アミノ酸の安定同位体測定法の超高感度化技術の開発

• 研究課題/領域番号: 17H02988
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 地球宇宙化学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 力石 嘉人 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (50455490)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2017年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: アミノ酸 / 安定同位体比 / GC-IRMS / 高感度 / 食物連鎖 / エネルギー / 起源 / 物質循環 / 安定同位体 / 地球化学 / 生態学 / 同位体比安定

研究成果の概要

本研究では，ガスクロマトグラフ-同位体比質量分析計（GC-IRMS）を用いたアミノ酸の安定炭素・窒素同位体比分析の大幅な感度向上を目標に，(1)反応炉やトラップなどの各接続部のユニオンの再設計， (2) 金属触媒を用いた酸化・還元炉の高性能化，(3) マルチパーパスサンプラー（MPS）システムの導入，(4) カラムカップリング法の導入した。その結果，市販のGC-IRMSの約100倍の感度の向上が達成された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでアミノ酸の安定同位体比を用いた研究は，測定に必要な試料量が多いことが，重大な欠点であった。しかし，本研究により，上記(1)～(4)の技術を導入し，実際に，約100倍の感度の向上が行えたことで，本手法の応用範囲は劇的に広がったと考えている。試料サイズの制約の改善は，生物・生態系とその生合成・代謝系の機能や進化，地球生物圏における有機物・エネルギー循環，宇宙空間や初期地球における有機物生成や生命の起源に関連した研究など，幅広い分野への波及効果が，期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] ウィスコンシン大学(米国)
• [国際共同研究] ウイスコンシン大学/ミシガン州立大学/ハワイ大学(米国)
• [国際共同研究] ハンヤン大学(韓国)
• [国際共同研究] Wisconsin University/Michigan Starte University(米国)
• [雑誌論文] Quantifying niche partitioning and multichannel feeding among tree squirrels (2019)
  • 著者名/発表者名: Pauli j.N., Manlick P.J., Dharampal P.S., Takizawa Y., Chikaraishi Y., Niccolai L.J., Grauer J.A., Black K.L., Restrepo G.M., Perring P.L., Wilson E.C., Martin M.E., Curras M.R., Bougie T.A., Thomson K.L., Smith M.M., Steffan S.A
  • 雑誌名: Food Webs 巻: 21 ページ: e00124-e00124
  • DOI: 10.1016/j.fooweb.2019.e00124
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Omnivory in Bees: Elevated Trophic Positions among All Major Bee Families (2019)
  • 著者名/発表者名: Steffan S.A., Dharampal P.S., Danforth B.N., Gaines-Day H.R., Takizawa Y., Chikaraishi Y.
  • 雑誌名: The American Naturalist 巻: 194 号: 3 ページ: 414-421
  • DOI: 10.1086/704281
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular and isotopic compositions of nitrogen-containing organic molecules formed during UV-irradiation of simulated interstellar ice (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugahara H. , Takano Y. , Tachibana S. , Sugawara I. , Y. Chikaraishi , Ogawa N. O. , Ohkouchi N., Kouchi A. and Yurimoto H.
  • 雑誌名: ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ 巻: 53 号: 1 ページ: 5-20
  • DOI: 10.2343/geochemj.2.0553
  • NAID: 130007594396
  • ISSN: 0016-7002, 1880-5973
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Insight into anaerobic methanotrophy from 13C/12C-amino acids and 14C/12C-ANME cells in seafloor microbial ecology (2018)
  • 著者名/発表者名: Takano Yoshinori、Chikaraishi Yoshito、Imachi Hiroyuki、Miyairi Yosuke、Ogawa Nanako O.、Kaneko Masanori、Yokoyama Yusuke、Kr?ger Martin、Ohkouchi Naohiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 14070-14070
  • DOI: 10.1038/s41598-018-31004-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Compound-specific isotope analysis of benthic foraminifer amino acids suggests microhabitat variability in rocky-shore environments. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya M, Chikaraishi Y, Nomaki H, Sasaki Y, Tame A, Uematsu K, Ohkouchi N
  • 雑誌名: Ecology and Evolution 巻: 00 号: 16 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1002/ece3.4358
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Trophic position estimate in a marine ecosystem with a wide δ15N baseline (2019)
  • 著者名/発表者名: Xing Daochao, Chikaraishi Yoshito
  • 学会等名: International Symposium on Isotope Physiology, Ecology, and Geochemistry 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Trophic isotopic discrimination (2019)
  • 著者名/発表者名: Chikaraishi Yoshito
  • 学会等名: International Symposium on Isotope Physiology, Ecology, and Geochemistry 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Remarkable fractionation of nitrogen isotopes in anaerobic amino acid metabolisms. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takizawa Yuko, Chikaraishi Yoshito
  • 学会等名: The 29th International Meetings on Organic Geochemistry
  • 国際学会
• [学会発表] 生態系のエネルギー循環からみた共生系 (2019)
  • 著者名/発表者名: 力石嘉人
  • 学会等名: 共生起源研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Habitat use of organisms viewed with an Isoscape map, based on nitrogen isotopic composition of amino acids (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshito Chikaraishi
  • 学会等名: International workshop on new application of stable isotope approaches
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Compound-specific isotope analysis (CSIA) of 15N/14N in amino acids: as a potential powerful tool for studying physiology, ecology, and geochemistry (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshito Chikaraishi
  • 学会等名: 42nd International Symposium on Capillary Chromatograph and 15th GCxGC Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 食物連鎖の中に存在する嫌気的代謝プロセスの可視化：蜜蜂が姿を消した原因を探る (2018)
  • 著者名/発表者名: 力石嘉人，滝沢侑子，Steffan, A.S.
  • 学会等名: 有機地球化学会品川シンポジウム
• [学会発表] Is Isotopic Fractionation in Carbon Isotopes Coupling with That in Nitrogen Isotopes in Food Webs? (2018)
  • 著者名/発表者名: Chikaraishi Y., Takizawa Y.
  • 学会等名: AOGS2018
  • 国際学会
• [学会発表] アミノ酸の窒素同位体比を用いた 「生物の栄養段階」推定法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 力石嘉人
  • 学会等名: 日本生態学学会
  • 招待講演
• [学会発表] Stable isotope analysis of amino acids: as a new tool for illustrating central biosynthetic and metabolic flux. (2017)
  • 著者名/発表者名: Chikaraishi Y., Takizawa Y.
  • 学会等名: The 28th International Meeting of Organic Geochemistry
  • 国際学会
• [備考] 機化合物の安定同位体比の持つポテンシャル | GC-IRMS
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/isophysiol/products/cn6/pg233.html
• [学会・シンポジウム開催] International Symposium on Isotope Physiology, Ecology, and geochemistry (2019)