2017 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Hadean Bioscience |
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26106003
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
クリーヴス ヘンダーソン 東京工業大学, 地球生命研究所, 特任准教授 (60723608)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 正彦 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (50181003)
青野 真士 慶應義塾大学, 環境情報学部(藤沢), 准教授 (00391839) [Withdrawn]
車 兪徹 東京工業大学, 地球生命研究所, 特任准教授 (40508420)
矢野 隆章 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90600651)
藤島 皓介 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (00776411)
金井 昭夫 慶應義塾大学, 環境情報学部(藤沢), 教授 (60260329)
フェアエンバック アルバート 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (40723680)
燒山 佑美 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60636819)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 鉱物表面 / 化学進化反応 / ナノスケール分析 / ペプチド結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、生体分子（アミノ酸等）と鉱物表面との相互作用をナノスケールで定量・定性分析する手法を確立し、生命進化反応における鉱物表面の触媒作用を解明することである。本年度は、X線光電子分光(XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy)を用いて、酸化チタン（TiO2）表面におけるアミノ酸分子の重合化（二量体化）メカニズムを解明した。具体的には、(110)結晶面を優先的に有するTiO2粉末表面にグリシン水溶液を噴霧し、グリシン分子を粉末表面に吸着させた。その際に、100°Cに加熱したホットプレート上でグリシン水溶液を噴霧した後に1 分間静置し乾燥させる湿潤・ 乾燥サイクルを考案し、原始地球環境下における湿潤・ 乾燥サイクルを模倣した。湿潤・ 乾燥サイクル後のTiO2粉末表面のXPS測定を行ったところ、N1sコアレベルのXPSスペクトルにおいてグリシン二量体のペプチド結合（-CONH-）由来のピークが確認され、TiO2粉末表面でグリシンの二量体化が促進されることが示された。さらに、二量体化の効率は、１）湿潤・環境サイクル回数、２）TiO2粉末の粒径、３）TiO2粉末の結晶種（ルチル型、アナターゼ型）に依存することも見出した。また、国際共同研究加速基金を利用して、量子化学理論研究者のMonti博士（ICCOM-CNR, Italy）と共同研究を行い、グリシンの重合化におけるTiO2表面の触媒作用を実験と理論の両輪から解明した。
TiO2以外の鉱物として黄鉄鉱（FeS2）に着目し、FeS2表面におけるアミノ酸（システイン）の化学進化反応分析を行った。特に、A05班と連携してFeS2表面におけるシステイン分子の吸着・二量体化反応について、A06班と連携して鉄・硫黄クラスターの形成反応について分析した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、X線光電子分光を用いた表面分析と化学反応分子動力学を用いた計算解析を融合し、酸化チタン鉱物表面におけるアミノ酸重合化のメカニズムを実験と理論の両面から解明した。さらに、A05班およびA06班と連携して、黄鉄鉱表面におけるシステイン分子の化学進化反応（吸着、重合化、鉄・硫黄クラスター形成）について、そのメカニズムの理解の深化を図った。以上の成果により、当初の予定通り研究が進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後（最終年度）は、冥王代の地球環境を模した条件（紫外線照射、pH制御、湿潤・環境サイクル）下におけるアミノ酸分子と鉱物表面の相互作用を包括的に議論し、鉱物表面におけるアミノ酸分子の化学進化反応（吸着、重合化、鉄・硫黄クラスター形成）メカニズムを表面科学の観点から総括する。特に、国際活動支援費等を活用して分子動力学計算を得手とする海外の研究グループとの共同研究を加速させ、冥王代における化学進化反応メカニズムを実験と理論の両面から分子レベルで解明する。これにより、バルク鉱物における巨視的な系での議論に留まっていた従来のアプローチから脱却し、化学進化研究の新しい潮流を確立する。
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| Remarks |
受賞：H29年度若手科学者賞 矢野 隆章
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[Journal Article] Size-Dependent Affinity of Glycine and Its Short Oligomers to Pyrite Surface: A Model for Prebiotic Accumulation of Amino Acid Oligomers on a Mineral Surface.2018
Author(s)
Afrin, R., Ganbaatar, N., Aono, M., Cleaves HJ., Yano, T., and Hara, M.
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Journal Title
International Journal of Molecular Sciences
Volume: 19（2）
Pages: E365
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] De Novo Synthesis of Basal Bacterial Cell Division Proteins FtsZ, FtsA, and ZipA Inside Giant Vesicle2018
Author(s)
Furusato, T., Horie, F., Matsubayashi, HT., Amikura, K., Kuruma, Y., Ueda, T.
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Journal Title
ACS Synthetic Biology
Volume: ‐
Pages: ‐
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Astrobiology and the Possibility of Life on Earth and Elsewhere2017
Author(s)
Herve, C., Kotler, J., Bartik, K., Cleaves, HJ., Cockell, C., de Vera, J., Ehrenfreund, P., et al.
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Journal Title
Space Science Reviews
Volume: 209
Pages: 1～42
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Common and potentially prebiotic origin for precursors of nucleotide synthesis and activation,2017
Author(s)
Fahrenbach, AC., Giurgiu, C., Tam, CP., Li, L., Hongo, Y., Aono, M., Szostak, JW.
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Journal Title
Journal of American Chemical Society:
Volume: 139(26)
Pages: 8780～8783
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Footprints of Biomolecules on Mineral Surfaces: A Study Leading to Origin of Life2018
Author(s)
Afrin, R., Cleaves, HJ., Yano, T., Hara, M.
Organizer
6th ELSI International Symposium, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan
Int'l Joint Research
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[Presentation] Footprints of Biomolecules on Mineral Surfaces: A Study Leading to Origin of Life2018
Author(s)
Afrin, R., Cleaves, HJ., Yano, T., Hara, M.
Organizer
Origin of Life Gordon Research Conference. Galveston, TX, USA,
Int'l Joint Research
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[Presentation] In vitro RNA-peptide co-evolution system for screening ATP-binding RNP2017
Author(s)
Fujishima, K., Greenberg, D., Kobayashi, A., Kuruma, Y., Mizuuchi, R., Rothschild, LJ. and Ditzler, MA.
Organizer
18th International Conference on the Origin of Life, San Diego, CA, USA
Int'l Joint Research
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[Presentation] Can peptide- RNA coevolution provide unique opportunities for evolutionary innovation ?2017
Author(s)
Fujishima, K., Greenberg, D., Kuruma, Y., Mizuuchi, R., Rothschild, LJ. and Ditzler, MA.
Organizer
AbSciCon 2017 Mesa, AZ, USA
Int'l Joint Research
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[Presentation] Amino Acids Adsorption to Mineral Surfaces: Basis for Prebiotic Molecule Accumulation Studied at Nanoscale2017
Author(s)
Afrin, R., Ganbaatar N., Aono M., Yano T., Hara M.,Afrin, R., Ganbaatar N., Aono M., Yano T., Hara M.
Organizer
the 18th International Conference on the Origin of Life (ISSOL) Meeting, San Diego, CA, USA
Int'l Joint Research
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