微生物による無機ヨウ素 化合物の酸化還元反応 - J-Stage

【解説】

微生物による無機ヨウ素 化合物の酸化還元反応

天知誠吾

ヨウ素は人類の必須元素である一方，放射性ヨウ素のリスク に対する関心も高まっている．ヨウ素はさまざまな生物地球 化学的プロセスを経て，地球環境中をダイナミックに循環し ている．近年，ヨウ素循環への環境微生物の関与が明らかに なりつつある．ここでは，無機ヨウ素の酸化・還元を行う細 菌について概説する．前者はヨウ素を化学兵器として，後者 はヨウ素を呼吸の最終電子受容体として利用している．この ような特異な細菌が，放射性ヨウ素を含むヨウ素の環境挙動 や動態に寄与している可能性がある．

ヨウ素サイクルと微生物

地球上のすべての元素は，種々の物理・化学・生物学 的反応を経て環境中を循環している．これを元素の生物 地球化学的循環という．窒素，硫黄，鉄，マンガン，ヒ 素といった元素の循環についてはすでに多くのことがわ かっており，微生物はそのなかで特に酸化還元反応の担 い手として必須の役割を演じている．これに対し，微量 元素であるヨウ素の循環（ヨウ素サイクル）については

まだ謎が多い．ヨウ素はハロゲンの1種であるが，その 環境挙動は同じハロゲンである塩素や臭素とかなり異 なっている．ヨウ素が甲状腺ホルモンの成分として人類 を含めた脊椎動物の必須元素であること，大気中ヨウ素 がオゾン層の破壊に寄与すること（後述），また原発事 故や原子力燃料の再処理に伴い環境に放出される放射性 ヨウ素 （¹³¹I, ¹²⁹I） への関心が社会的に高まっていること を考えると，ヨウ素サイクルの解明は重要な課題と言え る．

環境中でヨウ素は主として−1価のヨウ化物イオン 

（I⁻）,  または＋5価のヨウ素酸イオン （IO3−） という化 学形態で存在している（図

1

_{）．このほかに，＋1価の次} 亜ヨウ素酸 （HIO）, 0価の分子状ヨウ素 （I2）, ヨウ化メチ ル （CH3I） をはじめとする種々の有機ヨウ素が存在す

る^（1, 2）．多くの地球化学的なデータより，環境中でのヨ

ウ素の動態や化学形態変化には生物反応が関与すると考 えられているが，あまり詳しいことはわかっていない．

本稿ではヨウ素サイクルを構成する主要な反応，特にそ の酸化還元反応について解説するとともに，その反応を 触媒する生物，特に微生物について筆者らの研究も含め て紹介する．

Microbial Oxidation and Reduction of Inorganic Iodine in the En- vironments

Seigo AMACHI，千葉大学大学院園芸学研究科

ヨウ素は大気中に揮発する

ガイア理論を提唱したジェームス・ラブロックは，

1970年代に電子捕獲型ガスクロマトグラフィー （GC- ECD） を用いて，海水や大気中に揮発性有機ヨウ素であ るCH3Iが広く分布していることを発見した^（3, 4）．これ により，海水中の無機ヨウ素が何らかの生物反応により 有機化（メチル化）し，大気圏に揮発することで地球環 境中をダイナミックに循環していることが明らかとなっ た．揮発性有機ヨウ素の化学形態としてはほかにも，ジ ヨードメタン （CH2I2） やクロロヨードメタン （CH2ClI）,  ヨウ化エチル （CH3CH2I） などが知られている．揮発し た有機ヨウ素は光分解を受けて無機ヨウ素となり，降雨 などとともに陸地へ沈降し，一部は土壌から植物，植物 から動物（甲状腺）へと移動し，最終的に再び海洋に戻 る（図1）．すなわちヨウ素の揮発は，海洋から陸圏へ ヨウ素を供給し，人類を含めた陸圏の脊椎動物の生命維 持に不可欠なプロセスと言える．その後の研究により，

水田や泥炭地など陸圏環境からもヨウ素が揮発すること がわかっている^（5〜7）．

大気中に揮発したヨウ素はオゾン層の破壊に寄与する ことも知られている．特に有機ヨウ素が成層圏下部にま で侵入して光分解した場合，オゾン破壊物質としてよく 知られる塩素や臭素よりも効率的にオゾンを破壊すると いう^（8）．最近の研究によると，有機ヨウ素は雲の凝結核 や海洋エーロゾルの形成など，全地球的な気候変動にか かわるプロセスにも貢献しているらしい^（9）．地球規模で のヨウ素の年間総揮発量は300 〜500 Gg（1 Ggは10⁹ g）

