2015 Fiscal Year Annual Research Report
Ｘ線顕微鏡を用いた微生物と微量元素の相互作用解析に基づく新規バイオマーカーの開発
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15J06471
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
菅 大暉 広島大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 微生物起源鉄酸化物（BIOS） / 走査型透過X線顕微鏡（STXM） / 希土類元素（REEs） / Iron hydroxides / Budo pond / Biomarker / adsorption / X線吸収微細構造（XAFS） |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、経年や変成に強い無機物質バイオマーカーとして希土類元素（REE）を利用する手法の確立を最終目標としている。今年度は、現世の天然試料として広島大学内のぶどう池の微生物起源鉄酸化物（BIOS）のREEパターンを求め、BIOS中の微生物表面にREEが吸着しているかをX線顕微鏡 (STXM： 30 nmの空間分解能を持つ) で確認したのち、BIOSで報告されているHREE（重希土類）上がりのREEパターンが微生物表面へのREE吸着に起因しているかを確認することを目指して、研究を実施した。
本年度中期に大学にあった使用予定の大型機材（クリーンベンチ、恒温槽、オートクレーブなど）が、その帰属教員の所属移動に伴い使用できなくなるという想定外の事態が起きた（これまでは共用機材として使用させていただいていた）。そのため、本年度はこれに影響されないSTXMによる試料観察に重点を置いて研究を行った。この点も含めて当初の実施計画とその達成状況を下記する。
(i) BIOSのREEパターンの取得 ⇒ 達成 (ii) BIOS中の微生物の観察と、その表面へのREE吸着の可視化 ⇒ 微生物の観察は達成したが、REEは可視化出来ず (iii) 培養した微生物にREEを吸着させ、その吸着をSTXMで可視化 ⇒ 実験段階であるがSTXMで観察を終えた。REEは可視化出来ず、実験系のREE濃度が低すぎる可能性高い (iv) ぶどう池での深さごとのBIOSサンプリングとREEパターンの測定 ⇒ サンプリング方法を検討中。しかし、他研究者（グループ）と研究内容のバッティングの可能性あり (v) BIOSのREEパターンが微生物表面のリン酸基とのREEの吸着に起因しているかの考察 ⇒ 可能性は高い（しかし、本研究結果だけでは断定はできない）。
現在、ぶどう池BIOSのSTXM観測結果を論文にまとめている。
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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
使用予定の大型機材の移管により当初の計画の修正を余儀なくされたものの、概ね順調に当初の目的を達成しつつある。28年度には機材が全て整備され、27年度は十分に遂行できなかった微生物培養実験も安定的に行える予定である。特に27年度はSTXMによる微生物測定プロトコルの確立とREEの測定を行った。REEの直接観測には至っていないが、STXMによるBIOS中の微生物とそれらが生成する鉄鉱物種の関係から非常に興味深い結果を得られている（未公開のため詳細は記載しない、今後追加実験を行い論文化する予定である）。また培養期間中などで時間的余裕のある際には、STXMに電子顕微鏡と集束イオンビームを組み合わせて、地球外物質に微量に含まれる炭素成分の局所STXM測定プロトコルも確立させた、これに関しても未報告の興味深い結果を得ている（こちらは現在論文化を行っている）。
話の筋がずれるため背景の詳述は避けるが、STXM分析は国内・国際的にも発展途上の分析であり、実験の際に様々な問題が伴うが、本年度はその１つ１つを確実に解決し研究を進めることができたと感じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず始めに微生物培養に必要な大型機材の導入を行う。これにより安定的な培養が可能となる予定である。次に培養した微生物にREEを吸着させた試料を作製する。27年度のSTXM測定ではREEが微生物表面のリン酸基に吸着している様子は確認出来なかったため、28年度はSTXMに蛍光X線検出器の導入を行いたい。これによりppmオーダーまで検出できるため、微生物-REEの吸着の様子を確認できると期待している。また、深さごとのBIOSのREE測定では他研究者との研究内容のバッティングが起きる可能性があるため、本年度は実施しない。該当研究者との話し合いが上手く行った場合は、深さごとのBIOSのREEをSTXMにて測定したい。
前述のとおり、深さごとのBIOS測定に問題が生じたため、本年度はぶどう池模擬系でのREE吸着実験およびその回収試料のSTXM測定に重点を置く。模擬系での吸着実験ではREEの濃度や微生物の活動度をコントロールできるため、微生物の成長とREE吸着の関係なども探っていきたい。27年度の測定実験を通して、微生物表面のREE観測には試料側の問題と、装置的な検出限界の2点が障害となることがわかったが、この2点は模擬系による実験と蛍光X線検出器の導入によりクリアできると考えられる。加えて、当初の予定通りBIFのREEパターンを測定する予定である。
最終的には上記の結果を総括して、「BIOSのREEパターンが微生物のリン酸基とREEの結合に起因しているのか」を考察するとともに、可能であれば「深さごと（変成度合いの違いあり）でのREE吸着サイトの特定」を行いたい。続けて、27年度に得られた「STXMによるBIOS中の微生物-鉄鉱物種」について論文化を進める。また、微生物培養期間などで時間のある際には、27年度に着想した「STXMによる隕石中有機物のその場分析」を火星隕石を対象として行う。
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[Journal Article] Direct Detection of Fe (II) in Extracellular Polymeric Substances (EPS) at the Mineral-Microbe Interface in Bacterial Pyrite Leaching2016
Author(s)
S. Mitsunobu, M. Zhu, Y. Takeichi, T. Ohigashi, H. Suga, M. Jinno, H. Makita, M. Sakata, K. Ono, K. Mase, and Y. Takahashi
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Journal Title
Microbes and Environ
Volume: 31
Pages: 63-69
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Morphology of F8T2/PC71BM Blend Film as Investigated by Scanning Transmission X-ray Microscope (STXM)2015
Author(s)
Y. Moritomo, K. Yonezawa, T. Sakurai, T. Yasuda, Y. Takeichi, H. Kamioka, H. Suga, Y. Takahashi, Y. Yoshida, N. Inami, K. Mase, and K. Ono
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Journal Title
Molecular Crystals and Liquid Crystals
Volume: 620
Pages: 32-37
DOI
Peer Reviewed
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