研究背景 地球規模の気候変動、特に地球温暖化は、地球の炭素循環に大きな圧力をかけています。海洋は重要な炭素吸収源として、大量の二酸化炭素（CO₂）を吸収し、海水の酸性化を引き起こし、炭酸塩鉱物に依存する海洋生物に悪影響を及ぼしています。沿岸湿地、例えば潮間帯の塩沼（sabkhas）、マングローブ、塩水湖の入り口などは、重要なブルーカーボン（blue carbon）の貯蔵地であり、気候学的に重要な意義を持っています。ブルーカーボンとは、大気や海洋から吸収され貯蔵された炭素のことであり、その貯蔵能力とメカニズムは、溶解炭素の上昇流、炭酸塩鉱物の鉱化、および堆積物中の微生物による炭素循環など、さまざまな物理的、地球化学的、生態学的要因に影響を受けます。 カタール半島の沿岸地域は、独特の地球化学的特...

近年、ヒト腸内細菌叢（Human Gut Microbiota, HGM）が薬物や栄養素の代謝において重要な役割を果たすことが認識されるようになってきました。腸内細菌叢は、経口薬の生物学的利用能に影響を与えるだけでなく、その代謝酵素を介して薬物や生物活性分子の生体変換（biotransformation）に関与し、薬物の薬物動態や薬力学特性に影響を及ぼします。しかし、腸内細菌叢の複雑さや個人間の差異により、特定の微生物が薬物や栄養素の代謝に果たす具体的な役割を特定することは依然として大きな課題です。この問題を解決するため、研究者たちはGutBugDBを開発しました。これは、ヒト腸内細菌叢が媒介する生物および異生物質（xenobiotic）分子の生体変換を予測するためのオープンアクセスのデジタ...

ヨウ素（Iodine, I）は、人間の健康と環境にとって重要な微量元素です。それは人体の甲状腺ホルモン（例えば甲状腺ホルモンT4とトリヨードチロニンT3）の主要な成分であり、甲状腺機能に直接影響を与えます。しかし、世界では約19億人がヨウ素欠乏症（Iodine Deficiency Disorder, IDD）の影響を受けており、症状には甲状腺腫（Goiter）やクレチン病（Cretinism）が含まれます。塩のヨウ素添加や食品強化によってIDDを効果的に予防できますが、過剰なヨウ素摂取は甲状腺機能亢進症や低下症を引き起こす可能性があります。さらに、放射性ヨウ素同位体（例えば131Iと129I）は人間の健康に深刻な脅威をもたらし、特に核事故や核兵器生産過程で放出される放射性ヨウ素は甲状腺癌な...

ウラン（Uranium, U）は、環境中に広く存在する放射性元素で、主に六価（U(VI)）と四価（U(IV)）の2つの酸化状態で存在します。酸化条件下ではU(VI)が主要な安定形態であり、還元条件下ではU(VI)がU(IV)に還元されます。この還元プロセスは、非生物的な経路（鉄や硫化物を含む鉱物など）または生物的な経路（細菌など）によって実現されます。特に、Shewanella属の細菌は、c型シトクロム（c-type cytochromes）を介して金属や放射性核種（例：U(VI)）に電子を伝達することができます。細胞内の電子伝達メカニズムは広く研究されていますが、外部の電子受容体（例：U(VI)）への電子伝達プロセスはまだ十分に解明されていません。 MtrCは、Shewanella細菌の外...

モリブデン（Molybdenum, Mo）は海洋中で最も豊富に存在する微量金属の一つであり、その異なる酸化還元条件下での挙動の違いから、古海洋の酸化還元条件の有効な指標として利用されています。特に、無酸素かつ硫化環境では、モリブデンの形態と挙動は酸化環境でのそれとは大きく異なります。しかし、硫化環境におけるモリブデンの固定化メカニズムは完全には解明されていません。これまでの研究では、硫酸塩還元細菌（Sulfate-Reducing Bacteria, SRB）がモリブデンを積極的に取り込み還元するか、またはその細胞表面を通じて鉄（Fe）に依存しないモリブデンの錯体形成と還元を誘導することで、モリブデンの固定化を促進する可能性が指摘されています。しかし、これらの生物学的経路の具体的なメカニズム...