程度と見積もられている^（10）．CH3Iの主要発生源となり

うる海洋生物として，コンブなどの大型藻類，微細藻 類，海洋細菌が知られている^{（11〜13）}．また海洋のみなら ず，陸圏の植物や菌類，土壌細菌のCH3I生産能に関す る報告もある^{（14〜16）}．

ヨウ素酸化細菌は「高ヨウ素環境」を好む

弱アルカリ性の海水において，ヨウ化物イオンの分子 状ヨウ素への酸化は熱力学的に難しいとされる．しか し，いったん分子状ヨウ素が生成すれば，次亜ヨウ素酸 を経て最終的にヨウ素酸イオン（以下ヨウ素酸と記述す 図1^■生物地球化学的ヨウ素サイク ル

括弧内にヨウ素の価数を示した．原 発事故や原子力燃料の再処理で生成 する放射性ヨウ素 （¹³¹I, ¹²⁹I） もこの 循環に組み込まれる．ヨウ素の酸化，

還元反応は陸圏環境でも活発に進行 していると予想されるが，まだ詳し いことはわかっていない．ヨウ素を 高度に濃縮するコンブやある種の細 菌類は，海底堆積物中の高いヨウ素 濃度と関係があるかもしれない．ま た堆積物や土壌中の有機態ヨウ素は，

ある種の脱ハロゲン呼吸細菌によっ て脱ヨウ素化され，再び無機化して いるかもしれない．

図2■高ヨウ素環境に優占して生息するヨウ素酸化細菌

（A） 天然ガス鹹水からのヨウ素酸化細菌の分離．培地にヨウ化物 イオンと可溶性デンプンを入れておく．ヨウ素酸化細菌によって ヨウ化物イオンが分子状ヨウ素に酸化されると，ヨウ素デンプン 反応によりコロニーが紫色に呈色する．（B） 海水に鹹水と同程度 のヨウ化物イオンを添加し培養すると，黄色（分子状ヨウ素の色）

に呈色する．（C） 黄色に呈色した海水中の細菌群集構造をPCR- DGGEで解析すると，ヨウ素酸化細菌（IOBと表記した）が高度 に集積されているのがわかる．

る）にまで自発的に酸化される^（1） （図1）．このため自然 界において，ヨウ化物イオンの酸化反応は何らかの生物 が触媒すると予想されるが，具体的な研究例は非常に少 ない．1968年，イスラエルのGozlanはボラの養殖用水 槽よりヨウ化物イオンを分子状ヨウ素へ酸化する細菌を 分 離 し，こ れ を と 命 名 し た^（17）． は現在入手できないため，筆者ら は種々の環境試料から のようなヨウ素酸 化細菌を新たに分離することを試みた．具体的にはヨウ 化物イオンと可溶性デンプンを含んだ培地を調製し，試 料を塗布，ヨウ素デンプン反応により紫色に呈色するコ ロニーを取得した（図

2

_）．その結果，ヨウ化物イオン に富んだ天然ガス鹹水（かんすい）と呼ばれる試料から 多数の菌株を得ることができた^（18）．土壌や海水からは このような細菌は分離できなかった．16S rRNA遺伝子 に基づく系統解析より，ヨウ素酸化細菌は 

α

-プロテオ バ ク テ リ ア の に 近 縁 な 系 統 と，

に近縁な系統の2グループ から構成されていることがわかった． に近 縁な系統はFuseら^（19）  やZhaoら^（20）  によっても分離さ れている．

ヨウ素酸化細菌が分離された鹹水は，水溶性天然ガス

（メタン）採取の付随水のことで，時に海水の2,000倍 

（1 mM） もの高濃度のヨウ化物イオンを含む．特に千葉 県房総半島からは豊富なヨウ素が産出し，その埋蔵量は 世界最大といわれている．ヨウ素はレントゲンの造影剤 や写真の感光剤，殺菌・防黴剤，工業触媒，液晶ディス プレイ用偏光膜など幅広い産業用途をもっている．ヨウ 素酸化細菌が天然ガス鹹水からのみ再現性よく分離され た事実は，この細菌が「高ヨウ素環境」を好むという特 異な性質をもつことを予想させたが，この時点では詳細 は不明であった．

