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乳酸菌Lactobacillus caseiによる金ナノ粒子合成機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20J13602
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分38020:応用微生物学関連
研究機関東京大学

研究代表者

加藤 由悟  東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード金ナノ粒子 / 乳酸菌 / バイオミネラリゼーション / 環境微生物
研究開始時の研究の概要

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。

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Deposition of Lead Phosphate by Lead-Tolerant Bacteria Isolated from Fresh Water near an Abandoned Mine2022

    • 著者名/発表者名
      Kato Yugo、Kimura Satoshi、Kogure Toshihiro、Suzuki Michio
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 23 号: 5 ページ: 2483-2483

    • DOI

      10.3390/ijms23052483

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Iron Elution from Iron and Steel Slag Using Bacterial Complex Identified from the Seawater2021

    • 著者名/発表者名
      Tsukidate Hidenori、Otake Seika、Kato Yugo、Yoshimura Ko、Kitatsuji Masafumi、Yoshimura Etsuro、Suzuki Michio
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 14 号: 6 ページ: 1477-1477

    • DOI

      10.3390/ma14061477

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Metal Nanoparticles by Microorganisms2020

    • 著者名/発表者名
      Kato Yugo、Suzuki Michio
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 10 号: 7 ページ: 589-589

    • DOI

      10.3390/cryst10070589

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 金ナノ粒子の生成に関与する微生物の生体分子に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      唐冬林, 加藤由悟, 張定坤, 胡桃坂仁志, 根岸瑠美, 鈴木道生
    • 学会等名
      日本農芸化学会2022年度大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 廃鉱山から単離した鉛耐性微生物による鉛回収と鉛ナノ化機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      加藤由悟, 山本利義, 木村聡, 根岸瑠美, 胡桃仁志, 小暮敏博, 鈴木道生
    • 学会等名
      日本農芸化学会2022年度大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 東大・分析研でのバイオミネラリゼーション研究2021

    • 著者名/発表者名
      加藤由悟, 鈴木道生
    • 学会等名
      新学術領域研究「生命金属科学」夏の合宿
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 河川から単離したPseudomonas sp.による鉛濃集とナノ化機構の解明2021

    • 著者名/発表者名
      加藤由悟, 根岸瑠美, 鈴木道生
    • 学会等名
      日本分析化学会第69年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 廃鉱山流域から単離したPseudomonas sp.による鉛濃集と沈着機構の解析2021

    • 著者名/発表者名
      加藤由悟, 山本利義, 根岸瑠美, 鈴木道生
    • 学会等名
      新学術領域研究「生命金属科学」領域会議 第4回地方巡業
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 廃鉱山流域の鉛耐性微生物による鉛ナノ化機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      加藤 由悟、山本 利義、根岸 瑠美、鈴木 道生
    • 学会等名
      日本農芸化学会関東支部2020年度大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 河川から単離した鉛耐性微生物による鉛ナノ化機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      加藤 由悟、山本 利義、鈴木 道生
    • 学会等名
      日本分析化学会第69年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 土壌から分離した微生物による金ナノ粒子の生成機構の解明とその特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      唐 冬林、加藤 由悟、張 定坤、安藤 司、亀田 学、鈴木 道生
    • 学会等名
      日本分析化学会第69年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 東京大学大学院 農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 分析化学研究室

    • URL

      http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/analchem/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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