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C&EN 2010年9月30日 環境中の二酸化チタン・ナノ粒子 情報源：Chemical & Engineering News, September 30, 2010 TiO2 Nanoparticles in the Environment by Steve Miller http://pubs.acs.org/cen/news/88/i40/8840news5.html 訳：安間 武 （化学物質問題市民研究会） http://www.ne.jp/asahi/kagaku/pico/ 掲載日：2010年10月18日 このページへのリンク： http://www.ne.jp/asahi/kagaku/pico/nano/C&EN/100930_C&EN_TiO2_in_environment.html 二酸化チタン・ナノ粒子（nTiO2）を使用した製品は純白に輝く。そこで1990年代から製造者はこの化学物質を広範な消費者製品、例えば、化粧品、塗料、日焼け止め、そして食品にまで加えてきた。現在、二酸化チタン・ナノ粒子は、下水処理施設からの排水と通じて河川にしばしば放出されている。新たな研究が、このナノ物質は光合成生物にストレスを与え、その結果、水生生態系の窒素と炭素の循環をかく乱する能力があることを報告している（Environ. Sci. Technol., DOI: 10.1021/es101658p）。 二酸化チタン・ナノ粒子の毒性に関するほとんどの研究は、それが川や湖に到達した場合の環境への影響より、ヒト健康への影響に目を向けている。そこで、ボストンにあるノースウェスタン大学の環境エンジニアであるエープリル・グーとカーラ・チェルチは、このナノ物質が水生生態系中の生物モデルにどのように影響を与えるのかを研究したいと望んだ。 研究者らは、藍藻とも呼ばれるシアノバクテリア（アナベナ・バリアビリス）を使用したが、それはこの微生物が光合成（訳注1）と窒素固定（訳注2）を行なうからである。”それは炭素と窒素の循環の両方における重要な過程を示すからである”とグーは述べた。 グーとチェルチは、様々な量の二酸化チタン・ナノ粒子が浮遊したシアノバクテリアの培養液を準備した。ナノ粒子の影響を評価するために、研究者らはCGP（cyanophycin grana protein）微粒の生成や細胞構造の変化を監視した。以前の研究は、微生物が環境的ストレスを受けると窒素を蓄える方法として、窒素を多く含むCGP微粒（たんぱく質）を合成することを示していた。 排水中で見られるのと同等の二酸化チタン・ナノ粒子濃度において、アナベナ・バリアビリスの成長は90％低下した。研究者らはまた、CGP微粒のサイズはナノ粒子の濃度と曝露時間が高くなるにつれて増大することを観察した。高濃度の二酸化チタン・ナノ粒子に曝露すると、96時間以内にCGP微粒は細胞の断面積の16％以上を占めたが、コントロールは1％以下であった。 この二つの観察は二酸化チタン・ナノ粒子が水生生態系の炭素と窒素の循環をかく乱することができることを示唆していると研究者らは結論付けた。細胞成長が遅くなると光合成はとまり、細胞の二酸化炭素取り込みは低下する。一方、通常、微生物は無機窒素から固定窒素を生成し環境中に放出するが、CGP微粒が合成されると固定窒素の生成が抑制される。 水生生態系への二酸化チタン・ナノ粒子の影響が報告することで、この研究はナノ物質毒性に関する重要なデータのギャップを埋めたとエストニアの国立化学物理学・生物物理学研究所のアン・カールは述べている。彼女はまた、二酸化チタン・ナノ粒子の毒性がある分野の応用に利用できる可能性を指摘した。二酸化チタン・ナノ粒子に基づく水浄化プロセスは、冷却水やボイラーなどの閉鎖水系におけるシアノバクテリアの成長を抑制することができる。 ES&T http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es101658p Impact of Titanium Dioxide Nanomaterials on Nitrogen Fixation Rate and Intracellular Nitrogen Storage in Anabaena variabilis Carla Cherchi and April Z. Gu* Department of Civil and Environmental Engineering, 360 Huntington Avenue, Northeastern University, Boston, Massachusetts 02115 Environ. Sci. Technol., Article ASAP DOI: 10.1021/es101658p Publication Date (Web): September 20, 2010 Copyright c 2010 American Chemical Society * Corresponding author e-mail: april@coe.neu.edu. Abstract This study comprehensively investigated the impact of titanium dioxide nanomaterials (nTiO2) exposure on cell growth, nitrogen fixation activity, and nitrogen storage dynamics in the primary producer cyanobacteria Anabaena variabilis at various dose concentrations and exposure time lengths. The results indicated that both growth rate (EC50-96 h of 0.62 mgTiO2/L) and nitrogen fixation activity (EC50-96 h of 0.4 mgTiO2/L) were inhibited by nTiO2 exposure. The Hom’s law (CnTm) was used as inactivation model to predict the concentration- and time-dependent inhibition of growth and nitrogen fixation activity. The kinetic parameters determined suggested that the time of exposure has a greater influence than the nTiO2 concentration in toxicity. We observed, for the first time, that nTiO2 induced a dose (concentration and time)-dependent increase in both the occurrence and intracellular levels of the nitrogen-rich cyanophycin grana proteins (CGPs). The results implied that CGPs may play an important role in the stress response mechanisms of nTiO2 exposure and can serve as a toxicity assessment endpoint indicator. This study demonstrated that nitrogen-fixing activity could be hampered by the release of nTiO2 in aquatic environments; therefore it potentially impacts important biogeochemical processes, such as carbon and nitrogen cycling. 訳注1 光合成：Wikipedia 主に植物や植物プランクトン、藻類など光合成色素をもつ生物が行う、光エネルギーを化学エネルギーに変換する生化学反応のことである。光合成生物は光から変換した化学エネルギーを使って水と空気中の二酸化炭素から炭水化物（糖類：例えばショ糖やグルコースやデンプン）を合成している。また、光合成は水を分解する過程で生じた酸素を大気中に供給している。 訳注2 窒素固定；Wikipedia 空気中に多量に存在する安定な（不活性）窒素分子を、反応性の高い他の窒素化合物（アンモニア、硝酸塩、二酸化窒素など）に変換するプロセスをいう。 |