その後，ヨウ素酸化細菌が分離できなかった海水サン プルに，鹹水と同程度のヨウ化物イオン （1 mM） を添 加して数週間から数カ月培養すると，ヨウ素酸化細菌が 分離できることがわかった^{（18, 21）} （図2）．PCR-DGGE解 析により，ヨウ化物イオンを添加した海水では培養に 伴ってヨウ素酸化細菌が高度に集積されること，また定 量PCRによりこれら海水ではヨウ素酸化細菌の存在割 合が全細菌の6 〜 76%にまで上昇することがわかった

（集積前は1%以下）．このヨウ素酸化細菌の特異的な増 殖は，ヨウ化物イオンの代わりに低濃度の分子状ヨウ素 を添加した海水でも観察された．すなわち，この集積現 象の鍵となる化合物はヨウ化物イオンではなく，分子状 ヨウ素と考えられた．分子状ヨウ素には強い酸化力があ

り，種々の細菌，糸状菌，酵母，ウイルスに対し殺菌力 を有する．したがって，ヨウ素酸化細菌は分子状ヨウ素 を，競合細菌を駆逐するための化学兵器として利用して いると考えられる．ヨウ素酸化細菌自身はおよそ40 µM 程度までの低レベルの分子状ヨウ素に耐性をもつことも 確認されている．一方，高ヨウ素環境におけるヨウ素酸 化細菌の活性化には負の側面も存在する．千葉県の水溶 性ガス田のヨウ素回収施設において，以前から配管の激 しい腐食が問題となっていた．天然ガスが回収された鹹 水は，別の施設でヨウ素が回収され，地盤沈下防止のた め最終的に地下へ涵養される（還元される鹹水にも相当 量のヨウ化物イオンが残存する）．このような施設にお いて，腐食は特にヨウ素回収後の配管で深刻である．こ れは鹹水処理過程において空気に暴露されたことにより 好気性のヨウ素酸化細菌が活性化し，生産された分子状 ヨウ素によって配管の炭素鋼が腐食するためと考えられ ている^{（20, 22）}．

ヨウ素酸化酵素は新規マルチ銅オキシダーゼ ヨウ素酸化細菌の培養上清にはヨウ素酸化酵素活性が 見いだされる^（18）．本酵素の活性には過酸化水素ではな く酸素が必要なため，既知のハロパーオキシダーゼでは なくオキシダーゼ様酵素と考えられた．筆者らは最近，

に近縁なヨウ素酸化細菌Q-1株よりヨウ素 酸化酵素を精製しその性質を明らかにした^（23）．本酵素 の活性はNaN3, KCN, EDTA,  銅キレーターの -フェナ ンスロリンに阻害された．また銅イオンの存在下でQ-1 株の酵素生産量は約20倍上昇し，酵素自身も補因子と して銅を含んでいた．精製酵素はヨウ化物イオン以外に もABTS,  -フェニレンジアミン，シリンガルダジン，

2,6-ジメトキシフェノール，ヒドロキノンなどのメトキ シフェノール類， -ジフェノール類，芳香族ジアミン類 に酸化活性を示した．また320 nmと590 nmにタイプ3 およびタイプ1銅に由来する吸収極大を有していた．以 上の結果より，ヨウ素酸化酵素はマルチ銅オキシダーゼ 

（MCO） と呼ばれるタンパク質の1種であることが強く 示唆された．MCOは糸状菌のラッカーゼ，植物のアス コルビン酸オキシダーゼ，哺乳類のセルロプラスミンな どを含む多様な銅タンパクファミリーの1種で，しばし ば複数のタンパク質が高分子量の複合体を形成すること で知られる^（24）．ヨウ素酸化酵素もSDS-PAGEゲル上で 150 kDa以上の複数のバンドを示すなど，高分子量複合 体の形成が予想された．細菌のMCOとしてはこれまで マ ン ガ ン 酸 化 （CumA）^（25）,  銅 耐 性 の 付 与 （CueO, 

CopA）^{（26, 27）},  紫外線耐性の付与 （CotA）^（28）  といった機 能をもつものが報告されているが，ヨウ素酸化能をもつ ものは知られていない．

