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植物細胞内でのセシウムの分布の可視化物材機構 WPI-MANA 有賀克彦,小松広和,中西和嘉

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 東日本大震災によって放射性物質が放出された。セシウム137(137Cs)は,半減期が30年程度であり,今後数十年~数百年にわたって環境に影響を与え続ける。セシウム汚染の問題は,特にその存在が見えないことが人々の不安を募らせている。ガイガーカウンターなどによって放射線の存在はわかるものの,その源の物質はどこに潜んでいるのかは見えない。我々は見ることのできない敵の恐怖と対峙しているとも言える。今回示した写真は,そのような喫緊の問題に対応するため,我々が開発したセシウムの存在を可視化する蛍光プローブ技術についてのものである1),2)。
 特定のイオン種を検出する有力な手法として,図1にあるようなセシウムイオンと複合体を作ると蛍光発光を示す認識分子の開発を考案した。新たに開発した蛍光指示薬,セシウムグリーンはセシウムイオンに巻きついてよくフィットした複合体を作る(理論計算したモデルを図1に示している)。そのため,セシウムイオンを取り込んだ際のみ強い青緑色の発光(発光波長504nm)を示す。それに対して,他のイオン,例えば,カリウムイオンやナトリウムイオンの場合には比較的弱い青色の発光(発光波長461nm)しか示さない。
 図2では,セシウムグリーンがマイクロメートルレベルの高分解能を持つことを,固体サンプルを用いたモデル実験で証明している。セシウムグリーンのメタノール溶液を髪の毛の太さほどの炭酸セシウム,炭酸カリウムの固体混合サンプルに滴下し蛍光顕微鏡下で光学フィルターを通して観察すると,セシウムの粒とカリウムの粒を緑と青で完全に区別することができる。
 我々は理化学研究所と共同で,本方法の生物系への応用を検討した。モデル植物として,シロイヌナズナを用い,この種子を0.5mMの炭酸セシウムが入った培地に配し九日間成長させた。その子葉を凍結乾燥し,セシウムグリーンを用いて蛍光像を蛍光顕微鏡で子葉中のセシウムの分布を観測したところ,子葉の細胞のなかに丸く局在した緑色の蛍光が認められ,植物の細胞内の液胞にセシウムが局在している可能性が示された(図3)。液胞が植物細胞内で不要物をため込む働きがあることからも妥当な結果である。
 セシウムの分布を細胞レベルで可視化できれば,開発途上の植物を用いた除染法(ファイトレメディエーション)において,どのような植物にセシウムが濃縮されやすいかを解明する際に有用である。さらに,食用動植物へのセシウムの蓄積の有無を確認するなどに活用されることも期待される。

参考文献

  1. T. Mori et al, “Micrometer-level Naked-eye Detection of Caesium Particulates in the Solid State”, Sci. Technol. Adv.Mater., 14, 015002(2013)
  2. M. Akamatsu et al., “Intracellular Imaging of Cesium Distribution in Arabidopsis using Cesium Green”, ACS Appl.Mater. Interfaces, 6, 8208-8211(2014)

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