セレン（Selenium）は重要な微量元素であり、自然界に広く存在し、さまざまな生物代謝プロセスに関与しています。しかし、セレンの濃度が高すぎると、人間、動物、環境に深刻な毒性影響を及ぼします。工業活動、特に石炭火力発電所の石炭燃焼は、地下水のセレン汚染の主要な原因の一つです。石炭燃焼プロセスで生成されるフライアッシュ（fly ash）は、処理過程でセレンが浸透し、地下水を汚染します。セレンの毒性形態は主にその酸化状態、例えばセレン酸塩（selenate, Se(VI)）や亜セレン酸塩（selenite, Se(IV)）であり、これらの化合物は水中で溶解性が高く、生物に吸収されやすいため、生態系や人間の健康に脅威を与えます。 この問題に対処するため、研究者たちはさまざまな修復技術を探求してき...

土壌は陸地の生物地球化学プロセスの産物であり、人類の生存にとって重要な基盤です。微生物は土壌に生命の特性を与え、その内部の生物地球化学循環を駆動します。微生物は、土壌構造の改良、肥沃度の向上、汚染制御、地球気候変動への対応などにおいて重要な役割を果たしています。微生物は土壌中で主に微コロニーまたはバイオフィルム（biofilm）の形で土壌鉱物や有機物の表面に付着しています。バイオフィルムは、微生物（細菌、藻類、真菌、および/または古細菌）が自身が分泌する細胞外高分子物質（Extracellular Polymeric Substances, EPS）に埋め込まれ、有機-無機界面に付着して形成されます。EPSはバイオフィルムの構造的完全性の担い手として、バイオフィルムの物理化学的特性と機能の複...

磁気走性細菌（Magnetotactic Bacteria, MTB）は、磁気小体（magnetosomes）を生体鉱化する微生物です。磁気小体は膜で包まれた磁性ナノ結晶で、主に磁鉄鉱（Fe₃O₄）または硫鉄鉱（Fe₃S₄）で構成されています。これらの磁気小体は細菌の細胞内で鎖状または特定の方向に配列され、細菌に磁気双極子モーメントを与え、地球の磁力線に沿って方向運動を行う能力を提供します。この現象は磁気走性（magnetotaxis）と呼ばれます。磁気走性は、細菌が垂直な化学濃度勾配（通常は酸素勾配）の中で最適な位置を特定し維持するのに役立ちます。 磁気小体の磁性特性は、そのサイズ、形状、結晶配向、および空間配置によって決定され、これらの特性はナノ粒子の磁性を研究するための理想的なモデルと...

鉄（Fe）は地球上で最も豊富な元素の一つであり、土壌や堆積物中に広く存在し、地球規模の炭素、窒素、酸素の循環に関与しています。鉄の酸化還元反応は、特に鉄酸化と鉄還元の過程において、生物地球化学的循環において重要な役割を果たしています。鉄鉱物、特に混合価態の鉄鉱物（例えば磁鉄鉱）は、その高い表面積と酸化還元活性により、環境中の栄養素や汚染物質の移動と変換に影響を与えることができます。近年の研究では、磁鉄鉱ナノ粒子（MNPs）が微生物の電子供与体および受容体として機能し、「生物地球電池」として微生物駆動の酸化還元循環において電子を蓄積および放出することが明らかになりました。しかし、磁鉄鉱ナノ粒子が連続的な酸化還元循環においてどの程度安定であり、鉱物の完全性と性質にどのような影響を与えるかはまだ不...

水力圧裂（hydraulic fracturing）は、非在来型貯留層から天然ガスを抽出する技術ですが、その過程で大量の返排水と生産水が発生します。これらの水には複雑な有機物や無機物が含まれており、特にこれらの流体に関連する固体物質は、鉄（Fe）、有毒な有機物、重金属、天然放射性物質（NORM）が豊富です。これらの固体物質は環境や人間の健康に潜在的な脅威をもたらす可能性がありますが、その組成や微生物群集との相互作用に関する研究はまだ限られています。また、これらの固体物質の長期的な環境中での運命についても深い理解が欠けています。 本研究は、英国のBowland頁岩（Bowland Shale）で行われた水力圧裂井からの返排水中の固体物質を分析し、これらのFe(III)を豊富に含む固体が嫌気条件...