ヨウ素酸化酵素の構造遺伝子を推定するため，Illumi- na GA IIによるヨウ素酸化細菌Q-1株のドラフトゲノム 解析を行った^（23）．得られた総塩基長584 Mbのリード データを アセンブルした結果，306個のコン ティグが作製できた．この結果からQ-1株の推定全ゲノ ムサイズは3.09 Mb程度と予想された．作製したコン ティグ配列は微生物アノテーションパイプラインb- MiGAPによりCDS予測と遺伝子アノテーションを実施 した．その結果rRNA，tRNAを除き100アミノ酸以上 の長さをもつCDSは2,554個見いだされた．

ヨウ素酸化酵素の精製標品をトリプシン処理して得ら れた内部アミノ酸配列，およびLC-MS/MS解析により 得られたペプチド断片情報をQ-1株のドラフトゲノム配 列と比較した結果，ヨウ素酸化酵素をコードする領域は ゲノム中の2つの ORF （ ,  ） であることが示唆 された^（23） （図

3

_）．BLASTP解析の結果，IoxAはヨウ素 酸化細菌と系統的に近縁な  sp. 217の推定 MCOと，IoxCは同じく  sp. 217の機能未知 タンパク質と相同性を示した． は の下流に存 在し，近傍には6つのORFが存在した （ 〜 ）．こ れらORFのうち3つ （ ,  ,  ） は銅シャペロン として知られるSCO1/SenC family proteinをコードし ていた．一般的にMCOには特徴的な4つの銅結合モ

チーフが存在するが，IoxAにもこれらモチーフが完全 に保存されていた．分子系統解析の結果，IoxAは細菌 由来の既知MCO（CopA, CotA, CueO  など）とは系統 的に異なることが明らかとなった（図3）．

IoxAと相同性を示すタンパク質は海洋細菌  sp. 217以外にも，土壌細菌

や などのゲノム中にも

コードされていた（図3）．これら細菌のゲノム中にお いても 〜 の遺伝子群は保存されていたが，

においては と しか存在しなかっ

た． と を入手しヨウ素酸

化能の有無を確認したところ，いずれの細菌もヨウ素酸 化能を有することが明らかとなった．以上のことから，

ヨウ素酸化細菌は海洋環境のみならず陸圏環境にも広く 分布すること，またヨウ素酸化活性には と の 存在が十分条件である可能性が示唆された． 遺伝 子を特異的に増幅するdegenerate primerの設計によ り，今後環境中の の多様性や存在量が明らかにな るだろう．

ヨウ素酸化反応は土壌中ヨウ素の安定化にも    寄与する

土壌はヨウ素を強く吸着する^（2）．日本の一般的な土壌 である黒ボク土中のヨウ素濃度は20 〜50 mg kg⁻¹ 程度 であるが，母材の岩石が0.01 mg kg⁻¹  程度であるのと 比べると1,000倍以上ヨウ素を濃縮している^（29）．また，

図3■ヨウ素酸化酵素IoxAは新規 マルチ銅オキシダーゼ （MCO） で ある

（A） IoxAのアミノ酸配列に基づく系 統樹．IoxA は CotA,  CueO,  CumA,  CopAといった既知のMCOとは系統 的に隔たっており，  sp. 

217などの推定MCOと独立したクラ スターを形成した．菌名の前のアス タリスク （*） はヨウ素酸化能が確認 されたことを示す．（B） 各種細菌ゲ ノム中における 遺伝子群の配置．

再処理施設周辺の表層土壌中の放射性ヨウ素 （¹²⁹I） 濃 度が高いことが知られているが^（30），これは大気中に放 出された ¹²⁹I  が雨水などを経て土壌中に加わったもの である．福島第一原発から放出された放射性ヨウ素 

（¹³¹I） のおよそ50%が土壌に吸着したという報告もあ る^（31）．ヨウ素の土壌吸着は，放射性ヨウ素の環境挙動 を評価するうえで重要な現象であるが，その吸着メカニ ズムの詳細は明らかになっていない．近年，X線吸収微 細構造 （XAFS） 解析により，土壌中ヨウ素は腐植など の有機物とC-I結合を形成することが明らかとなってい る^（32）．一方，土壌試料をオートクレーブ滅菌，乾燥，

