研究課題
近年、ナノ粒子を応用した製品が多数市販されているが、ナノ粒子が生体に及ぼす影響は不明な点が多く、そのメカニズムの解明は社会的急務である。本研究では、食物連鎖の底辺を支える微生物、植物を対象としてナノ粒子の毒性影響を明らかにするとともに、ナノ粒子が上位の生物界に与える影響を考慮したナノ粒子の環境毒性評価法を提案することを目的とする。本年度は、前年度に明らかにした「酵母に正帯電PSLナノ粒子を暴露すると、分散媒のイオン強度により細胞の生死が大きく変化する現象」について、AFMとTEMを用いたナノレベルの観察を行った。低イオン強度では、細胞表面がナノ粒子で密に被覆され、細胞膜が損傷して死滅していることが分かった。一方、高イオン強度では、細胞表面にナノ粒子が多数付着しているが密に被覆しているわけではなく、細胞内部にナノ粒子を取り込んで細胞死を回避して生存していることが分かった。また、酵母と同じ真菌類として糸状菌の毒性評価を行ったところ、酵母と同様に、高イオン強度において、ナノ粒子を取り込んで毒性を回避していることが分かった。さらに、ナノ粒子の拡散速度を抑制すると、低イオン強度においても毒性を回避することが分かった。これは、ナノ粒子の細胞表面への拡散速度と細胞表面に付着したナノ粒子の取込速度のバランスが細胞の生死に関係していることを示唆している。嫌気複合菌叢に酸化亜鉛ナノ粒子を投与すると、発酵産物のメタン生成量が減少し、水素生成量が増加することを見出した。PCR-DGGE法により、ナノ粒子の投与によって生態系が変化していることも確認された。レタスの水耕栽培液に酸化亜鉛ナノ粒子を投与すると、亜鉛イオンのみを投与した結果と比べて根の伸長阻害が見られたことから、ナノ粒子が直接毒性に関与していることが示唆された。
2: おおむね順調に進展している
3種類の顕微鏡CLSM、AFM、TEMを用いて、細胞へのナノ粒子の付着・取込現象をマクロとミクロのレベルで直接観察を行い、ナノ粒子の動的挙動を明らかにした。また、複合微生物系では、PCR-DGGE法により生態系が変化していることを明らかにした。
環境微生物におけるナノリスクの数学モデル化を試みると共に、バイオフィルム（高密度微生物集合体）と浮遊微生物のナノリスクの相違について検討する。また、実際の環境微生物のナノリスク実験もさらに検討を進める。
平成26年2月に環境微生物のナノリスク実験に用いていたファーメンターが故障したが、年度内に修理が完了しなかったため、次年度使用金額256,932円が生じた。翌年度分として請求した助成金と合わせた使用計画は、物品費1,656,932円、旅費500,000円、人件費1,500,000円、その他200,000円の合計3,856,932円である。
すべて 2014 2013
すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (22件) (うち招待講演 1件)
Environ. Sci. Technol.
巻: 47 ページ: 3417-3423
10.1021/es400053x
粉体工学会誌
巻: 50 ページ: 472-477
C&I Commun.
巻: 38-2 ページ: 22-24
