化学と生物

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植物資源からの燃料や化成品生産を実現するためには，セルロースの効率的な分解が必須であると考えられているが，セルラーゼによるセルロースの加水分解速度は非常に遅く，セルロース系バイオマス変換プロセスのボトルネックとなっている．そこで筆者らは，プロセッシブなセルラーゼによる結晶性セルロースの分解メカニズムを明らかにするために，1秒未満の時間分解能およびナノメートルの空間分解能を有する高速原子間力顕微鏡を用いたセルラーゼの単分子観察を行ったところ，トリコデルマ菌由来セロビオヒドロラーゼIの分子が，結晶セルロースの表面に沿って一方向にスライドするように観察された．また，その動きは活性をなくした変異酵素では見られなかったことから，本酵素がセルロースを加水分解しながらプロセッシブに進んでいるというこれまでの生化学的な結果が，初めて分子レベルで証明された．個々の分子の動きは「動く」ステップと「止まる」ステップを繰り返していたが，時間とともにセルロース表面における酵素分子の渋滞が生じ，セルロースの分解速度が遅くなることが明らかとなった．

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ヒトを始め多くの生物は生体内の鉄の保存と循環に関与している直径12 nmの小さな球殻状タンパク質を保持している．フェリチンと呼ばれるこのタンパク質は内部に直径7 nmの空洞を保持しており，この空洞内にバイオミネラリゼーション能力により金属イオンを取り込み種々のナノ粒子を作製することができる．本稿ではこのフェリチンタンパク質により作製したバイオナノマテリアルの特徴とフェリチンの機能を上手に利用することで電子デバイス作製を行うバイオナノプロセスによって展開されるいくつかの応用について紹介する．

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植物においては，核酸の塩基配列特異的に起きるRNA分解，ならびにDNAのメチル化やヒストン修飾の変化を伴うエピジェネティックな変化を誘導することが可能である．本稿では，これらの反応経路が明らかになった経緯を概説するとともに，後者の例として，ウイルスベクターを用いてRNA-directed DNA methylationを誘導し，外来遺伝子をもたずに特定の内在性遺伝子の発現が抑制された植物を作出した研究を紹介する．また，遺伝子特異的，あるいは非特異的にエピジェネティックな変化を誘導する方法，ならびにCRISPR/Cas系などによるゲノム編集を含む，新規な植物育種技術の有効性と特徴を論じる．

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本研究は，日本農芸化学会2013年度大会（開催地：東北大学）の「ジュニア農芸化学会」で発表された．巷で塩麹ブームが起こっており，さまざまなメーカーからも販売されている．本研究では，市販の塩麹にどのような微生物が含まれているか，どのくらい酵素活性が残っているかを調べた．

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