または燻蒸処理するとヨウ素の吸着が阻害されることか ら，ヨウ素の吸着には土壌微生物が直接または間接的に 寄与すると予想されていた^{（29, 33）}．

筆者らは，ヨウ素の土壌吸着に及ぼす微生物の影響を さ ら に 理 解 す る た め に，放 射 性 の ヨ ウ 化 物 イ オ ン 

（¹²⁵I⁻） を用いたバッチ吸着実験を行った^（34）．その結 果，ヨウ素の吸着はオートクレーブ滅菌のほかに，嫌気 処理，還元剤の添加によっても顕著に阻害された．ま た，酸化還元酵素の一般的な阻害剤であるNaN3やKCN によっても強く阻害された．先に述べたように細菌のヨ ウ素酸化酵素がMCOの1種であることがわかっている

ため，土壌中MCO活性とヨウ素の吸着に相関がないか 検証した．ABTSを基質として土壌中MCO活性を測定 したところ，滅菌，嫌気，還元剤，阻害剤により顕著に 阻害され，土壌のヨウ素分配係数 （ d） とも高い相関が あった．さらに，滅菌土壌に細菌由来のMCOを添加す ることによりヨウ素の吸着能が復帰した．XAFS解析よ り，MCOは土壌中でヨウ化物イオンを有機態ヨウ素へ 変換することが直接的に示された（図

4

_{）．以上の結果} より，土壌微生物の生産するMCO（ヨウ素酸化酵素）

がヨウ化物イオンを酸化し，生成した分子状ヨウ素また は次亜ヨウ素酸が土壌中の有機物と速やかに反応し固定 化されると考えられた．原発事故などにより放出された 放射性ヨウ素の挙動を考えた場合，このようなヨウ素の 安定化は，地下水や農作物への放射性ヨウ素の移行を遅 らせる働きがあると考えられる．

 sp. SCTによるヨウ素酸呼吸 熱力学的な計算によると，海水中 （pH 8.1, pE 12.5） 

のヨウ素酸とヨウ化物イオンの比 （IO3−/I⁻） は本来3.2

×10¹³となるはずで，海水中でヨウ化物イオンは原理的 に存在しえないとされる^（2）．ところが実際には，表層海 図4^■ヨウ素酸化反応により土壌中でヨウ素は安定化する

（A） 土壌固相中のヨウ素の化学形態をX線吸収微細構造 （XAFS） 解析により調べることができる．滅菌土壌にヨウ化物イオンと細菌由来 MCOを添加すると，ヨウ素は100%有機態に変化した．（B） 土壌微生物のMCOによるヨウ素の酸化・有機化プロセスは，放射性ヨウ素の 農作物・地下水への移行を遅らせる働きがある．

水などでときにヨウ素の約半分がヨウ化物イオンとして 検出される．これは海洋生物によってヨウ素酸が活発に 還元されている証拠とされる．これまでいくつかの微細 藻類でヨウ素酸還元能が報告されている^（35）．また，硝 酸還元細菌，鉄還元細菌，硫酸還元細菌などでもヨウ素 酸還元能が確認されている^{（36, 37）}．しかしながらこれら 細菌によるヨウ素酸の還元が同化的還元，異化的還元あ るいはエネルギー産生を伴う呼吸反応かは明らかでな かった．

筆者らは，海洋環境からのヨウ素酸還元細菌の新たな 分離を試みた^（38）．スクリーニングの結果，相模湾の表 層堆積物から  sp. SCT株を分離した．本 菌は当初，嫌気条件で200 

μ

Mのヨウ素酸を12時間で還 元できる細菌として分離された．SCT株は に 近縁で，酸素，硝酸または亜硝酸を電子受容体として生 育できる脱窒細菌の1種であった．SCT株のヨウ素酸還 元能は，嫌気条件でヨウ素酸とともに培養した場合に特 異的に誘導された．また，メチルビオロゲンまたはベン ジルビオロゲンを電子供与体にできるヨウ素酸還元酵素 活性を示し，その76%がペリプラズム画分に局在した．

興味深いことに，SCT株は最大5 mMまでのヨウ素酸を 唯一の電子受容体として生育できることがわかった^（39）． このときのSCT株の生育は添加したヨウ素酸の濃度に 比例した．すなわちSCT株は，ヨウ素酸呼吸能を有す

