未知の化学物質を剥がす：科学者たちは残りの99パーセントを探し求めている

パシフィック・ノースウェスト国立研究所による2023年8月27日

エネルギー省太平洋岸北西部国立研究所の科学者たちは、まだ特性が解明されていない化合物の 99% を特定するための新しい質量分析技術を開発しています。 2 つの高解像度機器を組み合わせて、病気の潜在的な治療法の解明、気候変動への取り組み、新たな化学的脅威の特定を目指しています。

宇宙には何十億もの化学物質があふれています。 自由に使える高度な技術の宝庫にもかかわらず、研究者らはこれらの化合物のごくわずかな部分、おそらく約 1% の分子構成しか特定していません。

エネルギー省の太平洋北西部国立研究所 (PNNL) の科学者たちは、残りの 99% に狙いを定め、広大な未知の化合物の海についてさらに詳しく知るための新しい方法を開発しています。 病気の治療法、気候変動に取り組むための新しいアプローチ、あるいは化学の世界に潜む新たな化学的または生物学的脅威があるかもしれません。

この研究は、m/q または「m over q」（質量を電荷で割った値の略語）として知られる取り組みの一環であり、科学者が質量分析の世界で化学特性を測定する方法の 1 つを意味します。

「現在、土壌からサンプルを採取することができますが、土壌の種類によっては、ほんの小さじ一杯分の中に何千もの化合物が含まれている可能性があります」と、m/qイニシアチブを率いるトーマス・メッツ氏は述べた。 「そして、それらのほとんどが化学構造的に何であるかはわかりません。 そこに何が入っているのか全く分かりません。」

科学者は通常、物質を特定するために数千の分子に関する情報を含む参照ライブラリに依存します。 研究者は土壌、遺体、その他の場所からサンプルを分類し、実験で測定したものとライブラリにあるものを比較します。 これは便利ではありますが、科学者は、たとえば化学品供給業者から購入した標準化合物の分析を通じて、以前に観察された分子の構造を特定することのみに制限されます。

パシフィック・ノースウェスト国立研究所で作成された SLIM デバイスを使用するアダム・ホラーバッハ氏。 クレジット: アンドレア・スター | 太平洋岸北西部国立研究所

m/q の科学者たちは、まだ特定されていない残りの 99 パーセントに狙いを定めています。

最新の開発では、科学者アダム・ホラーバッハ率いるチームは、2 つの高解像度機器を 1 つのシステムに組み合わせて、前例のない詳細な分子のサイズを測定しました。 この結果は、6 月 12 日にオンライン誌 Analytical Chemistry に掲載されました。

現在、科学者は 1 回の実験で化合物に関するいくつかの重要な測定を行うことができ、重要な情報を以前よりも迅速、便利、そして正確に得ることができます。

ホラーバッハの技術は、イオン、つまり正または負の電荷を持つ分子に適用されます。 これにより、制御が容易になり、質量分析を使用して検出できるようになります。

イオンを研究している人々と同様に、イオンには、それぞれを区別する多くの特徴があります。 人の場合、体重、髪の色、大きさ、形、目の色、その他多くの特徴は、誰が誰であるかを知るのに役立ちます。 イオンの場合、識別特性には質量、形状、サイズ、電荷、化学組成が含まれます。 これらは識別子として機能するだけでなく、関連する分子の挙動のガイドとしても機能します。たとえば、それらが病気を治療したり、汚染物質を吸収したりする可能性についての手掛かりとなります。

この理解は、気候に対する微生物の影響の理解に重点を置いている PNNL の多数の科学者の取り組みに役立つはずです。 微生物は、炭素などの元素を地球にとって重要な他の形態に変換する上で重要な役割を果たします。 地球の温暖化または寒冷化に対するそれらの影響は甚大です。 しかし、科学者には学ぶべきことがたくさんあります。

「わずか 1 グラムの土の中に何百万もの微生物が存在する可能性がありますが、そのほとんどが誰で、何をしているのかはわかっていません。 まだまだ多くの発見が待っています」とメッツ氏は語った。 「科学に挑戦するという観点から見ると、見方によっては、これは最悪のシナリオであるか、最大のチャンスの一つであるかのどちらかです。」