乳酸菌Lactobacillus caseiによる金ナノ粒子合成機構の解明
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20J13602
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 38020:Applied microbiology-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
加藤 由悟 東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 金ナノ粒子 / 乳酸菌 / バイオミネラリゼーション / 環境微生物 |
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| Outline of Research at the Start |
1 nmから100 nm程度の大きさの範囲にあり、独特の物性を持つナノ粒子はその粒子径や形状によって特性が変わることが知られている。特に粒子径が小さくなることで新たな構造や物性が現れる。これまで、乳酸菌を用いた金ナノ粒子合成技術を開発し、糖脂質が合成に寄与していることえお明らかにした。本研究においては金属のサイズを制御する機構を解明することで金ナノ粒子の合成の制御を目的に研究を進める。一方で工業的手法により合成された金ナノ粒子はすでに実用化されており、乳酸菌を模倣して合成したナノ粒子がどれほど実用化できるか調べる必要がある。酸化還元反応や燃料電池電極としての触媒活性試験を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属ナノ粒子はその粒子径や形状によって特性が変わることが知られている。これまでの研究から乳酸菌が金ナノ粒子を合成し、その合成反応に糖脂質DGDG（ジグリコシルジアシルグリセロール）と菌体外に放出しているLNtri（Lacto-N-triose）、乳酸の３物質が寄与していることを明らかにした。工業的手法により合成された金ナノ粒子はすでに実用化されており、乳酸菌を模倣して合成したナノ粒子がどれほど実用化できるか調べた。
サイクリックボルタンメトリーによりLNtriやアセチル化された種々の多糖および単糖と金酸イオンの混合溶液の酸化還元電位を測定したところ、糖鎖が３を超えると金酸イオンから金ナノ粒子の合成反応が進行しやすくなっていた。多座配位子であるオリゴ糖が配位することで錯体の構造変化が生じているためだと考えられる。このようにLNtriの構造が粒子合成に大きく寄与していることを示した。
菌体外成分による合成した金ナノ粒子は特に粒子径が小さく特殊な分散剤が結合していることが期待された。そこで、2,4-ジニトロフェニルヒドラジンの水素化ホウ素ナトリウムによる還元反応の触媒として金ナノ粒子を用いたところ、菌体外成分による金ナノ粒子が2,4-ジニトロフェニルヒドラジンの還元反応に対する触媒活性を持つことが分かった。このナノ粒子は15 nmと一般的に触媒活性が高くなる10 nmよりも大きな粒子であり、特徴的な形状や分散剤が結合していた可能性がある。以上のように、乳酸菌由来にの金ナノ粒子の応用可能性を示した。
また、鉛に耐性を持ち、金のほかに銀、パラジウム、白金やカドミウム、ニッケルなど多様な金属に対してナノ粒子合成能力を持つ微生物KKY-29株であるが、遺伝子発現量の解析を行った結果、TonB-dependent receptor（TBDR）がナノ粒子合成に寄与していることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
