JP2017120269A - 芳香族カチオン性ペプチド及びその使用 - Google Patents

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Abstract

【課題】チトクロムｃ含有試料においてチトクロムｃ還元を増加させる手段を提供する。【解決手段】試料を有効量の芳香族カチオン性ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2と接触させる。また、本開示では芳香族カチオン性ペプチド組成物及びその使用方法を提供する。この方法は、電子伝達及び電気コンダクタンスにおけるペプチドの使用を含む。【選択図】図１

Description

本テクノロジーは概して芳香族カチオン性ペプチド組成物並びに電子伝達及び電気コンダクタンスにおける使用方法に関する。
一態様において、本テクノロジーでは、芳香族カチオン性ペプチド又はその薬学的に許容可能な塩、例えばアセテート塩、トリフルオロアセテート塩を提供する。幾つかの実施形態において、このペプチドは、
１．少なくとも１の正味の正電荷と、
２．最少で３個のアミノ酸と、
３．最大で約２０個のアミノ酸と、
４．正味の正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間で３ｐmがｒ＋１以下の最大数である関係と、
５．芳香族基の最少数（ａ）と正味の正電荷の総数（ｐt）との間で２ａがｐt＋１以下の最大数であり、ただしａが１の場合、ｐtも１になり得る関係
とを含む。
幾つかの実施形態において、このペプチドは、アミノ酸配列：Ｔｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）
又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）を含む。
幾つかの実施形態において、ペプチドは、

Figure 2017120269

Figure 2017120269

Figure 2017120269
の１種以上を含む。
幾つかの実施形態において、「Ｄｍｔ」とは、２’，６’−ジメチルチロシン（２’，６’−Ｄｍｔ）のことである。幾つかの実施形態において、「Ｄｍｔ」とは、３’，５’−ジメチルチロシン（３’，５’Ｄｍｔ）のことである。
一実施形態において、ペプチドは式Ｉ：
Figure 2017120269
 によって定義され、式中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立して
（ｉ）水素、
（ｉｉ）直鎖又は分岐Ｃ1−Ｃ6アルキル、
（ｉｉｉ）
Figure 2017120269
 から選択され、
Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12はそれぞれ独立して
（ｉ）水素、
（ｉｉ）直鎖又は分岐Ｃ1−Ｃ6アルキル、
（ｉｉｉ）Ｃ1−Ｃ6アルコキシ、
（ｉｖ）アミノ、
（ｖ）Ｃ1−Ｃ4アルキルアミノ、
（ｖｉ）Ｃ1−Ｃ4ジアルキルアミノ、
（ｖｉｉ）ニトロ、
（ｖｉｉｉ）ヒドロキシル、
（ｉｘ）ハロゲン（「ハロゲン」はクロロ、フルオロ、ブロモ及びヨードを含む）
から選択され、ｎは１−５の整数である。
特定の実施形態において、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12は全て水素であり、ｎは４である。別の実施形態において、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9及びＲ11は全て水素であり、Ｒ8及びＲ12はメチルであり、Ｒ10はヒドロキシル基であり、ｎは４である。
一実施形態において、ペプチドは式ＩＩ：
Figure 2017120269
 によって定義され、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立して
（ｉ）水素、
（ｉｉ）直鎖又は分岐Ｃ1−Ｃ6アルキル、
（ｉｉｉ）
Figure 2017120269
 から選択され、
Ｒ3及びＲ4はそれぞれ独立して
（ｉ）水素、
（ｉｉ）直鎖又は分岐Ｃ1−Ｃ6アルキル、
（ｉｉｉ）Ｃ1−Ｃ6アルコキシ、
（ｉｖ）アミノ、
（ｖ）Ｃ1−Ｃ4アルキルアミノ、
（ｖｉ）Ｃ1−Ｃ4ジアルキルアミノ、
（ｖｉｉ）ニトロ、
（ｖｉｉｉ）ヒドロキシル、
（ｉｘ）ハロゲン（「ハロゲン」はクロロ、フルオロ、ブロモ及びヨードを含む）
から選択され、
Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8及びＲ9はそれぞれ独立して
（ｉ）水素、
（ｉｉ）直鎖又は分岐Ｃ1−Ｃ6アルキル、
（ｉｉｉ）Ｃ1−Ｃ6アルコキシ、
（ｉｖ）アミノ、
（ｖ）Ｃ1−Ｃ4アルキルアミノ、
（ｖｉ）Ｃ1−Ｃ4ジアルキルアミノ、
（ｖｉｉ）ニトロ、
（ｖｉｉｉ）ヒドロキシル、
（ｉｘ）ハロゲン（「ハロゲン」はクロロ、フルオロ、ブロモ及びヨードを含む）
から選択され、ｎは１−５の整数である。
特定の実施形態において、Ｒ1及びＲ2は水素であり、Ｒ3及びＲ4はメチルであり、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8及びＲ9は全て水素であり、ｎは４である。
一実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、芳香族アミノ酸とカチオン性アミノ酸とが交互になったコア構造モチーフを有する。例えば、このペプチドは、下記：
芳香族−カチオン性−芳香族−カチオン性（式ＩＩＩ）
カチオン性−芳香族−カチオン性−芳香族（式ＩＶ）
芳香族−芳香族−カチオン性−カチオン性（式Ｖ）
カチオン性−カチオン性−芳香族−芳香族（式ＶＩ）
の式ＩＩＩ−ＶＩのいずれかによって定義されるテトラペプチドになり得て、芳香族アミノ酸は、Ｐｈｅ（Ｆ）、Ｔｙｒ（Ｙ）、Ｔｒｐ（Ｗ）及びシクロヘキシルアラニン（Ｃｈａ）から成る群から選択される残基であり、カチオン性アミノ酸は、Ａｒｇ（Ｒ）、Ｌｙｓ（Ｋ）、ノルロイシン（Ｎｌｅ）及び２−アミノ−ヘプタン酸（Ａｈｅ）から成る群から選択される残基である。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の芳香族カチオン性ペプチドは全ての左旋性（Ｌ）アミノ酸を含む。
幾つかの態様において、本開示では、チトクロムｃに関する方法を提供する。幾つかの実施形態において、この方法は、チトクロムｃ含有試料においてチトクロムｃ還元を増加させることに関し、この方法は、試料を有効量の芳香族カチオン性ペプチド又はその塩、例えばアセテート又はトリフルオロアセテート塩と接触させることを含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、この方法は、チトクロムｃ含有試料においてチトクロムｃを通る電子拡散を強化することに関し、この方法は、試料を有効量の芳香族カチオン性ペプチドと接触させることを含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、この方法は、チトクロムｃ含有試料においてチトクロムｃの電子容量（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ）を強化することに関し、この方法は、試料を有効量の芳香族カチオン性ペプチドと接触させることを含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、この方法は、チトクロムｃ含有試料においてチトクロムｃ周囲に新規なπ−π相互作用を引き起こすことに関し、この方法は、試料を有効量の芳香族カチオン性ペプチドと接触させることを含む。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＤ−Ａｒｇ−２‘，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
幾つかの実施形態において、本発明の芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ含有試料は、センサ（例えば、フォトセル、ルミネッセントセンサ）、コンダクタ、スイッチ（例えば、トランジスタ）、発光素子（例えば、発光ダイオード）、電荷貯蔵又は蓄積デバイス（例えば、光起電装置）、ダイオード、集積回路、固体デバイス又は他の有機電子デバイスの部品を含む。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
幾つかの実施形態において、チトクロムｃは試料において精製、単離及び／又は濃縮された形態で存在する。幾つかの実施形態において、チトクロムｃは試料において天然の形態で存在する。例えば、幾つかの実施形態において、チトクロムｃは１個以上のミトコンドリア中に存在する。幾つかの実施形態において、ミトコンドリアは単離される。他の実施形態において、ミトコンドリアは細胞又は細胞標品中に存在する。幾つかの実施形態において、チトクロムｃは芳香族カチオン性ペプチド又はその塩（アセテート、トリフルオロアセテート等）でドープされる。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
