成構築に向けた機能制御


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光合成色素タンパク質複合体の基板上への組織化と光電変換素子への展開
Assembly of Photosynthetic Pigment-protein Complex on Substrates and Development of Bio-solar cell

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近藤政晴(名古屋工業大学　若手研究イノベータ養成センター　テニュア・トラック助教)
出羽毅久(名古屋工業大学　大学院工学研究科　准教授)
南後　守(大阪市立大学　複合先端研究機構　特任教授)

　植物は生命機能をもつ太陽電池とみなせる。光合成膜の電荷分離で生じた電子をうまく取り出すことができるならば分子レベルの光電池および光半導体をつくることができる。ここでは,光合成膜で電荷分離機能をもつ色素タンパク質複合体の基板上への単層吸着・自己組織化により光電流応答機能の評価を行い,光電変換素子への展開について検討を行った。

【目次】
1. はじめに
2. 背景
3. 導電性AFMによるRCの導電特性の評価
4. LH1-RCの光電流応答の評価
5. PSIの光電流応答と色素増感太陽電池への展開
6. おわりに


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光合成色素タンパク質の空間配列のその場観察
In situ Observation of the Arrangement of Photosynthetic Pigment-Protein Complexes

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須貝祐子(大阪市立大学　複合先端研究機構　特任助教)
橋本秀樹(大阪市立大学　複合先端研究機構　教授)

　紅色光合成細菌の光合成系は,光合成膜に存在する光捕集色素タンパク質複合体の集合体によって超高速かつ高効率なエネルギー伝達を実現している。これら光合成色素タンパク質複合体の配列様式を理解することは,光合成系におけるエネルギー伝達機構の詳細を理解するために重要である。本稿では,原子間力顕微鏡を用いた光合成膜のその場観察により得られる,色素タンパク質複合体の配列情報について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 原子間力顕微鏡について
3. 天然光合成膜のAFM観察イメージ
4. 再構成光合成膜のAFM観察イメージ
5. おわりに


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光合成色素タンパク質を用いたデバイス開発
Device Application of Photosynthetic Pigment-Protein Complexes

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天尾　豊(大分大学　工学部　応用化学科　准教授;JST さきがけ)

　高等植物やラン色細菌で進行する酸素発生型光合成では,太陽光エネルギーを利用し,電子源としての水を酸化し,酸素と電子を得ており,その後の生体構築・生命活動の源として利用している。本稿では,光合成反応で中心的な役割を果たす光合成色素タンパク質複合体を用いたデバイス開発として,光合成タンパク質を用いたソーラー水素製造反応および二酸化炭素-メタノール変換反応について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 光化学系Iタンパク質を用いたソーラー水素製造反応
3. 光収穫系タンパク質を用いたソーラー水素製造反応
4. 光合成タンパク質を用いた水の光分解用分子デバイスの開発
5. 光合成色素類似体と脱水素酵素とを用いた光駆動型二酸化炭素-メタノール変換反応
6. おわりに


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BIO R&D

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ナノインプリンティング表面加工プレートを利用した三次元がん細胞培養法
3D Tumor Culture System using a Plate with Nanoimprinted Pattern Scaffolding

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吉井幸恵((独)放射線医学総合研究所　分子イメージング研究センター　研究員)
脇　厚生((独)放射線医学総合研究所　分子イメージング研究センター;福井大学　高エネルギー医学研究センター;Scivax (株))
吉田かおり(Scivax (株))
欠塚杏奈(Scivax (株))
小林真喜(Scivax (株))
並木秀男(早稲田大学　理工学研究科)
黒田悠生(福井大学　高エネルギー医学研究センター)
清野　泰(福井大学　高エネルギー医学研究センター)
浅井竜也(福井大学　高エネルギー医学研究センター)
岡沢秀彦(福井大学　高エネルギー医学研究センター)
吉井　裕((独)放射線医学総合研究所　緊急被ばく医療研究センター)
古川高子((独)放射線医学総合研究所　分子イメージング研究センター;福井大学　高エネルギー医学研究センター)
藤林康久((独)放射線医学総合研究所　分子イメージング研究センター;福井大学　高エネルギー医学研究センター)

　近年,立体構造を有する3D培養がん細胞塊(スフェロイド)は,2D培養がん細胞よりも生体内腫瘍と近い性質を有し,がんの医学生物学研究や抗がん剤開発の上で有用なモデルとなるのではないかと考えられてきた。本稿では,ナノインプリンティング表面加工プレートを用いた新しい3Dがん細胞培養法につき概説する。

【目次】
1. はじめに
2. 新しい3Dがん細胞培養プレートによる簡便な培養
2.1 がんの細胞遊走・細胞間接着によるスフェロイド形成
2.2 高増殖能・高生存率を保った高再現性の3Dがん細胞培養を実現
2.3 スフェロイドの詳細な構造・低酸素領域形成
3. 本研究成果と今後の展望


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皮膚細胞の三次元組織化技術と血管・リンパ管の再現
Development of Human Skin Equivalents Containing Reconstructed Blood and Lymph Capillaries

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松崎典弥(大阪大学　大学院工学研究科　応用化学専攻　助教;科学技術振興機構さきがけ)
白方裕司(愛媛大学　大学院医学系研究科　感覚皮膚医学)
平川聡史(愛媛大学　大学院医学系研究科　感覚皮膚医学)
橋本公二(愛媛大学　大学院医学系研究科　感覚皮膚医学)
明石　満(大阪大学　大学院工学研究科　応用化学専攻)

　細胞積層法を用いることで,全く新しい皮膚モデルを構築した。真皮層の層数は播種細胞数により自在に制御できるだけでなく,従来のコラーゲンゲルとは異なる均一な構造とKCの完全被覆を実現できるため,TERなどの微小応用を評価することが可能であった。さらに,真皮層に毛細血管網やリンパ管網を導入した皮膚モデルを構築することができた。本手法を用いることで,様々な附属器を導入した次世代型皮膚モデルの実現が期待される。

【目次】
1. はじめに
2. 細胞積層法による皮膚モデルの構築
3. 血管およびリンパ管を有する皮膚モデルの構築
4. おわりに

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BIO BUSINESS

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抗菌・防カビ剤の市場
Market of Antibacterial and Antimold Agents

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【目次】
1. 概要
2. 抗菌剤の種類
2.1 無機系抗菌剤
2.2 有機系抗菌剤
2.3 天然系抗菌剤
3. 需給動向
3.1 木材用(建築用含む)
3.2 紙・パルプ用
3.3 繊維製品用
3.4 プラスチック製品用
3.5 接着剤,塗料,その他用
4. メーカー動向


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BIO PRODUCTS

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D-グルクロン酸
D-Glucuronic Acid

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【目次】
1. 概要
2. 製法
3. 需要動向
4. 価格