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...
学術的背景 クロロ溶剤（例えばテトラクロロエチレンやトリクロロエチレン）の広範な使用と不適切な排出により、世界中で土壌と地下水の深刻な汚染が引き起こされています。これらの汚染物質は地下水の安全を脅かすだけでなく、食物連鎖を通じて人間の健康にも影響を及ぼす可能性があります。従来の微生物還元脱塩素技術はこれらの汚染物質を分解することができますが、分解速度が遅く、しばしば毒性の高い中間生成物の段階で止まってしまいます。分解効率を向上させるために、ナノゼロ価鉄（nZVI）材料が汚染修復に導入されました。これは化学反応を通じてクロロ溶剤を迅速に分解できるためです。しかし、nZVIの高い反応性は微生物群集に対しても毒性を及ぼす可能性があり、特に微生物修復技術と組み合わせて使用する場合、この問題が顕著にな...
プラスミド（plasmid）は、細菌の染色体DNAとは独立した小型の環状二本鎖DNA分子であり、水平遺伝子伝達（horizontal gene transfer）を通じて宿主細菌が抗生物質耐性や金属耐性などの有益な特性を獲得するのを助けます。一部のプラスミドは、複数の微生物間で転移、複製、または持続することが可能であり、これらは広宿主範囲プラスミド（broad-host-range plasmids, BHR plasmids）と呼ばれます。BHRプラスミドの宿主範囲を正確に予測することは、プラスミドがどのように細菌の進化を促進し、耐性遺伝子を広めるかを理解するだけでなく、組換えベクターの開発においても重要な意義を持ちます。しかし、現在のところ、BHRプラスミドの詳細な宿主範囲ラベルを提供す...
単一細胞トランスクリプトームシーケンシング（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技術の登場により、細胞の発生と分化過程における遺伝子発現のダイナミクスをこれまでにない解像度で研究することが可能になりました。しかし、生物学的プロセスの複雑さから、異なる条件下での細胞発生軌跡はしばしば非対称であり、データの統合と比較に課題をもたらしています。既存の方法は通常、異なる条件下のサンプルを統合してからクラスタリング分析を行ったり、共有される軌跡を推測したりすることを前提としていますが、これらの方法は非対称な軌跡を扱う際に効果的ではなく、重要な差異発現遺伝子（differentially expressed genes, DEGs）を見逃す可能性があります。 この...
Omega-3脂肪酸対2型糖尿病患者の脂質および腸内細菌叢への影響に関する研究 背景紹介 2型糖尿病（Type 2 Diabetes, T2D）は、世界中で一般的な代謝疾患であり、高トリグリセライド血症（Hypertriglyceridemia, HTG）などの脂質異常を伴うことが多い。脂質異常は心血管疾患（Cardiovascular Disease, CVD）の重要なリスク要因であり、特に高トリグリセライド（Triglycerides, TG）レベルは心血管イベントの発生と密接に関連しています。ステアチン系薬剤がコレステロール制御において著しい効果を示しているものの、高トリグリセライド血症は依然として解決すべき臨床的な問題です。 オメガ-3脂肪酸、特に魚油に豊富に含まれるエイコサペンタエ...
メラトニンが腸-胎盤-胎児軸を通じて高温暴露による胎児発育制限を緩和 研究背景 地球温暖化は人類の健康にとって大きな脅威となっており、特に妊娠中の女性と胎児に与える影響は深刻です。研究によると、高温暴露は早産、死産、胎盤機能不全、胎児発育制限などの不良な妊娠転帰のリスクを増加させます。これまで、熱ストレス（Heat Stress, HS）が生殖機能に及ぼす直接的な影響についての研究は行われてきましたが、腸内微生物叢の潜在的な役割は十分に探求されていませんでした。腸内微生物叢は腸-胎盤軸を通じて胎児の発育と成長に重要な役割を果たしています。研究では、腸内微生物叢の異常が妊娠関連疾患（例: 子癇前症）や胎児発育制限と密接に関連していることが明らかになっています。さらに、炎症は不良な妊娠転帰におい...
腸内微生物叢指向型食事介入による健康な高齢化の達成：微生物マーカーと宿主メカニズムに焦点を当てて 学術的背景 グローバルな人口高齢化が進む中、加齢関連疾患の予防と健康寿命の延長は、公衆衛生領域における重要な課題となっています。腸内微生物叢（gut microbiota）は近年、宿主の生理機能、免疫反応、代謝健康の調節において重要な役割を果たすことが広く研究されています。研究によると、腸内微生物叢の変化は加齢プロセスと密接に関連しており、特に健康な高齢化と病的な老化の間で、腸内微生物叢の特徴が新たな介入のターゲットとなる可能性があります。 しかしながら、腸内微生物叢と加齢の関連性について多くの研究が行われているものの、食事介入を通じて腸内微生物叢を精密に調節し、健康な高齢化を実現するための研究...