生体由来物質

日本海のタタール海峡における生物起源物質の輸送を研究したロシアの研究チームは、生物起源物質は外部からの流入、水塊内部での輸送、または水中での代謝プロセスによる生成のいずれかによって海洋環境に流入する可能性があることを指摘した。 ^{[ 5 ]}同様に、生物変換プロセスや微生物によるバイオマス形成によって消費されることもある。この研究では、生物起源物質の濃度、変換頻度、および回転率はすべて水の上層で最も高かった。さらに、海峡のさまざまな領域で、年間移動量が最も高い生物起源物質は一定であった。これらは、通常、自然水中に高濃度で存在するO2、DOC、およびDISiであった_。 [ ^{5 ]海峡}の外部境界からの流入が少なく、したがって移動量が最も少ない傾向にある生物起源物質は、NとPの鉱物成分と砕屑成分であった。これらの物質は海洋環境における生物変換プロセスに積極的に関与しており、年間排出量も少ない。^{[ 5 ]}

Organic geochemists also have an interest in studying the diagenesis of biogenic substances in petroleum and how they are transformed in sediment and fossils.^[4] While 90% of this organic material is insoluble in common organic solvents – called kerogen – 10% is in a form that is soluble and can be extracted, from where biogenic compounds can then be isolated.^[4] Saturated linear fatty acids and pigments have the most stable chemical structures and are therefore suited to withstanding degradation from the diagenesis process and being detected in their original forms.^[4] However, macromolecules have also been found in protected geological regions.^[4] Typical sedimentation conditions involve enzymatic, microbial and physicochemical processes as well as increased temperature and pressure, which lead to transformations of biogenic substances.^[4] For example, pigments that arise from dehydrogenation of chlorophyll or hemin can be found in many sediments as nickel or vanadyl complexes.^[4] A large proportion of the isoprenoids in sediments are also derived from chlorophyll. Similarly, linear saturated fatty acids discovered in the Messel oil shale of the Messel Pit in Germany arise from organic material of vascular plants.^[4]

Additionally, alkanes and isoprenoids are found in soluble extracts of Precambrian rock, indicating the probable existence of biological material more than three billion years ago.^[4] However, there is the potential that these organic compounds are abiogenic in nature, especially in Precambrian sediments. While Studier et al.'s (1968) simulations of the synthesis of isoprenoids in abiogenic conditions did not produce the long-chain isoprenoids used as biomarkers in fossils and sediments, traces of C₉-C₁₄ isoprenoids were detected.^[11] It is also possible for polyisoprenoid chains to be stereoselectively synthesised using catalysts such as Al(C₂H₅)₃ – VCl₃.^[12] However, the probability of these compounds being available in the natural environment is unlikely.^[4]

海洋藻類が産生する代謝産物には、多くの抗菌特性があることがわかっています。^{[ 1 ]}これは、海洋生物が化学的忌避物質として産生し、生物活性化合物を含んでいるためです。これらのタイプの二次代謝産物を産生する主な海洋藻類のクラスは、シアノバクテリア、緑藻類、紅藻類です。^{[ 1 ]}観察された生物由来の産物には、ポリケチド、アミド、アルカロイド、脂肪酸、インドール、リポペプチドなどがあります。^{[ 1 ]}例えば、最も豊富なシアノバクテリアの1つであるLyngbya majusculaから分離された化合物の 10% 以上が、抗真菌性および抗菌性を持っています。^{[ 1 ] [ 6 ]}さらに、Ren らによる研究では、 (2002)は紅藻綱のDelisea pulchraが産生するハロゲン化フランノンをBacillus subtilisの増殖に対して試験した。^{[ 15 ] [ 1 ]} 40μg/mLの濃度で適用すると、フランノンは細菌によるバイオフィルムの形成を阻害し、バイオフィルムの厚さを25%、生細胞数を63%減少させた。^{[ 15 ]} 

これらの特性は、環境に有害な化学物質を使用せずに防汚塗料を作るなど、人工材料に利用できる可能性があります。^{[ 1 ]}環境に安全な代替品が必要とされています。TBT （スズ系防汚剤）は、水や環境に有毒化合物を放出し、いくつかの国で禁止されています。[ ^{1 ]生物}由来化合物のクラスで、付着の原因となる細菌や微細藻類に対して大きな効果を発揮するものは、 Caulerpa prolifera （緑藻綱）によって生成されるアセチレンセスキテルペノイドエステルです。Smyrniotopoulos ら（2003）は、これが TBT 酸化物の最大 83% の有効性で細菌の増殖を阻害することを観察しました。^{[ 16 ]}

現在の研究では、代謝工学技術を用いてこれらの生物由来物質を商業レベルで生産することも目指している。^{[ 1 ]}これらの技術を生物化学工学設計と組み合わせることで、光バイオリアクターを用いて藻類とその生物由来物質を大規模に生産することができる。^{[ 1 ]}異なるシステムタイプを使用することで、異なる生物由来製品を得ることができる。^{[ 1 ]}

古化学分類学の分野では、地質堆積物中の生物起源物質の存在は、古い生物試料や現代の生物試料や種を比較する上で有用である。^{[ 4 ]}これらの生物学的マーカーは、化石の生物学的起源を検証するために使用でき、古生態学的マーカーとしても機能する。例えば、プリスタンの存在は、石油や堆積物が海洋起源であることを示しているが、非海洋起源の生物起源物質は多環式化合物やフィタンの形態をとる傾向がある。^{[ 21 ]}生物学的マーカーは、地質環境における生物物質の分解反応に関する貴重な情報も提供する。^{[ 4 ]}地質学的に古い岩石と最近の岩石の有機物を比較すると、さまざまな生化学的プロセスの保存が明らかになる。^{[ 4 ]}

Another application of biogenic substances is in the synthesis of metallic nanoparticles.^[3] The current chemical and physical production methods for nanoparticles used are costly and produce toxic waste and pollutants in the environment.^[22] Additionally, the nanoparticles that are produced can be unstable and unfit for use in the body.^[23] Using plant-derived biogenic substances aims to create an environmentally-friendly and cost-effective production method.^[3] The biogenic phytochemicals used for these reduction reactions can be derived from plants in numerous ways, including a boiled leaf broth,^[24] biomass powder,^[25] whole plant immersion in solution,^[23] or fruit and vegetable juice extracts.^[26]C. annuum juices have been shown to produce Ag nanoparticles at room temperature when treated with silver ions and additionally deliver essential vitamins and amino acids when consumed, making them a potential nanomaterials agent.^[3] Another procedure is through the use of a different biogenic substance: the exudate of germinating seeds. When seeds are soaked, they passively release phytochemicals into the surrounding water, which after reaching equilibrium can be mixed with metal ions to synthesise metallic nanoparticles.^[27][3]M. sativa exudate in particular has had success in effectively producing Ag metallic particles, while L. culinaris is an effective reactant for manufacturing Au nanoparticles.^[3] This process can also be further adjusted by manipulating factors such as pH, temperature, exudate dilution and plant origin to produce different shapes of nanoparticles, including triangles, spheres, rods, and spirals.^[3] These biogenic metallic nanoparticles then have applications as catalysts, glass window coatings to insulate heat, in biomedicine, and in biosensor devices.^[3]