幾つかの態様において、本開示ではミトコンドリア呼吸に関する方法を提供する。幾つかの実施形態において、この方法は、ミトコンドリアＯ2消費を増加させ、試料においてＡＴＰ合成を増加させ及び／又はチトクロムｃ欠乏マイトプラストにおいて呼吸を強化することに関する。幾つかの実施形態において、ミトコンドリア含有試料及び／又はチトクロム欠乏マイトプラストを有効量の芳香族カチオン性ペプチド又はその塩と接触させる。幾つかの実施形態において、ミトコンドリアは試料中に精製され、単離された及び／又は濃縮された形態で存在する。幾つかの実施形態において、ミトコンドリアは試料中に天然の形態で存在する。例えば、幾つかの実施形態において、ミトコンドリアは細胞又は細胞標品中に存在する。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
幾つかの態様において、センサを提供する。幾つかの実施形態において、このセンサは、本明細書で開示のあるレベルの芳香族カチオン性ペプチド又はその塩（アセテート、トリフルオロアセテート塩等）をドープしたチトクロムｃを含む。幾つかの実施形態において、このセンサは、芳香族カチオン性ペプチドのレベルの変化によって引き起こされるチトクロムｃの性質における変化を測定する計測器を含む。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドのレベルは、チトクロムｃの温度及びチトクロムｃのｐＨの少なくとも一方における変動に応答して変化する。幾つかの実施形態において、この性質とは導電率であり、計測器は、チトクロムｃと電気的に連通するアノード及びカソードを含む。幾つかの実施形態において、この性質はフォトルミネッセンスであり、計測器は、本発明のあるレベルの芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃが放出する光の強度及びペプチドドープチトクロムｃが放出する光の波長の少なくとも一方における変化を測定するための光検出器を含む。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
幾つかの態様において、検出方法を提供する。幾つかの実施形態において、この方法は、あるレベルの芳香族カチオン性ペプチド又はその塩（アセテート、トリフルオロアセテート塩等）をドープしたチトクロムｃの性質における変化を測定することを含む。幾つかの実施形態において、測定されるこの変化は、芳香族カチオン性ペプチドのレベルにおける変化により引き起こされる。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドのレベルは、チトクロムｃの温度及びチトクロムｃのｐＨの少なくとも一方における変動に応答して変化する。幾つかの実施形態において、この性質は、導電率、フォトルミネッセンス強度及びフォトルミネッセンス波長の少なくとも１つである。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
幾つかの態様において、スイッチを提供する。幾つかの実施形態において、このスイッチはチトクロムｃと芳香族カチオン性ペプチドのソースとを含む。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチド又はその塩（アセテート又はトリフルオロアセテート塩等）はチトクロムｃと通じている。幾つかの実施形態においては、アクチュエータを設けることでチトクロムｃと通じている芳香族カチオン性ペプチドの量を制御する。幾つかの実施形態において、アクチュエータはチトクロムｃの温度及びチトクロムｃのｐＨの少なくとも一方を制御する。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
幾つかの態様において、スイッチング方法を提供する。幾つかの実施形態において、この方法は、チトクロムｃと通じている芳香族カチオン性ペプチド又はその塩（アセテート又はトリフルオロアセテート塩等）のレベルを変化させることを含む。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドのレベルを変化させることは、チトクロムｃの温度及びチトクロムｃのｐＨの少なくとも一方を変動させることを含む。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
幾つかの態様において、発光素子を提供する。幾つかの実施形態において、この発光素子は、有効量の芳香族カチオン性ペプチド（Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2及び／又はＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2等）又はその塩（アセテート又はトリフルオロアセテート塩等）をドープしたチトクロムｃと、チトクロムｃからの発光を刺激するためのソースとを含む。
幾つかの態様において、発光方法を提供する。幾つかの実施形態において、この方法は、有効量の芳香族カチオン性ペプチド又はその塩（アセテート又はトリフルオロアセテート塩等）、例えばＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2及び／又はＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2をドープしたチトクロムｃを刺激することを含む。
幾つかの態様において、本開示では、チトクロムｃバイオセンサ用の方法及び組成物を提供する。幾つかの実施形態において、チトクロムｃバイオセンサは、本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチド又はその塩（アセテート又はトリフルオロアセテート塩等）の１種以上を含む。幾つかの実施形態において、ペプチドドープチトクロムｃは、バイオセンサ内で酸化還元活性酵素と電極との間のメディエータとしての役割を果たす。幾つかの実施形態において、ペプチドドープチトクロムｃはバイオセンサの電極上に直接固定される。幾つかの実施形態において、ペプチドはバイオセンサ内でチトクロムｃに結合される。幾つかの実施形態において、ペプチドはチトクロムｃに結合されない。幾つかの実施形態において、ペプチド及び／又はチトクロムｃはバイオセンサ内で表面に固定される。幾つかの実施形態において、ペプチド及び／又はチトクロムｃはバイオセンサ内で自由拡散性である。幾つかの実施形態において、バイオセンサは、ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、バイオセンサは芳香族カチオン性ペプチドＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
幾つかの態様において、本開示では、環境汚染物質の生物的環境浄化のための組成物を提供する。幾つかの実施形態において、組成物は、１種以上の芳香族カチオン性ペプチド又はその塩（アセテート又はトリフルオロアセテート塩等）を発現している組み換え細菌を含む。幾つかの実施形態において、この組み換え細菌は、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドをコードしている核酸を含む。幾つかの実施形態において、核酸は誘導性プロモータの制御下で発現する。幾つかの実施形態において、核酸は構成的プロモータの制御下で発現する。幾つかの実施形態において、核酸はプラスミドＤＮＡを含む。幾つかの実施形態において、核酸はゲノムインサートを含む。幾つかの実施形態において、組み換え細菌は、表７の細菌種由来である。
幾つかの態様において、本開示では、環境汚染物質の生物的環境浄化のための方法を提供する。幾つかの実施形態において、この方法は、環境汚染物質含有材料を、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現している組み換え細菌を含む生物的環境浄化組成物と接触させることを含む。幾つかの実施形態において、本明細書で開示のこの方法は、金属を異化的に還元する方法を含む。幾つかの実施形態において、金属は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｃｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｐｂ又はＢｉを含む。幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、非金属を異化的に還元する方法を含む。幾つかの実施形態において、この非金属はサルフェートを含む。幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、パークロレート（perchlorate）を異化的に還元する方法を含む。幾つかの実施形態において、このパークロレートは、ＮＨ4ＣｌＯ4、ＣｓＣｌＯ4、ＬｉＣｌＯ4、Ｍｇ（ＣｌＯ4）2、ＨＣｌＯ4、ＫＣｌＯ4、ＲｂＣｌＯ4、ＡｇＣｌＯ4又はＮａＣｌＯ4を含む。幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、ニトレート（nitrate）を異化的に還元する方法を含む。