| 研究課題/領域番号 |
17H02988
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
力石 嘉人 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (50455490)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | アミノ酸 / 安定同位体比 / 食物連鎖 / エネルギー / 起源 / 物質循環 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，アミノ酸の安定炭素・窒素同位体比を，従来の約1/1000の量に相当するピコ（10の-12乗）モルレベルで測定する技術を開発し，試料に含まれるアミノ酸が微量，または，試料自体が微小であるために分析が困難であった(1) 生物から単離したタンパク質やオルガネラ，(2) 難培養性微生物，(3 )地質時代の生物化石，(4) 隕石やサンプルリターン計画によりもたらされる地球外物質などで，アミノ酸の安定同位体比測定を可能にすることである。
平成29年度は，４年間の研究の第１段階として，アミノ酸の同位体比測定に用いる機器（ガスクロマトグラフ-同位体比質量分析計：GC-IRMS）について，(1) 反応炉やトラップなどの各接続部のユニオンを再設計し，測定機器内へ流入する大気の徹底的な排除を行った，また，(2) ロジウム，パラジウム，白金，及びその合金などの金属触媒を用いた新しい反応系を構築し，酸化・還元炉の高性能化を実施し，「S/N比向上」を行った。
これらの結果，通常のGC/IRMSでは，経路を出来るだけシンプルなものに変更し，また，各接続部のユニオンを，フェラルの斜側面がすり鉢状のユニオンに接するように再設計し，接地面積の最大化を図ることで，10-50mV程度存在するノイズ（S/NのN）を，0.5-1.0mVまで減少させることに成功した。さらに，パラジウム触媒を用いることで，酸化炉の能力を約1.5倍に，ロジウム触媒をもちいることで，還元炉の能力を約7-8倍向上させることに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成29年度は，アミノ酸の同位体比測定に用いる機器（ガスクロマトグラフ-同位体比質量分析計：GC-IRMS）の「S/N比向上」を計画し，研究が最も順調に進んだ場合には，「測定機器内へ流入する大気の排除」で最大10倍，「酸化・還元炉の大幅な能力向上」で最大10倍の計100倍の感度向上を見込んでいた。
これらの予想に対して，平成29年度の研究を終えた時点で，「測定機器内へ流入する大気の排除」で約20-50倍の著しい感度向上が得られたが，「酸化・還元炉の大幅な能力向上」では，酸化炉でわずか約1.5倍，還元炉で約7-8倍の感度の向上にとどまっている。これらは（とくに，酸化炉に関しては），平成30年度以降も，さらなる検討を続けていく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度は，平成29年度に検討が不足しているGC/IRMSの「酸化炉」の能力向上を引き続き進める。それに加えて，平成29年度に新たに導入したGCを用いて，GC条件の最適化（GCカラムの選択や，経路の再設計，キャリアーガスの流速の調整）を１つ１つ丁寧に進め，平成31年度までには，従来のGC/IRMSに対して約20倍の感度の達成を目指す。
また，平成30・31年度には，開発した技術の正確な評価を目的に実施する応用研究（とくに当該分野の研究を牽引し，かつ，将来の研究展開のモデルとなるような萌芽的研究）に向けて，連携研究者・研究協力者との議論の実施，および，試料の入手を行う（実験室での生体試料の培養・飼育を開始，環境試料の採取計画の作成，実施など）。現時点では，試料としては，(1)生物から単離したタンパク質，(2)葉緑体やミトコンドリアなどの細胞内オルガネラ，(3)海洋や海底下から採取された難培養性微生物，(4)地質時代の生物化石，(5)隕石や宇宙空間を模したモデル実験で得られたアミノ酸，(6)海洋堆積物（メタンハイドレート生成層前後）を計画している。
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