有害重金属による環境汚染を特異的に検出するための新規生物工学技術の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450216
• 研究機関: 東北学院大学
• 研究代表者: 遠藤 銀朗 東北学院大学, 工学部, 教授 (80194033)
• 研究分担者: 成田 勝 東北学院大学, 工学部, 日本学術振興会特別研究員(PD) ; 海田 輝之 岩手大学, 工学部, 教授 (30117072) ; 芳生 秀光 摂南大学, 薬学部, 教授 (80101294)
• キーワード: 重金属汚染 / バイオセンサー / 遺伝子発現システム / 発光遺伝子 / 水銀耐性オペロン / 定量分析技術

研究概要

本年度の研究では、特定の重金属化合物によってのみ選択的に遺伝子が誘導発現されるシステムなどの遺伝子発現制御システムを応用した分子生物学的に重金属化合物を検出するバイオセンサー技術を開発することを目的として、生物有害性を示す重金属化合物を特異的かつ定量的に検出しかつ従来の測定技術に比較してより高感度なバイオセンサーシステムの開発を行った。
本年度の研究によって得られた成果は下記の4点にまとめることができる。
(1)生物に摂取されて細胞に対して生理的に有害な作用を及ぼす重金属化合物のみを特異的にかつ化合物種ごとに選択的に検出するための微生物由来の発光遺伝子(lux)をレポーターとして用いたバイオセンサーシステムを開発した。特に、芳香族系有機水銀とアルキル水銀系とをある程度識別して検出できる有機水銀バイオセンサーを開発した。
(2)これまで測定不可能であった水銀汚染の濃度範囲における重金属の環境リスクを定量するためのバイオセンサーディバイスの高感度化に関する研究を行ない、従来の原子吸光法に比較して約百倍もの高い感度を持つpMレベル水銀バイオセンサーを開発した。
(3)前述のレポーターをlux遺伝子から、オワンクラゲ由来のgfp遺伝子(Green Fluorenscent Proteinをコードする)に置換した系を構築し、汚染現場に適用可能な水銀バイオセンサーを開発した。この方法は、gfp遺伝子産物であるGreen Fluorescent Proteinは自然光のもとでも緑の蛍光を発するので肉眼的検出が可能であり、その検出には特別な機器を必要とせずかつ排水基準より低い数十nMレベルの水銀濃度を検出できることが明らかになった。
(4)上に示した新規なバイオセンサーディバイスを組み込んだバイオモニタリングシステムの基本形式を提案することができた。

研究成果

• [文献書誌] M.Narita, K.Matsui, C-C Huang, Z.Kawabata, G.Endo: "Dissemination of TnMERI1-like mercury resistance transposons among Bacillus isolated from worldwide environmental samples."FEMS Microbiology Ecology. Vol.48, No.12. 47-55 (2004)
• [文献書誌] G.Endo, T.Yamagata, M.Narita, C-C.Huang: "Bioluminescence biosensor for the detection of organomercury contamination."Acta Biotechnologica. Vo1.23, No.2. 123-129 (2003)
• [文献書誌] M.Narita, K.Chiba, H.Ishii, C-C.Huang, S.Silver, G.Endo: "Diversity of Mercury resistance determinants among Bacillus strains isolated from sediment of Minamata Bay."FEMS Microbiology Letters. Vol.223, No.1. 73-82 (2003)
• [文献書誌] G.Endo(共著): "Biogeochemical Aspect of Earth System and Bioremediation of Polluted Environments(T.Hattori Ed.)"OECD-ISEB16, ISBN4-9901886-0-8. 124 (2003)