ナノ地球科学の開拓:微生物酵素により生成するナノ結晶の形成過程の研究

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初年度、透過型電子顕微鏡と磁性測定を用いた硫化鉄および酸化鉄のナノ結晶の解析法を確立した。また、生物由来の硫化鉄鉱物を人工的な変質を起こさずに電子顕微鏡用の試料を作成する事に成功した。嫌気性微生物のDesulfovibrio vulgarisが生成する結晶と無機的な反応で生成する結晶とを比較し、粒径が大きく結晶形態の異なる硫化鉄ナノ粒子を生成する事が明らかにした。次年度はDesulfovibrio vulgaris細胞を可溶と不溶画分に分け、細胞中のどの成分が硫化鉄の結晶形態の制御に関与するか調べた。その結果、どちらの画分を用いて実験した場合も細胞全体と同様の結晶は形成されなかった。このことから、不溶画分中の電子伝達酵素が還元反応により結晶の飽和度を高める作用、およびグラム陰性細胞特有の細胞膜構造中の結晶の核形成と結晶成長を制御する作用の両方が必要であると推察された。次年度はこの他に、三価鉄及び元素状硫黄を還元するチトクロムc3について、不溶画分から液体クロマトグラフィー法を用いて精製に成功した。さらに、in vitroでの活性も分光法を用いて確認する事ができた。しかし、提案書に記載されている水素を酸化するヒドロゲナーゼは酸素に触れた影響か精製後のin vitroでの活性を確認できなかった。嫌気的条件下でヒドロゲナーゼを精製する必要性があると判断されるが、研究設備が不十分であるため、ヒドロゲナーゼの精製は断念した。最終年度は精製したチトクロムc3を用いたナノ結晶生成実験を行った。硫化鉄は細胞全体で見られた形態とは異なるナノ結晶がチトクロムc3を含む反応溶液中では生成された。再度、微生物の代謝活動と細胞構造全体が硫化鉄の結晶化を制御している事が強く示唆された。