る初めての細菌と考えられる．酢酸を電子供与体として ヨウ素酸呼吸条件で生育させたときの物質収支は，以下 の熱化学方程式と完全に一致した．

 3C2H3O2−＋4IO3−＋3H^＋→4I⁻＋6CO2＋6H2O       （Δ ^0′＝−741 kJ/モル酢酸）

呼吸阻害剤を用いた実験結果より，ヨウ素酸呼吸時の SCT株は複合体I（2.5 

μ

M HQNOで阻害），ユビキノン

（5 

μ

Mロテノンで阻害），複合体III（10 

μ

Mアンチマイ シンAで阻害），複合体IV（5 

μ

M KCNで阻害）を電子 伝達鎖にもつことが示唆された．またペリプラズムに は，ヨウ素酸存在下で完全に酸化されるシトクローム が存在した．

複合体IV（膜結合型シトクローム 末端オキシダー ゼ）は好気呼吸において酸素の還元を担う複合体であ る．このため嫌気呼吸の1種であるヨウ素酸呼吸が低濃 度のKCNで強く阻害されるのは奇妙に感じられるかも しれない．ヨウ素酸と同じくハロゲンの酸化物である塩 素酸 （ClO3−） は，ある種の細菌 （

,  など）にとって呼吸の最終電

子受容体となりうる^（40）．塩素酸呼吸において，毒性の 高い中間体である亜塩素酸 （ClO2−） が産生するが，塩 素酸呼吸細菌はこれをペリプラズムに局在する亜塩素酸

図5^■  sp. SCT株のヨウ素酸呼吸時に働く推定呼吸鎖コンポーネント

I（NADHデヒドロゲナーゼ複合体［複合体I］），II（シトクローム 1複合体［複合体III］），IV（シトクローム オキシダーゼ複合体［複 合体IV］），cyt  （シトクローム ），CoQH2/CoQ（キノンプール），HIO dis（未確認の次亜ヨウ素酸不均化酵素），IO3− red（ペリプラズ ム局在型のヨウ素酸還元酵素）．各種阻害剤の作用部位を黄色いマークで示した．

不均化酵素 （chlorite dismutase） によって速やかに塩化 物イオンと分子状酸素に解毒する．ここで産生する酸素 は複合体IVによる好気呼吸によって消費される．すな わち，塩素酸呼吸では実際には塩素酸呼吸と酸素呼吸の 両方が同時進行している^（41）．SCT株においてもこのよ うなbranching electron flowが起きていることを示す間 接的な証拠がある．ヨウ素酸呼吸条件で生育させたと き，培 養 中 期 の ヨ ウ 素 酸 と ヨ ウ 化 物 イ オ ン の 和 

（2.6 mM） は初期添加したヨウ素酸濃度 （4 mM） と比較 して顕著に低かった．これはヨウ素酸の還元過程で未同 定の中間体が生成することを示唆している．また，先に 述べたヨウ素酸呼吸条件におけるKCNによる生育阻害 は，酸素除去剤の添加により顕著に緩和された．このこ とは，ヨウ素酸呼吸時の電子伝達鎖に複合体IVが含ま れることを示唆している．培養時のpHとEhから考え て中間体は次亜ヨウ素酸 （HIO） と予想されるが，本物 質は化学的に不安定で市販されていないため，いまだ不 均化酵素の存在を証明できていない．図

5

_にSCT株に よるヨウ素酸呼吸時の予測される呼吸鎖コンポーネント を示す．キノンプールから複合体IIIへと伝達された電 子は，おそらくペリプラズムのシトクローム を経てヨ ウ素酸還元酵素へと受け渡される．次にヨウ素酸還元酵 素はヨウ素酸を次亜ヨウ素酸へ還元する．

 C2H3O2−＋2IO3−＋3H^＋→2HIO＋2CO2＋2H2O      （Δ ^0′＝−702 kJ/モル酢酸）

生成した次亜ヨウ素酸は，おそらく何らかの不均化酵素 によってヨウ化物イオンと分子状酸素になると推察され る．

 2HIO→2H^＋＋2I⁻＋O2

最後に生成した酸素は複合体IVによって還元される．

 C2H3O2−＋2O2＋H^＋→2CO2＋2H2O       （Δ ^0′＝−853 kJ/モル酢酸）

もし上記仮説が正しいとすると，ヨウ素酸還元において 供給される6電子のうち4電子がヨウ素酸の不完全な還 元に，残る2電子が酸素の還元に利用される．したがっ て，実際の自由エネルギー変化は−752 kJ/モル酢酸程 度と予想される．このことは，ヨウ素酸の不完全な還元 は，完全な還元（−741 kJ/モル酢酸）と比べて熱力学 的に不利益を被っていないことを意味している．

