地 球 情 報 局

生物と非生物の成分が一体化する未来がきた!?　光合成ができるようになった“サイボーグバクテリア“が誕生















参考リンク：「Berkeley Lab」、ほか

参照元 ： TOCANA

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How to Train Your Bacterium

Berkeley Lab Scientists Teach Bacterium a New Trick for Artificial Photosynthesis Science Shorts Lynn Yarris • JANUARY 1, 2016



Trainers of dogs, horses, and other animal performers take note: a bacterium named Moorella thermoacetica has been induced to perform only a single trick, but it’s a doozy. Berkeley Lab researchers are using M. thermoacetica to perform photosynthesis – despite being non-photosynthetic – and also to synthesize semiconductor nanoparticles in a hybrid artificial photosynthesis system for converting sunlight into valuable chemical products.

“We’ve demonstrated the first self-photosensitization of a non-photosynthetic bacterium, M. thermoacetica, with cadmium sulfide nanoparticles to produce acetic acid from carbon dioxide at efficiencies and yield that are comparable to or may even exceed the capabilities of natural photosynthesis,” says Peidong Yang, a chemist with Berkeley Lab’s Materials Sciences Division, who led this work.

“The bacteria/inorganic-semiconductor hybrid artificial photosynthesis system we’ve created is self-replicating through the bio-precipitation of cadmium sulfide nanoparticles, which serve as the light harvester to sustain cellular metabolism,” Yang says. “Demonstrating this cyborgian ability to self-augment the functionality of biological systems through inorganic chemistry opens up the integration of biotic and abiotic components for the next generation of advanced solar-to-chemical conversion technologies.”



Yang, who also holds appointments with UC Berkeley and the Kavli Energy NanoScience Institute (Kavli-ENSI) at Berkeley, is the corresponding author of a paper describing this research in Science. The paper is titled “Self-photosensitization of non-photosynthetic bacteria for solar-to-chemical production.” Co-authors are Kelsey Sakimoto and Andrew Barnabas Wong.

Photosynthesis is the process by which nature harvests sunlight and uses the solar energy to synthesize carbohydrates from carbon dioxide and water. Artificial versions of photosynthesis are being explored for the clean, green and sustainable production of chemical products now made from petroleum, primarily fuels and plastics. Yang and his research group have been at the forefront of developing artificial photosynthetic technologies that can realize the full potential of solar-to-chemical synthesis.

“In our latest study, we combined the highly efficient light harvesting of an inorganic semiconductor with the high specificity, low cost, and self-replication and self-repair of a biocatalyst,” Yang says. “By inducing the self-photosensitization of M. thermoacetica with cadmium sulfide nanoparticles, we enabled the photosynthesis of acetic acid from carbon dioxide over several days of light-dark cycles at relatively high quantum yields, demonstrating a self-replicating route toward solar-to-chemical carbon dioxide reduction.”

Cadmium sulfide is a well-studied semiconductor with a band structure and that is well-suited for photosynthesis. As both an “electrograph” (meaning it can undergo direct electron transfers from an electrode), and an “acetogen” (meaning it can direct nearly 90-percent of its photosynthetic products towards acetic acid), M. thermoacetica serves as the ideal model organism for demonstrating the capabilities of this hybrid artificial photosynthesis system.

“Our hybrid system combines the best of both worlds: the light-harvesting capabilities of semiconductors with the catalytic power of biology,” Yang says. “In this study, we’ve demonstrated not only that biomaterials can be of sufficient quality to carry out useful photochemistry, but that in some ways they may be even more advantageous in biological applications.”

This work was funded by the U.S. Department of Energy (DOE)’s Office of Science. The interface design part of the study was carried out the Molecular Foundry, a DOE Office Science User Facility hosted by Berkeley Lab.

Additional Information

For more about the research of Peidong Yang go here

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Lawrence Berkeley National Laboratory addresses the world’s most urgent scientific challenges by advancing sustainable energy, protecting human health, creating new materials, and revealing the origin and fate of the universe. Founded in 1931, Berkeley Lab’s scientific expertise has been recognized with 13 Nobel prizes. The University of California manages Berkeley Lab for the U.S. Department of Energy’s Office of Science. For more, visit www.lbl.gov.

DOE’s Office of Science is the single largest supporter of basic research in the physical sciences in the United States, and is working to address some of the most pressing challenges of our time. For more information, please visit the Office of Science website at science.energy.gov/.