幾つかの実施形態において、このニトレートは、ＨＮＯ3、ＬｉＮＯ3、ＮａＮＯ3、ＫＮＯ3、ＲｂＮＯ3、ＣｓＮＯ3、Ｂｅ（ＮＯ3）2、Ｍｇ（ＮＯ3）2、Ｃａ（ＮＯ3）2、Ｓｒ（ＮＯ3）2、Ｂａ（ＮＯ3）2、Ｓｃ（ＮＯ3）3、Ｃｒ（ＮＯ3）3、Ｍｎ（ＮＯ3）2、Ｆｅ（ＮＯ3）3、Ｃｏ（ＮＯ3）2、Ｎｉ（ＮＯ3）2、Ｃｕ（ＮＯ3）2、Ｚｎ（ＮＯ3）2、Ｐｄ（ＮＯ3）2、Ｃｄ（ＮＯ3）2、Ｈｇ（ＮＯ3）2、Ｐｂ（ＮＯ3）2又はＡｌ（ＮＯ3）3を含む。幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、放射性核種を異化的に還元する方法を含む。幾つかの実施形態において、この放射性核種はアクチニドを含む。幾つかの実施形態において、放射性核種はウラニウムを含む。幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、メチル−ｔｅｒｔ−ブチル−エーテル（ＭＴＢＥ）、塩化ビニル又はジクロロエチレンを異化的に還元する方法を含む。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の生物的環境浄化方法はインシチュ（in situ）で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載の生物的環境浄化方法はエクスシチュ（ex situ）で行われる。
幾つかの実施形態において、本明細書に記載の生物的環境浄化方法は、汚染物質を、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドをコードしている核酸を含む組み換え細菌と接触させることを含む。幾つかの実施形態において、この核酸は誘導性プロモータの制御下で発現する。幾つかの実施形態において、核酸は構成的プロモータの制御下で発現する。幾つかの実施形態において、核酸はプラスミドＤＮＡを含む。幾つかの実施形態において、核酸はゲノムインサートを含む。幾つかの実施形態において、組み換え細菌は、表７の細菌種由来である。
本明細書で開示の生物的環境浄化方法及び組成物の幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドはＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。
図１Ａは、ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃ還元の速度を上昇させることを示すチャートである。図１Ｂは、ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃ還元の速度を上昇させることを示すチャートである。 ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃを通る電子拡散を強化することを示すチャートである。 ＳＳ−３１の用量を増加させた、溶液中のチトクロムｃのサイクリックボルタモグラムを示すグラフである（２０ｍＭのトリス−ホウ酸塩−ＥＤＴＡ（ＴＢＥ）バッファ、ｐＨ７、１００ｍＶ／秒）。 図３Ａは、ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃの電子容量を強化することを示すチャートである。図３Ｂは、ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃの電子容量を強化することを示すチャートである。 ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃヘム周囲で新規なπ−π相互作用を引き起こすことを示すチャートである。 ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）は単離されたミトコンドリアにおいてＯ2消費を増加させることを示すチャートである。 ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）は単離されたミトコンドリアにおいてＯ2消費を増加させることを示すチャートである。 ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）は単離されたミトコンドリアにおいてＡＴＰ合成を増加させることを示すチャートである。 ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）は、チトクロムｃ欠乏マイトプラストにおいて呼吸を強化することを示すチャートである。 ペプチドドープチトクロムｃセンサの図である。 代替のペプチドドープチトクロムｃセンサの図である。 ペプチドドープチトクロムｃスイッチの図である。 バイオセンサにおける電子流の図であり、ペプチドドープチトクロムｃは電極への電子流においてメディエータとして働く。 バイオセンサにおける電子流の図であり、ペプチドドープチトクロムｃは電極に固定される。 ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）及びＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）はチトクロムｃ還元を促進することを示すチャートである。 ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）及びＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）は、単離されたラットの腎臓のミトコンドリアにおけるＯ2消費により測定される電子束を増進させることを示すチャートである。 ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）及びＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）は、単離されたミトコンドリアにおいてＡＴＰ産生速度を上昇させることを示すチャートである。 有機発光トランジスタのブロック図である。 有機発光ダイオードのブロック図である。 分散ヘテロ接合有機太陽電池のブロック図である。 図１９Ａは、高度に折り畳まれたヘテロ接合有機太陽電池での電子−正孔対生成を図示したものである。図１９Ｂは、制御成長ヘテロ接合有機太陽電池での電子−正孔対生成を図示したものである。 図２０Ａ及び２０Ｂは、以下に限定するものではないが、有機発光トランジスタ、有機発光ダイオード及び有機太陽電池を含めた有機電子デバイス製造中に有機材料の薄膜を堆積させる技法を図示したものである。
（００４７） 本発明が十分に理解できるように、本発明の特定の態様、様式、実施形態、バリエーション及び特徴を以下で様々な詳細度でもって説明する。本明細書で使用する特定の用語を以下で定義する。特に定義されない限り、本明細書で使用の全ての技術用語及び科学用語は概して、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。
（００４８） 本開示を実践するにあたって、細胞生物学、分子生物学、タンパク質生化学、免疫学及び微生物学における多くの慣用の技法を用いる。これらの技法は当該分野で周知であり、またＣｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｓ．Ｉ−ＩＩＩ，Ａｕｓｕｂｅｌ，Ｅｄ．（１９９７）、Ｓａｍｂｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ．，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄ．（Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ，ＮＹ，１９８９）を含めた多数の入手可能な出版物に記載されている。
（００４９） 本明細書及び添付の請求項で使用する単数形の不定冠詞及び定冠詞には、内容が明らかにそうではない場合を除き、指示対象が複数の場合が含まれる。例えば、「細胞（ａ ｃｅｌｌ）」と言う場合、これには２個以上の細胞の組み合わせ等が含まれる。
（００５０） 本明細書で使用の剤、薬剤又はペプチドの被験体への「投与」には、被験体に化合物をその意図した機能を果たさせるために導入又は送達する全ての経路が含まれる。投与はいずれの適切な経路でも行うことができ、経口投与、鼻腔内投与、非経口投与（静脈内投与、筋肉内投与、腹腔内投与、皮下投与）又は局所投与が含まれる。投与には、自己投与及び他者による投与が含まれる。
