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...

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...