参照元 ： newscenter

ISSには「有害なバクテリア」が存在している!?：NASA発表








参照元 ： WIRED

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人間は「微生物のクラウド」に包まれている：マイクロバイオーム最新研究より

2015.10.11 SUN

目に見えずとも、わたしたちの体内や周りにひっそり存在している「微生物たち」。腸内フローラなどその機能が注目されているが、最新の研究成果を元オレゴン大学のジェームス・メドウらの研究者たちに訊いた。



人が行くあらゆる場所、人がするあらゆることは、「微生物のオーラ」に包まれている。微生物は、あなたが頭を掻けば髪の毛から落ちてきて、あなたが友達に手を振れば手から飛散し、おしゃべりすれば口から吐き出される。何もせずにじっと座っているときでさえ、人は自分自身が放つ微生物のオーラの中にいる、というわけだ。

数百万、数十億、数兆ものバクテリアや酵母、その細胞や細胞の一部からなるこのオーラは、言うなれば「雲（クラウド）」のようだ。そして新たな研究によれば、その雲は人それぞれによって異なるとされている。この雲を研究することで伝染病が拡散するのを追跡したり、警察が犯人を逮捕したりするのにも役立ちうる、というわけだ。

わたしの中の微生物、わたしの外の微生物

「マイクロバイオーム（microbiome）」という言葉からは、プロバイオティクスのことがよく連想される。いわゆる善玉菌──人の中に住んで食べ物を分解するのを助け、ときに病気と戦い、空腹をコントロールしている微生物群である。

しかし、彼ら微生物は、人の体の外側にも存在する。体は一面皮膚に覆われているが、その皮膚には数百万もの微生物が住んでいるのだ。彼らは皮脂や死んだ細胞、有機物を食べ、あるいは共食いをして生きている。 「1cm四方の皮膚に、数千ものバクテリアが存在します」と、元オレゴン大学研究者、ジェームス・メドウは言う（彼は、『PeerJ.』ジャーナルで発表されたマイクロバイオーム論文の共同著者でもある）。



人の周囲に存在するバクテリアの細胞の数は、人間1人が有する細胞の数に比べて約10倍多い。どれくらいかというと、仮にあなたの体の内外にある細胞すべてのDNAを調査したとしたら、人間のものはそのたった2パーセント程度で、残りは微生物のものだというほどだ。

あなたのマイクロバイオームの雲は、腸や皮膚に存在する微生物が現れ出てきたものだ。（食事中だったら申し訳ないが）あなたが鼻をほじったりゲップをするとき、あるいはオナラをしたとき、体内にいる微生物は外部に排出され、それがマイクロバイオームの雲となる。

世界は微細な排泄物で覆われている

メドウらは「微生物の雲」が検出可能なのか、そのDNAが個体毎に異なるのかを調べるため、実験を行った。実験の対象となった被験者は、殺菌したクリーンルームに座らせられる。最初の実験では各被験者が4時間ノートPCを使用している間、地面に配したエアフィルターに落ちた被験者のバクテリアを集め、そこからDNAのみを抽出した。

この実験のデータを確認したあと、科学者たちはより多くのボランティアを使い、床に置いた皿のみ使用してそのプロセスを繰り返すことにした。2つめの実験は部屋で過ごす時間を90分にしたことを除いて、まったく同様に行った。

バクテリアは、人が歩いたときに発生する気流や空気の渦によって簡単に舞い上がる。「もしあなたが誰かと握手するほど近ければ、その時点ですでに、相手の微生物の雲のなかにいるということになります」と、メドウは言う。「誰かがそばを通って微風を感じたとすれば、その風は、あなたのバクテリアを連れて行っているんです」

つまり、あなたは同僚や家族、電車に同乗する人たちと「微生物を共有している」のだ。

マイクロバイオームは実際どれだけ違うのか？

上記2つの試験に参加した被験者のうち、少なくとも11人においては、「微生物の雲」の性質がそれぞれ大きく異なっていることが示された。また人によって、微生物を撒き散らす割合も異なるという。「すべての人が特有の『微生物プロフィール』をもっている」と、アルゴンヌ国立研究所の微生物学者、ジャック・ギルバートは言う。 この実験により初めて、マイクロバイオームの特異性が遺伝子レベルで明らかになった。この知見は、伝染病や犯罪法医学のような分野での研究の手助けとなるだろう。

（実のところ）病院内で細菌がどのように広がっているかわかっていないのだが、メドウはオレゴン州立大学での研究のあと、微生物への理解をMRSA（メチシリン耐性黄色ブドウ球菌）の院内感染といった事態を防ぐのに役立てるため、サンフランシスコにあるバイオ企業で取り組んでいる。

警察はマイクロバイオームに、別の使い道があると考えている。ギルバートがかねてより取り組んでいるのは、犯罪現場の調査官が微生物の残留を調査し、犯人を追い詰める手段として活用することだ。

彼によると、人間は土や空気や口にする食べ物、あるいは体を洗ったり飲んだりする水から、微生物を取り込んでいるという。人によって異なる「微生物サイン」を犯罪現場と結びつける証拠として活用できたとして、もしそれらがアリバイとマッチしたら、冤罪の容疑も晴らせるようになるかもしれない。

少なくとも理論的には「現在よりかなり広範にわたるデータベースに頼らなければならないだろう」とギルバートは言う。彼は「アース・マイクロバイオーム・プロジェクト」を進めながら、「生物の地図」のデータベースも構築している。数年後には、個人を特定するためにDNAまで掘り返す必要もなくなり、人はどこに行くにも自らを証明する微生物の雲を連れて歩くことになるだろう。

参照元 ： WIRED