おわりに

以上，環境中のヨウ素の動態に影響を与える微生物と して，ヨウ素酸化細菌とヨウ素酸還元細菌について主に 筆者らの研究結果を中心に紹介した．ヨウ素はマイナー な元素のためか，甲状腺の研究を除くとこれまで生物分 野での研究がほとんど進んでこなかった．ところがすで に述べたように，微生物のなかにはヨウ素を化学兵器と して利用するもの，さらにはヨウ素を呼吸するものまで 存在する．また，今回紙数の関係で紹介できなかった が，ヨウ素を高度に濃縮する細菌^{（42, 43）} や，芳香族ヨウ 素化化合物を還元的に脱ヨウ素化する細菌^（44） なども存 在する．今後，このような微生物が環境中でのヨウ素の 挙動にどの程度影響を与えているのか評価するととも に，これら微生物の有する新しい生理機能を利用した新 たな応用研究の展開も期待される．

謝辞：本解説において紹介した筆者らの研究の多くは，東京工業大学資 源化学研究所・田中 寛教授，東京農業大学応用生物科学部・吉川博文 教授，同生物資源ゲノム解析センター・兼崎 友研究員，産業技術総合 研究所生物プロセス研究部門・鎌形洋一博士，日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター・大貫敏彦博士，学習院大学理学部・村松康行教 授をはじめとする多くの共同研究者とともに実施したものである．なお，

本解説で紹介した内容の一部は，科学研究費補助金若手研究 （B）（課題 番号：17710043, 20780049），発酵研究所，およびヨウ素学会の支援によ り行われた．

文献

  1）  G. T. F. Wong : , 4, 45 （1991）.

  2）  D. C. Whitehead : , 10, 321 （1984）.

  3）  J.  E.  Lovelock,  R.  J.  Maggs  &  R.  J.  Wade : , 241,  194 （1973）.

  4）  J. E. Lovelock : , 256, 193 （1975）.

  5）  Y.  Muramatsu  &  S.  Yoshida : , 29,  21 

（1995）.

  6）  K. R. Redeker, N. -Y. Wang, J. C. Low, A. McMillan, S. C. 

Tyler & R. J. Cicerone : , 290, 966 （2000）.

  7）  C.  H.  Dimmer,  P.  G.  Simmonds,  G.  Nickless  &  M.  R. 

Bassford : , 35, 321 （2001）.

  8）  S. Solomon, R. R. Garcia & A. R. Ravishankara : , 99, 20491 （1994）.

  9）  C. D. OʼDowd, J. L. Jimenez, R. Bahreini, R. C. Flagan, J. 

H. Seinfeld, K. Hämari, L. Pirjola, M. Kulmala, S. G. Jen- nings & T. Hoffmann : , 417, 632 （2002）.

  10）  H. B. Singh, L. J. Salas & R. E. Stiles : ,  88, 3684 （1983）.

  11）  S.  L.  Manley  &  M.  N.  Dastoor : , 32,  709 （1987）.

  12）  H. Toda & N. Itoh : , 72, 337 （2001）.

  13）  S.  Amachi,  Y.  Kamagata,  T.  Kanagawa  &  Y.  Mura-

matsu : , 67, 2718 （2001）.

  14）  H. S. Saini, J. M. Attieh & A. D. Hanson : ,  , 18, 1027 （1995）.

  15）  D. B. Harper : , 315, 55 （1985）.

  16）  S. Amachi, M. Kasahara, S. Hanada, Y. Kamagata, H. Shi- noyama, T. Fujii & Y. Muramatsu :

, 37, 3885 （2003）.

  17）  R. S. Gozlan : , 34, 226 （1968）.

  18）  S.  Amachi,  Y. Muramatsu, Y.  Akiyama,  K.  Miyazaki,  S. 

Yoshiki,  S.  Hanada,  Y.  Kamagata,  T.  Ban-nai,  H.  Shino- yama & T. Fujii : , 49, 547 （2005）.