（００５１） 本明細書で使用の用語「アミノ酸」には、天然のアミノ酸及び合成のアミノ酸並びに天然のアミノ酸に似た形で機能するアミノ酸類似体及びアミノ酸ミメティックが含まれる。天然のアミノ酸とは、遺伝暗号でコードされたもの及び後天的に修飾されたアミノ酸、例えばヒドロキシプロリン、γ−カルボキシグルタメート及びＯ−ホスホセリンのことである。アミノ酸類似体とは、天然のアミノ酸と同じ基本的化学構造（すなわち、水素、カルボキシル基、アミノ基及びＲ基に結合しているα炭素）を有する化合物、例えばホモセリン、ノルロイシン、メチオニンスルホキシド、メチオニンメチルスルホニウムのことである。このような類似体は修飾されたＲ基（例えば、ノルロイシン）又は修飾されたペプチド骨格を有するが、天然のアミノ酸と同じ基本的化学構造を保持している。アミノ酸ミメティックとは、アミノ酸の一般化学構造とは異なる構造を有するが天然のアミノ酸に似た形で機能する化合物のことである。本明細書においては、アミノ酸に、一般に知られている３文字記号又はＩＵＰＡＣ−ＩＵＢ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎが推奨する１文字記号で言及することができる。
（００５２） 本明細書で使用の用語「有効量」とは、所望の治療及び／又は予防効果を達成するのに十分な量のことである。治療又は予防に利用する場合、被験体に投与する組成物の量は、疾患のタイプ及び重症度並びに個体の特性（全身の健康状態、年齢、性別、体重、薬剤への耐性等）に左右される。疾患の度合い、重症度及びタイプにも左右される。当業者は、これらの及び他の要素に基づいて適当な用量を決定することができる。組成物を、１種以上の追加の治療用化合物と組み合わせて投与することもできる。幾つかの実施形態において、用語「有効量」とは、所望の電子又はコンダクタンス効果（例えば、電子伝達を促進又は強化する）を達成するのに十分な量のことである。
（００５３） 本明細書で使用の用語「外因性核酸」とは、宿主細胞内に天然では存在せず、外部供給源から導入される核酸（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ）のことである。本明細書において、外因性核酸とは、宿主細胞のゲノムに組み込まれておらず分離したままの核酸のことであり、例えば細菌プラスミド核酸である。本明細書において、「細菌プラスミド」とは、目的の配列のキャリアとしての、また細菌宿主細胞においてその配列を発現させるための手段としての役割を果たす細菌由来の環状ＤＮＡのことである。
（００５４） 「単離した」又は「精製した」ポリペプチド又はペプチドは、実質的に、剤の誘導元である細胞又は組織源由来の細胞物質又は他の汚染ポリペプチドを含有しない。あるいは、化学的に合成する場合、化学的前駆体又は他の化学物質を実質的に含有しない。例えば、単離した芳香族カチオン性ペプチド又は単離したチトクロムｃタンパク質は、剤を診断若しくは治療に使用する際に妨げとなる又はペプチドのコンダクタンス若しくは電気的特性に干渉する物質を含有しない。このような干渉物質には、酵素、ホルモン並びに他のタンパク質性及び非タンパク質性の溶質が含まれ得る。
（００５５） 本明細書において、「誘導性プロモータ」とは、ある条件、例えば温度又は特定の分子の存在の影響を受け、またこれらの条件が揃った時にだけ、操作可能に結合された目的の核酸配列の発現を促すプロモータのことである。
（００５６） 本明細書において、「構成的プロモータ」とは、全て又は殆どの環境条件下で、操作可能に結合された目的の核酸配列の発現を促進するプロモータのことである。
（００５７） 本明細書で使用の用語「ポリペプチド」、「ペプチド」及び「タンパク質」は本明細書において同じ意味で使用され、ペプチド結合又は修飾ペプチド結合によって互いに繋ぎ合わされた２個以上のアミノ酸、すなわちペプチドアイソスターを含むポリマーを意味する。ポリペプチドとは、一般にペプチド、グリコペプチド又はオリゴマーと称される短鎖及び一般にタンパク質と称される長鎖の両方のことである。ポリペプチドは、２０種類の遺伝子でコードされたアミノ酸以外のアミノ酸を含有し得る。ポリペプチドは、当該分野で周知の天然のプロセス（翻訳後プロセシング等）又は化学修飾技法によって修飾されたアミノ酸配列を含む。
（００５８） 本明細書において、「組み換え細菌」とは、１個以上の外因性核酸（例えば、ＤＮＡ）配列を運搬する及び／又は発現するように遺伝子操作された細菌のことである。
（００５９） 本明細書で使用の用語「処置する」又は「処置」又は「緩和」とは治療的処置及び防止又は予防的手段の両方を指し、その目的は、ターゲットとする病態又は疾患を予防する又は減速させる（軽減する）ことである。また、記載するような病状を処置又は予防する様々な様式は「実質的」であることが意図されており、これには完全な処置又は予防だけでなく完全ではない処置又は予防も含まれ、なんらかの生物学的又は医学的に関係した結果が得られることを理解されたい。
（００６０） 本明細書で使用するある疾患又は状態の「予防」又は「予防する」とは、無処置のコントロール試料と比較して処置済みの試料において疾患又は状態の発生を低下させる、あるいは無処置のコントロール試料と比較して疾患又は状態の１つ以上の症状の発現を遅らせる又はその重症度を低下させる化合物のことである。
（００６１）芳香族カチオン性ペプチド
本テクノロジーは、芳香族カチオン性ペプチドの使用に関する。幾つかの実施形態において、このペプチドは、コンダクタンスに関係した態様において有用である。
（００６２） 芳香族カチオン性ペプチドは水溶性且つ高極性である。これらの特性にも関わらず、ペプチドは細胞膜を容易に通過できる。芳香族カチオン性ペプチドは、典型的には、ペプチド結合で共有結合した最低３個のアミノ酸又は最低４個のアミノ酸を含む。この芳香族カチオン性ペプチド中に存在する最大数のアミノ酸は、ペプチド結合で共有結合した約２０個のアミノ酸である。適切には、アミノ酸の最大数は約１２個、約９個又は約６個である。
（００６３） 芳香族カチオン性ペプチドのアミノ酸は、いずれのアミノ酸にもなり得る。本明細書で使用の用語「アミノ酸」は、少なくとも１個のアミノ基と少なくとも１個のカルボキシル基とを有する全ての有機分子を指すのに使用される。典型的には、少なくとも１個のアミノ基は、カルボキシル基に対するα位にある。アミノ酸は天然のものになり得る。天然のアミノ酸には、例えば、哺乳動物のタンパク質に通常見出される２０種類の最も一般的な左旋性（Ｌ）アミノ酸が含まれ、すなわちアラニン（Ａｌａ）、アルギニン（Ａｒｇ）、アスパラギン（Ａｓｎ）、アスパラギン酸（Ａｓｐ）、システイン（Ｃｙｓ）、グルタミン（Ｇｌｎ）、グルタミン酸（Ｇｌｕ）、グリシン（Ｇｌｙ）、ヒスチジン（Ｈｉｓ）、イソロイシン（Ｉｌｅ）、ロイシン（Ｌｅｕ）、リジン（Ｌｙｓ）、メチオニン（Ｍｅｔ）、フェニルアラニン（Ｐｈｅ）、プロリン（Ｐｒｏ）、セリン（Ｓｅｒ）、スレオニン（Ｔｈｒ）、トリプトファン（Ｔｒｐ）、チロシン（Ｔｙｒ）及びバリン（Ｖａｌ）である。他の天然のアミノ酸には、例えば、タンパク質合成に関係していない代謝過程で合成されるアミノ酸が含まれる。例えば、アミノ酸であるオルニチン及びシトルリンは、尿素産生中に哺乳動物の代謝で合成される。天然のアミノ酸の別の例にはヒドロキシプロリン（Ｈｙｐ）が含まれる。
（００６４） ペプチドは、任意で、１個以上の非天然のアミノ酸を含有する。最適には、ペプチドは天然のアミノ酸を有さない。非天然のアミノ酸は、左旋性（Ｌ）、右旋性（Ｄ）又はこれらの混合物になり得る。非天然のアミノ酸は、典型的には生物の通常の代謝過程では合成されず且つタンパク質中に天然では存在しないアミノ酸である。加えて、非天然のアミノ酸は、適切には、通常のプロテアーゼによって認識されることもない。非天然のアミノ酸は、ペプチドのどの位置にも存在し得る。例えば、非天然のアミノ酸は、Ｎ末端、Ｃ末端又はＮ末端とＣ末端との間の任意の位置に存在し得る。
（００６５） 非天然のアミノ酸は、例えば、天然のアミノ酸に見られないアルキル、アリール又はアルキルアリール基を含み得る。非天然のアルキルアミノ酸の幾つかの例には、α−アミノ酪酸、β−アミノ酪酸、γ−アミノ酪酸、δ−アミノ吉草酸及びε−アミノカプロン酸が含まれる。非天然のアリールアミノ酸の幾つかの例には、オルト、メタ及びパラ−アミノ安息香酸が含まれる。非天然のアルキルアリールアミノ酸の幾つかの例には、オルト、メタ及びパラ−アミノフェニル酢酸並びにγ−フェニル−β−アミノ酪酸が含まれる。非天然のアミノ酸には、天然のアミノ酸の誘導体が含まれる。天然のアミノ酸の誘導体には、例えば、天然のアミノ酸への１個以上の化学基の付加が含まれ得る。
（００６６） 例えば、１個以上の化学基を、フェニルアラニン又はチロシン残基の芳香環の２’、３’、４’、５’又は６’位、あるいはトリプトファン残基のベンゾ環の４’、５’、６’又は７’位の１つ以上に付加することができる。この基は、芳香環に付加可能ないずれの化学基にもなり得る。このような基の幾つかの例には、分岐又は非分岐Ｃ1−Ｃ4アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル又はｔ−ブチル、Ｃ1−Ｃ4アルキルオキシ（すなわち、アルコキシ）、アミノ、Ｃ1−Ｃ4アルキルアミノ及びＣ1−Ｃ4ジアルキルアミノ（例えば、メチルアミノ、ジメチルアミノ）、ニトロ、ヒドロキシル、ハロ（すなわち、フルオロ、クロロ、ブロモ又はヨード）が含まれる。天然のアミノ酸の非天然の誘導体の幾つかの具体例には、ノルバリン（Ｎｖａ）及びノルロイシン（Ｎｌｅ）が含まれる。