  19）  H.  Fuse,  H.  Inoue,  K.  Murakami,  O.  Takimura  &  Y. 

Yamaoka : , 229, 189 （2003）.

  20）  D. Zhao, C. -P. Lim, K. Miyanaga & Y. Tanji : , 97, 2173 （2013）.

  21）  Y.  Arakawa,  Y.  Akiyama,  H.  Furukawa,  W.  Suda  &  S. 

Amachi : , 63, 522 （2012）.

  22）  Y.  Sugai,  K.  Sasaki,  R.  Wakizono,  Y.  Higuchi  &  N. 

Muraoka :  ［Epub ahead of print］.

  23）  M.  Suzuki,  Y.  Eda,  S.  Ohsawa,  Y.  Kanesaki,  H.  Yoshi- kawa,  K.  Tanaka,  Y.  Muramatsu,  J.  Yoshikawa,  I.  Sato, 

T. Fujii & S. Amachi : , 78, 3941 

（2012）.

  24）  H. Claus : , 179, 145 （2003）.

  25）  G. -J. Brouwers, J. P. M. de Vrind, P. L. A. M. Cortjens, P. 

Cornelis, C. Baysse & E. W. de Vrind-de Jong : , 65, 1762 （1999）.

  26）  G.  Grass  &  C.  Rensing : , 286, 902 （2001）.

  27）  J. -S. Cha & D. A. Cooksey : , 

88, 8915 （1991）.

  28）  M. -F. Hullo, I. Moszer, A. Danchin & I. Martin-Verstraete :   , 183, 5426 （2001）.

  29）  Y.  Muramatsu  &  S.  Yoshida : , 16,  85 

（1999）.

  30）  Y.  Muramatsu  &  Y.  Ohmomo : , 48,  33 （1986）.

  31）  J. D. Landis, N. T. Hamm, C. E. Renshaw, W. B. Dade, F. 

J.  Magilligan  &  J.  D.  Gartner : , 109, 4064 （2012）.

  32）  N. Yamaguchi, M. Nakano, R. Takamatsu & H. Tanida :   , 101, 451 （2010）.

  33）  J.  Bors  &  R.  Martens : , 15,  35 

（1992）.

  34）  M. Seki, J. Oikawa, T. Taguchi, T. Ohnuki, Y. Murama-

tsu,  K.  Sakamoto  &  S.  Amachi : ,  47, 390 （2013）.

  35）  T.  J.  Waite  &  V.  W.  Truesdale : , 81,  137 

（2003）.

  36）  S. Tsunogai & T. Sase : , 16, 489 （1969）.

  37）  T. B. Councell, E. R. Landa & D. R. Lovley : ,  ,  , 100, 99 （1997）.

  38）  S. Amachi, N. Kawaguchi, Y. Muramatsu, S. Tsuchiya, Y. 

Watanabe, H. Shinoyama & T. Fujii : , 73, 5725 （2007）.

  39）  A. Horiuchi & S. Amachi : submitted.

  40）  J. D. Coates & L. A. Achenbach : ,  2, 569 （2004）.

  41）  T. Nilsson, M. Rova & A. S. Bäcklund : , 1827, 189 （2013）.

  42）  S. Amachi, Y. Mishima, H. Shinoyama, Y. Muramatsu & 

T. Fujii : , 71, 741 （2005）.

  43）  S.  Amachi,  K.  Kimura,  Y.  Muramatsu,  H.  Shinoyama  & 

T. Fujii : , 73, 7536 （2007）.

  44）  D. Lecouturier, J.-J. Godon & J.-M. Lebeault : , 62, 400 （2003）.

プロフィル

天知 誠吾（Seigo AMACHI）   

＜略歴＞1993年北海道大学農学部農芸化 学科卒業／1995年同大学大学院農学研究 科農芸化学専攻修士課程修了／1998年同 博士課程修了 （農博）／同年通商産業省工 業技術院生命工学工業技術研究所研究員／

2000年千葉大学園芸学部生物生産科学科 助 手／2007年 同 助 教／2008年 同 准 教 授，

現在に至る＜研究テーマと抱負＞ヨウ素，

ヒ素などの元素と微生物の相互作用，乳酸 菌の耐酸性メカニズムの解明＜趣味＞長年 の不健康な生活習慣を断ち切り，プールと ジム通いにいそしむ日々です