（００６７） ペプチドにおけるアミノ酸の修飾の別の例は、ペプチドのアスパラギン酸又はグルタミン酸残基のカルボキシル基の誘導体化である。誘導体化の一例は、アンモニア又は一級若しくは二級アミン（例えば、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン）でのアミド化である。誘導体化の別の例には、例えばメチル又はエチルアルコールでのエステル化が含まれる。別のこのような修飾には、リジン、アルギニン又はヒスチジン残基のアミノ基の誘導体化が含まれる。例えば、このようなアミノ基をアシル化することができる。幾つかの適切なアシル基には、例えば、アセチル又はプロピオニル基等の上記のＣ1−Ｃ4アルキル基のいずれかを含むベンゾイル基又はアルカノイル基が含まれる。
（００６８） 非天然のアミノ酸は適切には通常のプロテアーゼに耐性がある又は非感受性である。プロテアーゼに耐性がある又は非感受性の非天然のアミノ酸の例には、上記の天然のＬ−アミノ酸の右旋（Ｄ）形態並びにＬ−及び／又はＤ−非天然アミノ酸が含まれる。細胞の通常のリボソームタンパク質合成機構以外の手段で合成される特定のペプチド抗生物質には見られるものの、Ｄ−アミノ酸は通常、タンパク質中には存在しない。本明細書でのＤ−アミノ酸は、非天然のアミノ酸であると見なされる。
（００６９） プロテアーゼ感受性を最小限に抑えるために、ペプチドは、アミノ酸が天然か天然でないかに関わらず、通常のプロテアーゼによって認識される５未満、４未満、３未満又は２個未満の近接するＬ−アミノ酸を有するべきである。一実施形態において、ペプチドはＤ−アミノ酸だけを有し、Ｌ−アミノ酸を有さない。ペプチドがプロテアーゼ感受性のアミノ酸配列を含有する場合、そのアミノ酸の少なくとも１つは好ましくは非天然のＤ−アミノ酸であり、これによってプロテアーゼ耐性が付与される。プロテアーゼ感受性配列の例には、通常のプロテアーゼ（エンドペプチダーゼ、トリプシン等）で容易に切断できる２個以上の近接する塩基性アミノ酸が含まれる。塩基性アミノ酸の例には、アルギニン、リジン及びヒスチジンが含まれる。
（００７０） 芳香族カチオン性ペプチドは、ペプチドにおけるアミノ酸残基の総数と比較して、生理学的ｐＨで最小数の正味の正電荷を有するべきである。この生理学的ｐＨでの最小数の正味の正電荷を以下、（ｐm）とする。ペプチドにおけるアミノ酸残基の総数を以下、（ｒ）とする。以下で論じる正味の正電荷の最小数は全て、生理学的ｐＨでのものである。本明細書で使用の用語「生理学的ｐＨ」とは、哺乳動物の身体の組織及び臓器の細胞における正常なｐＨのことである。例えば、ヒトの生理学的ｐＨは通常、約７．４であるが、哺乳動物における正常な生理学的ｐＨは、約７．０−約７．８のいずれのｐＨにもなり得る。
（００７１） 本明細書で使用の「正味の電荷」とは、ペプチド中に存在するアミノ酸が有する正電荷の数と負電荷の数とのバランスのことである。本明細書において、正味の電荷は生理学的ｐＨで測定すると理解される。生理学的ｐＨで正に帯電する天然のアミノ酸には、Ｌ−リジン、Ｌ−アルギニン及びＬ−ヒスチジンが含まれる。生理学的ｐＨで負に帯電する天然のアミノ酸には、Ｌ−アスパラギン酸及びＬ−グルタミン酸が含まれる。
（００７２） 典型的には、ペプチドは、正に帯電したＮ末端のアミノ基及び負に帯電したＣ末端のカルボキシル基を有する。電荷は、生理学的ｐＨで相殺される。正味の電荷を計算する例として、ペプチドＴｙｒ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ｇｌｕ−Ｈｉｓ−Ｔｒｐ−Ｄ−Ａｒｇは、１個の負に帯電したアミノ酸（すなわち、Ｇｌｕ）及び４個の正に帯電したアミノ酸（すなわち、２個のＡｒｇ残基、１個のＬｙｓ及び１個のＨｉｓ）を有する。したがって、上記のペプチドは、３の正味の正電荷を有する。
（００７３） 一実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、生理学的ｐＨでの正味の正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間で３ｐmがｒ＋１以下の最大数である関係を有する。この実施形態において、正味の正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との関係は以下のとおりである。
Figure 2017120269
（００７４） 別の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、正味の正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間で２ｐmがｒ＋１以下の最大数である関係を有する。この実施形態において、正味の正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との関係は以下のとおりである。
Figure 2017120269
（００７５） 一実施形態において、正味の正電荷の最小数（ｐm）及びアミノ酸残基の総数（ｒ）は等しい。別の実施形態において、ペプチドは、３又は４個のアミノ酸残基及び最小で１の正味の正電荷、適切には最小で２の正味の正電荷、より好ましくは最小で３の正味の正電荷を有する。
（００７６） 芳香族カチオン性ペプチドは、正味の正電荷の総数（ｐt）と比較して最少数の芳香族基を有することも重要である。以下では芳香族基の最少数を（ａ）とする。芳香族基を有する天然のアミノ酸には、アミノ酸であるヒスチジン、トリプトファン、チロシン及びフェニルアラニンが含まれる。例えば、ヘキサペプチドＬｙｓ−Ｇｌｎ−Ｔｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｔｒｐは、２の正味の正電荷（リジン及びアルギニン残基が寄与する）及び３個の芳香族基（チロシン、フェニルアラニン及びトリプトファン残基が寄与する）を有する。
（００７７） また、芳香族カチオン性ペプチドは、芳香族基の最少数（ａ）と生理学的ｐＨでの正味の正電荷の総数（ｐt）との間で３ａがｐt＋１以下の最大数であり、ただしｐtが１の場合、ａは１にもなり得る関係を有するべきである。この実施形態において、芳香族基の最少数（ａ）と正味の正電荷の総数（ｐt）との関係は以下のとおりである。
Figure 2017120269
（００７８） 別の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、芳香族基の最少数（ａ）と正味の正電荷の総数（ｐt）との間で２ａがｐt＋１以下の最大数である関係を有する。この実施形態において、芳香族アミノ酸残基の最少数（ａ）と正味の正電荷の総数（ｐt）との関係は以下のとおりである。
Figure 2017120269
（００７９） 別の実施形態において、芳香族基の数（ａ）と正味の正電荷の総数（ｐt）は等しい。
（００８０） カルボキシル基、特にＣ末端アミノ酸の末端カルボキシル基は、適切には、例えばアンモニアでアミド化されてＣ末端アミドを形成する。あるいは、Ｃ末端アミノ酸の末端カルボキシル基は、任意の一級又は二級アミンでアミド化され得る。この一級又は二級アミンは、例えば、アルキル、特には分岐若しくは非分岐Ｃ1−Ｃ4アルキル又はアリールアミンになり得る。したがって、ペプチドのＣ末端のアミノ酸を、アミド、Ｎ−メチルアミド、Ｎ−エチルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミド、Ｎ−メチル−Ｎ−エチルアミド、Ｎ−フェニルアミド又はＮ−フェニル−Ｎ−エチルアミド基に変換し得る。芳香族カチオン性ペプチドのＣ末端に存在しないアスパラギン、グルタミン、アスパラギン酸及びグルタミン酸残基の遊離のカルボキシレート基もまた、ペプチドでの位置に関わらずアミド化され得る。これらの内部位置でのアミド化は、アンモニア又は上記の一級若しくは二級アミンのいずれかによって行われ得る。
（００８１） 一実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、２の正味の正電荷及び少なくとも１個の芳香族アミノ酸を有するトリペプチドである。特定の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、２の正味の正電荷及び２個の芳香族アミノ酸を有するトリペプチドである。
（００８２） 一実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、
１．少なくとも１の正味の正電荷と、
２．最少で３個のアミノ酸と、
３．最大で約２０個のアミノ酸と、
４．正味の正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間で３ｐmがｒ＋１以下の最大数である関係と、
５．芳香族基の最少数（ａ）と正味の正電荷の総数（ｐt）との間で２ａがｐt＋１以下の最大数であり、ただしａが１の場合、ｐtも１になり得る関係
を有する。
（００８３） 別の実施形態において、本発明では、ミトコンドリア膜透過性遷移（ＭＰＴ）を経るミトコンドリアの数を減少させる又は哺乳動物の取り出された臓器においてミトコンドリア膜透過性遷移を防止する方法を提供する。この方法は、この取り出された臓器に、
少なくとも１の正味の正電荷と、
最少で３個のアミノ酸と、
最大で約２０個のアミノ酸と、
正味の正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間で３ｐmがｒ＋１以下の最大数である関係と、
芳香族基の最少数（ａ）と正味の正電荷の総数（ｐt）との間で２ａがｐt＋１以下の最大数であり、ただしａが１の場合、ｐtも１になり得る関係とを有する有効量の芳香族カチオン性ペプチドを投与することを含む。
（００８４） 更に別の実施形態において、本発明では、ミトコンドリア膜透過性遷移（ＭＰＴ）を経るミトコンドリアの数を減少させる又はそれを必要とする哺乳動物においてミトコンドリア膜透過性遷移を防止する方法を提供する。この方法は、哺乳動物に、
少なくとも１の正味の正電荷と、
最少で３個のアミノ酸と、
最大で約２０個のアミノ酸と、
正味の正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間で３ｐmがｒ＋１以下の最大数である関係と、
芳香族基の最少数（ａ）と正味の正電荷の総数（ｐt）との間で３ａがｐt＋１以下の最大数であり、ただしａが１の場合、ｐtも１になり得る関係とを有する有効量の芳香族カチオン性ペプチドを投与することを含む。
（００８５） 芳香族カチオン性ペプチドには以下のペプチド例が含まれるが、これらに限定するものではない。
Figure 2017120269

Figure 2017120269
（００８６） 幾つかの実施形態において、本発明の方法で有用なペプチドは、チロシン残基又はチロシン誘導体を有するペプチドである。幾つかの実施形態において、チロシン誘導体には、２’−メチルチロシン（Ｍｍｔ）、２’，６’−ジメチルチロシン（２’６’−Ｄｍｔ）、３’，５’−ジメチルチロシン（３’，５’−Ｄｍｔ）、Ｎ，２’，６’−トリメチルチロシン（Ｔｍｔ）及び２’−ヒドロキシ−６’−メチルチロシン（Ｈｍｔ）が含まれる。
（００８７） 一実施形態において、ペプチドは式：Ｔｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（本明細書ではＳＳ−０１と称する）を有する。ＳＳ−０１は、アミノ酸チロシン、アルギニン及びリジンが寄与する３の正味の正電荷を有し、またアミノ酸フェニルアラニン及びチロシンが寄与する２個の芳香族基を有する。ＳＳ−０１のチロシンは、式：２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（本明細書ではＳＳ−０２と称する）を有する化合物を生成するための、２’，６’−ジメチルチロシンにおけるようなチロシンの修飾された誘導体になり得る。
（００８８） 適切な実施形態において、Ｎ末端のアミノ酸残基はアルギニンである。このようなペプチドの例はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（本明細書においてはＳＳ−３１と称する）である。
（００８９） 別の実施形態において、Ｎ末端のアミノ酸はフェニルアラニン又はその誘導体である。幾つかの実施形態において、フェニルアラニンの誘導体には、２’−メチルフェニルアラニン（Ｍｍｐ）、２’，６’−ジメチルフェニルアラニン（Ｄｍｐ）、Ｎ，２’，６’−トリメチルフェニルアラニン（Ｔｍｐ）及び２’−ヒドロキシ−６’−メチルフェニルアラニン（Ｈｍｐ）が含まれる。このようなペプチドの例はＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（本明細書においてはＳＳ−２０と称する）である。一実施形態において、ＳＳ−０２のアミノ酸配列は、２’，６’−ＤｍｔがＮ末端にこないように再配列される。このような芳香族カチオン性ペプチドの例は、式：Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）を有する。
（００９０） 更に別の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、式：Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（本明細書においてはＳＳ−３０と称する）を有する。あるいは、Ｎ末端フェニルアラニンは、２’，６’−ジメチルフェニルアラニン（２’６’Ｄｍｐ）等のフェニルアラニンの誘導体になり得る。幾つかの実施形態において、ペプチドは、アミノ酸１位に２’，６’−ジメチルフェニルアラニンを含有する式を有し、また式：２’，６’−Ｄｍｐ−Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を有する。幾つかの実施形態において、ペプチドは、式：２’，６’−Ｄｍｐ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を有する。
（００９１） 本明細書で言及するペプチド及びそれらの誘導体には、機能的類似体を更に含めることができる。類似体が記載のペプチドと同じ機能を有するならば、ペプチドは機能的類似体と見なされる。この類似体は、例えば、１個以上のアミノ酸が別のアミノ酸で置換されたペプチドの置換変異体になり得る。ペプチドの適切な置換変異体には、保存的アミノ酸置換体が含まれる。アミノ酸は、以下のようにその物理化学的特性に応じて分類され得る。
（ａ）非極性アミノ酸：Ａｌａ（Ａ）、Ｓｅｒ（Ｓ）、Ｔｈｒ（Ｔ）、Ｐｒｏ（Ｐ）、Ｇｌｙ（Ｇ）、Ｃｙｓ（Ｃ）
（ｂ）酸性アミノ酸：Ａｓｎ（Ｎ）、Ａｓｐ（Ｄ）、Ｇｌｕ（Ｅ）、Ｇｌｎ（Ｑ）
（ｃ）塩基性アミノ酸：Ｈｉｓ（Ｈ）、Ａｒｇ（Ｒ）、Ｌｙｓ（Ｋ）
（ｄ）疎水性アミノ酸：Ｍｅｔ（Ｍ）、Ｌｅｕ（Ｌ）、Ｉｌｅ（Ｉ）、Ｖａｌ（Ｖ）
（ｅ）芳香族アミノ酸：Ｐｈｅ（Ｆ）、Ｔｙｒ（Ｙ）、Ｔｒｐ（Ｗ）、Ｈｉｓ（Ｈ）
（００９２） ペプチドにおけるアミノ酸の同じグループに属する別のアミノ酸による置換は保存的置換と称され、また元々のペプチドの物理化学的特徴を維持し得る。対照的に、ペプチドにおけるアミノ酸の異なるグループに属する別のアミノ酸による置換は、概して、元々のペプチドの特徴を変化させる傾向がより高い。本発明の実践に有用な非限定的な類似体例には、以下に限定するものではないが、表５の芳香族カチオン性ペプチドが含まれる。
Figure 2017120269
Figure 2017120269
Ｃｈａ＝シクロヘキシル
（００９３） ある状況下では、オピオイド受容体アゴニスト活性も有するペプチドを使用することが有利になり得る。本発明の実践で有用な類似体の例には、以下に限定するものではないが、表６の芳香族カチオン性ペプチドが含まれる。
Figure 2017120269
Figure 2017120269

Figure 2017120269

Figure 2017120269
Ｄａｂ＝ジアミノ酪酸
Ｄａｐ＝ジアミノプロピオン酸
Ｄｍｔ＝ジメチルチロシン
Ｍｍｔ＝２’−メチルチロシン
Ｔｍｔ＝Ｎ，２’，６’−トリメチルチロシン
Ｈｍｔ＝２’−ヒドロキシ，６’−メチルチロシン
ｄｎｓＤａｐ＝β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸
ａｔｎＤａｐ＝β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸
Ｂｉｏ＝ビオチン
（００９４） μ−オピオイド受容体アゴニスト活性を有するペプチドは、典型的には、チロシン残基又はチロシン誘導体をＮ末端（すなわち、アミノ酸１位）に有するペプチドである。チロシンの適切な誘導体には、２’−メチルチロシン（Ｍｍｔ）、２’，６’−ジメチルチロシン（２’６’−Ｄｍｔ）、３’，５’−ジメチルチロシン（３’，５−’Ｄｍｔ）、Ｎ，２’，６’−トリメチルチロシン（Ｔｍｔ）及び２’−ヒドロキシ−６’−メチルチロシン（Ｈｍｔ）が含まれる。
（００９５） μ−オピオイド受容体アゴニスト活性を有さないペプチドは一般に、Ｎ末端（すなわち、アミノ酸１位）にチロシン残基又はチロシンの誘導体を有さない。Ｎ末端のアミノ酸は、チロシン以外のいずれの天然の又は非天然のアミノ酸にもなり得る。一実施形態において、Ｎ末端のアミノ酸は、フェニルアラニン又はその誘導体である。フェニルアラニンの例示的な誘導体には、２’−メチルフェニルアラニン（Ｍｍｐ）、２’，６’−ジメチルフェニルアラニン（２’，６’−Ｄｍｐ）、Ｎ，２’，６’−トリメチルフェニルアラニン（Ｔｍｐ）及び２’−ヒドロキシ−６’−メチルフェニルアラニン（Ｈｍｐ）が含まれる。
（００９６） 表５、６のペプチドのアミノ酸は、Ｌ型又はＤ型のいずれかになり得る。
（００９７） 幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、少なくとも１個のアルギニン及び／又は少なくとも１個のリジン残基を含む。幾つかの実施形態において、アルギニン及び／又はリジン残基は電子受容体として働き、またプロトン共役電子伝達に関与する。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、ＳＳ−３１に存在するような「電荷−環−電荷−環」構成に至る配列を含む。加えて又は代替案として、幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、システイン、メチオニン等のチオール含有残基を含む。幾つかの実施形態において、チオール含有残基を含むペプチドは、電子を直接供与し、チトクロムｃを還元する。幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、ペプチドのＮ及び／又はＣ末端にヴィステイン（ｖｙｓｔｅｉｎｅ）を含む。
（００９８） 幾つかの実施形態において、ペプチド多量体を提供する。例えば、幾つかの実施形態において、二量体、例えばＳＳ−２０二量体：Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓを提供する。幾つかの実施形態において、二量体はＳＳ−３１二量体：Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2である。幾つかの実施形態において
、多量体は三量体、四量体及び／又は五量体である。幾つかの実施形態において、多量体は異なる単量体ペプチドの組み合わせを含む（例えば、ＳＳ−３１ペプチドに結合されたＳＳ−２０ペプチド）。幾つかの実施形態において、これらのより長い類似体は治療用分子として有用である並びに／又は本明細書で開示のセンサ、スイッチ及びコンダクタにおいて有用である。
（００９９） 幾つかの実施形態において、本明細書に記載の芳香族カチオン性ペプチドは全ての左旋性（Ｌ）アミノ酸を含む。
（０１００）ペプチド合成
ペプチドは、当該分野において周知のいずれの方法でも合成し得る。タンパク質の化学的な合成に適した方法には、例えば、Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｐｉｅｒｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（１９８４）及びＭｅｔｈｏｄｓ Ｅｎｚｙｍｏｌ．２８９，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９９７）にＳｔｕａｒｔ及びＹｏｕｎｇが記載したものが含まれる。
（０１０１） 酵素で分解されないようにペプチドを安定化する１つのやり方は、切断されるペプチド結合でのＬ−アミノ酸のＤ−アミノ酸での置換である。芳香族カチオン性ペプチド類似体は、既に存在しているＤ−Ａｒｇ残基に加えて１個以上のＤ−アミノ酸残基を含有して調製される。酵素による分解を防止する別のやり方は、ペプチドの１個以上のアミノ酸残基でのα−アミノ基のＮ−メチル化である。これが、いずれのペプチダーゼによるペプチド結合切断も防止する。例には、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ（ＮαＭｅ）−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ（ＮＭｅ）−ＮＨ2、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ（ＮαＭｅ）−Ｐｈｅ（ＮＭｅ）−ＮＨ2及びＨ−Ｄ−Ａｒｇ（ＮαＭｅ）−２’，６’−Ｄｍｔ（ＮＭｅ）−Ｌｙｓ（ＮαＭｅ）−Ｐｈｅ（ＮＭｅ）−ＮＨ2が含まれる。Ｎα−メチル化類似体は低水素結合能を有し、また改善された腸透過性を有することが期待できる。
（０１０２） 酵素で分解されないようにペプチドアミド結合（−ＣＯ−ＮＨ−）を安定化する代替のやり方は、還元アミド結合（Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］）でのその置換である。これは、固相ペプチド合成におけるＢｏｃ−アミノ酸−アルデヒドと成長するペプチド鎖のＮ末端アミノ酸残基のアミノ基との間の還元アルキル化反応で達成することができる。還元ペプチド結合は、還元水素結合能により改善された細胞透過性をもたらすと予測される。例には、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−ＬｙｓΨ［ＣＨ2−ＮＨ］Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］Ｌｙｓ−Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］Ｐｈｅ−ＮＨ2等が含まれる。
（０１０３）芳香族カチオン性ペプチドの予防的及び治療的使用
本明細書で使用の芳香族カチオン性ペプチドは、疾患の予防又は処置に有用である。具体的には、本開示では、本明細書に記載の芳香族カチオン性ペプチドを投与することによる、疾患のリスクにさらされている（すなわち罹患しやすい）被験体に処置をする予防的方法及び治療的方法の両方を提供する。したがって、この方法では、有効量の芳香族カチオン性ペプチドをそれを必要とする被験体に投与することにより被験体において疾患を予防及び／又は処置する。
（０１０４） 一態様において、本開示では、ミトコンドリア膜透過性遷移（ＭＰＴ）を経るミトコンドリアの数を減少させる又はそれを必要とする哺乳動物においてミトコンドリア膜透過性遷移を防止する方法を提供し、この方法は、哺乳動物に有効量の本明細書に記載の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを投与することを含む。別の態様において、本開示では、それを必要とする哺乳動物においてＡＴＰ合成速度を上昇させる方法を提供し、この方法は、哺乳動物に、有効量の本明細書に記載の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを投与することを含む。更に別の態様において、本開示では、それを必要とする哺乳動物において酸化的損傷を減少させる方法を提供し、この方法は、哺乳動物に有効量の本明細書に記載の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを投与することを含む。
（０１０５）酸化的損傷
上記のペプチドは、それを必要とする哺乳動物において酸化的損傷を減少させるのに有用である。酸化的損傷を減少させる必要がある哺乳動物は、酸化的損傷に関係した疾患、状態又は処置を被っている哺乳動物である。典型的には、酸化的損傷はフリーラジカル、例えば活性酸素種（ＲＯＳ）及び／又は活性窒素種（ＲＮＳ）によって引き起こされる。ＲＯＳ及びＲＮＳの例には、ヒドロキシルラジカル、スーパーオキシドアニオンラジカル、一酸化窒素、水素、次亜塩素酸(ＨＯＣｌ)及びペルオキシニトライトアニオンが含まれる。有効量の上記の芳香族カチオン性ペプチドの投与後に哺乳動物、取り出された臓器又は細胞における酸化的損傷の量が低下したならば、酸化的損傷は「減少した」とみなされる。典型的には、酸化的損傷がペプチドで処置していないコントロールの被験体と比較して少なくとも約１０％、少なくとも約２５％、少なくとも約５０％、少なくとも約７５％又は少なくとも約９０％低下したら、酸化的損傷が減少したとみなされる。
（０１０６） 幾つかの実施形態において、処置対象の哺乳動物は、酸化的損傷に関連した疾患又は状態を患っている哺乳動物になり得る。酸化的損傷は、哺乳動物のいずれの細胞、組織又は臓器でも起こり得る。ヒトにおいて、酸化的ストレスは数多くの疾患に関係している。例には、アテローム性動脈硬化、パーキンソン病、心不全、心筋梗塞、アルツハイマー病、統合失調症、双極性障害、脆弱Ｘ症候群及び慢性疲労症候群が含まれる。
（０１０７） 一実施形態において、哺乳動物は、酸化的損傷に関係した処置を受け得る。例えば、哺乳動物は再灌流を受け得る。再灌流とは、血流が減少している又は遮断されている臓器又は組織への血流の回復のことである。再灌流中の血流の回復は、呼吸性バースト及びフリーラジカルの発生につながる。
（０１０８） 一実施形態において、哺乳動物は、低酸素症又は虚血による血流の低下又は遮断を有し得る。低酸素症又は虚血中の血液供給の喪失又は血液供給量の著しい減少は、例えば、血栓塞栓性卒中、冠状動脈アテローム性硬化症又は末梢血管疾患に起因し得る。多数の臓器及び組織が虚血又は低酸素症を被りやすい。このような臓器の例には、脳、心臓、腎臓、腸及び前立腺が含まれる。影響を受ける組織は、典型的には筋肉、例えば心筋、骨格筋又は平滑筋である。例えば、心筋虚血又は低酸素症は一般にアテローム硬化性又は血栓性の血流遮断により引き起こされ、これは心臓動脈及び毛細血管による血液供給による心臓組織への酸素送達量の減少又は酸素送達の喪失につながる。このような心虚血又は低酸素症は患部である心筋の疼痛及び壊死を引き起こし得て、最終的には心不全につながり得る。
（０１０９） 本発明の方法は、任意の神経変性疾患又は状態に関係した酸化的損傷を減少させるのに使用することもできる。神経変性疾患は、中枢神経系及び末梢神経系の任意の細胞、組織又は臓器にも影響を与え得る。そのような細胞、組織又は臓器の例には、脳、脊髄、ニューロン、神経節、シュワン細胞、星状細胞、オリゴデンドロサイト及びミクログリアが含まれる。神経変性状態は、脳卒中又は外傷性脳損傷又は脊髄損傷等の急性の状態になり得る。別の実施形態において、神経変性疾患又は状態は、慢性の神経変性状態になり得る。慢性の神経変性状態において、フリーラジカルは例えばタンパク質に損傷を引き起こし得る。そのようなタンパク質の例はアミロイドβ-タンパク質である。フリーラジカルによる損傷に関係した慢性神経変性疾患の例には、パーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン病及び筋萎縮性側索硬化症（ルーゲーリッグ病としても知られる）が含まれる。
（０１１０） 処置することのできる他の状態には、子癇前症、糖尿病及び加齢の徴候及び加齢に関係した状態、例えば黄斑変性症、シワが含まれる。
（０１１１）ミトコンドリア膜透過性遷移
上記のペプチドは、ミトコンドリア膜透過性遷移（ＭＰＴ）に関係した疾患又は状態の処置において有用である。このような疾患又は状態には、以下に限定するものではないが、組織又は臓器の虚血及び／又は再灌流、低酸素症及び多数の神経変性疾患が含まれる。ＭＰＴの阻害又は防止が必要な哺乳動物は、これらの疾患又は状態を患っている哺乳動物である。
（０１１２）芳香族カチオン性ペプチドをベースとした治療薬の生物学的効果の判定
様々な実施形態において、適切なインビトロ又はインビボのアッセイを行うことによって特定の芳香族カチオン性ペプチド系治療薬の効果及びその投与が処置に適応があるか否かを判定する。様々な実施形態において、インビトロのアッセイを代表的な動物モデルで実施して、所定の芳香族カチオン性ペプチド系治療薬が疾患の予防又は処置において所望の効果を発揮するか否かを判定することができる。治療に使用する化合物は、ヒト被験体での試験に先立って適切な動物モデル系で試験することができ、この適切な動物モデル系には、以下に限定するものではないが、ラット、マウス、ニワトリ、ブタ、ウシ、サル、ウサギ等が含まれる。同様に、インビボの試験でも、当該分野で公知の動物モデル系のいずれをも、ヒト被験体への投与に先立って使用することができる。
（０１１３）予防方法
一態様において、本発明は、被験体において、被験体に、状態の惹起又は進行を防止する芳香族カチオン性ペプチドを投与することでその疾患を予防する方法を提供する。予防を目的とした用途においては、芳香族カチオン性ペプチドの医薬組成物又は薬物を、ある疾患又は状態を発症しやすい又はそのリスクがある被験体に、そのリスクを取り除く若しくは低下させる、重症度を低下させる又はその疾患の発症を遅らせるのに十分な量で投与する（疾患の生化学的、組織学的及び／又は行動上の症状、疾患の発症中に認められる合併症及び中間的な病理学的表現型を含む）。予防用の芳香族カチオン性ペプチドを、異常の特徴である症状が顕在化する前に投与することができ、これによって疾患又は障害が予防される、あるいはその進行が遅延する。適切な化合物は、上記のスクリーニングアッセイに基づいて決定することができる。
（０１１４）治療方法
本テクノロジーの別の態様には、治療を目的として、被験体において疾患を処置する方法が含まれる。治療を目的とした用途においては、組成物又は薬物を、このような疾患を疑われる又は既に患っている被験体に、その疾患の症状を治癒する又は少なくとも部分的にその進行を阻止するのに十分な量で投与する（疾患の発症中に認められる合併症及び中間的な病理学的表現型を含む）。
（０１１５）投与方法及び有効用量
細胞、臓器又は組織をペプチドと接触させるための当該分野で公知のいずれの方法も利用し得る。適切な方法には、インビトロ、エクスビボ又はインビボの方法が含まれる。インビボの方法には、典型的には、芳香族カチオン性ペプチド（上記のもの等）の哺乳動物、適切にはヒトへの投与が含まれる。治療を目的としてインビボで使用する場合は、芳香族カチオン性ペプチドを、被験体に有効量（すなわち、所望の治療効果を有する量）で投与する。用量及び投与レジメンは、被験体の損傷の程度、使用する特定の芳香族カチオン性ペプチドの特徴（例えば、その治療係数）、被験体及び被験体の既往歴に左右される。
（０１１６） 有効量は、前臨床試験及び臨床試験中に医師及び臨床家が精通している方法により決定され得る。本発明の方法において有用なペプチドの有効量を、医薬化合物を投与するための多数の周知の方法のいずれかによってそれを必要とする哺乳動物に投与し得る。ペプチドは、全身的に又は局所的に投与し得る。
（０１１７） ペプチドを、薬学的に許容可能な塩として処方し得る。用語「薬学的に許容可能な塩」は、哺乳動物等の患者／患畜への投与が許容可能な塩基又は酸から調製される塩を意味する（例えば、所定の投与レジメンについて許容可能な哺乳動物安全性を有する塩）。しかしながら、塩が薬学的に許容可能な塩である必要はないことがわかる（患者／患畜への投与を意図していない中間化合物の塩等）。薬学的に許容可能な塩は、薬学的に許容可能な無機又は有機塩基及び薬学的に許容可能な無機又は有機酸から誘導することができる。加えて、ペプチドが塩基性部分（アミン、ピリジン、イミダゾール等）及び酸性部分（カルボン酸、テトラゾール等）の両方を含有する場合、双生イオンが発生することがあり、また本明細書で使用の用語「塩」に含まれる。薬学的に許容可能な無機塩基から誘導される塩には、アンモニウム塩、カルシウム塩、銅塩、第二鉄塩、第一鉄塩、リチウム塩、マグネシウム塩、第二マンガン塩、第一マンガン塩、カリウム塩、ナトリウム塩及び亜鉛塩等が含まれる。薬学的に許容可能な有機塩基から誘導される塩には、置換アミン、環状アミン、天然アミン等を含めた一級、二級及び三級アミン（アルギニン、ベタイン、カフェイン、コリン、Ｎ，Ｎ’−ジベンジルエチレンジアミン、ジエチルアミン、２−ジエチルアミノエタノール、２−ジメチルアミノエタノール、エタノールアミン、エチレンジアミン、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ−エチルピペリジン、グルカミン、グルコサミン、ヒスチジン、ヒドラバミン、イソプロピルアミン、リジン、メチルグルカミン、モルホリン、ピペラジン（ｐｉｐｅｒａｚｉｎｅ）、ピペラジン（ｐｉｐｅｒａｄｉｎｅ）、ポリアミン樹脂、プロカイン、プリン、テオブロミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トロメタミン等）の塩が含まれる。薬学的に許容可能な無機酸から誘導される塩には、ホウ酸、カルボン酸、ハロゲン化水素酸（臭化水素酸、塩酸、フッ化水素酸、ヨウ化水素酸）、硝酸、リン酸、スルファミン酸及び硫酸の塩が含まれる。薬学的に許容可能な有機酸から誘導される塩には、脂肪族ヒドロキシル酸（例えば、クエン酸、グルコン酸、グリコール酸、乳酸、ラクトビオン酸、リンゴ酸、酒石酸）、脂肪族モノカルボン酸（例えば、酢酸、酪酸、ギ酸、プロピオン酸、トリフルオロ酢酸）、アミノ酸（例えば、アスパラギン酸、グルタミン酸）、芳香族カルボン酸（例えば、安息香酸、ｐ−クロロ安息香酸、ジフェニル酢酸、ゲンチジン酸、馬尿酸、トリフェニル酢酸）、芳香族ヒドロキシル酸（例えば、ｏ−ヒドロキシ安息香酸、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、１−ヒドロキシナフタレン−２−カルボン酸、３−ヒドロキシナフタレン−２−カルボン酸）、アスコルビン酸、ジカルボン酸（例えば、フマル酸、マレイン酸、シュウ酸、コハク酸）、グルコロン酸（ｇｌｕｃｏｒｏｎｉｃ）、マンデル酸、粘液酸、ニコチン酸、オロチン酸、パモ酸、パントテン酸、スルホン酸（例えば、ベンゼンスルホン酸、カンファースルホン酸、エジシル（ｅｄｉｓｙｌｉｃ）酸、エタンスルホン酸、イセチオン酸、メタンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ナフタレン−１，５−ジスルホン酸、ナフタレン−２，６−ジスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸）、キシナホン（ｘｉｎａｆｏｉｃ）酸等の塩が含まれる。幾つかの実施形態において、塩はアセテート塩である。加えて又は代替案として、他の実施形態において、塩はトリフルオロアセテート塩である。
（０１１８） 本明細書に記載の芳香族カチオン性ペプチドを、本明細書に記載の疾患を処置又は予防するために被験体に単体で又は組み合わせて投与する医薬組成物に組み入れることができる。このような組成物は、典型的には、活性薬剤及び薬学的に許容可能な担体を含む。本明細書で使用の用語「薬学的に許容可能な担体」には、医薬品の投与に適合した生理食塩水、溶媒、分散媒、コーティング、抗菌剤及び抗真菌剤、等張剤並びに吸収遅延剤等が含まれる。補助的な活性化合物も、組成物に組み入れることができる。
（０１１９） 医薬組成物を、典型的には、その意図している投与経路に適合するように製剤する。投与経路の例には、非経口（例えば、静脈内、皮内、腹腔内、皮下）、経口、吸入、経皮（局所）、眼内、イオン泳動及び経粘膜投与が含まれる。非経口、皮内又は皮下適用に使用する溶液又は懸濁液は、以下の成分を含むことができる：注射用水、生理食塩水、固定油、ポリエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール、他の合成溶媒等の無菌希釈剤、ベンジルアルコール、メチルパラベン等の抗菌剤、アスコルビン酸、重亜硫酸ナトリウム等の抗酸化剤、エチレンジアミン四酢酸等のキレート剤、アセテート、シトレート、ホスフェート等のバッファ及び塩化ナトリウム、デキストロース等の張性を調整するための剤。ｐＨは、酸又は塩基（塩酸、水酸化ナトリウム等）で調整することができる。非経口製剤は、ガラス又はプラスチック製のアンプル、使い捨てシリンジ又は複数回量バイアルに封入することができる。患者／患畜又は処置を行う医師にとって便利なように、投薬する製剤を、必要なもの全て（例えば、薬剤のバイアル、希釈剤のバイアル、シリンジ及び針）が入った、一連の処置（例えば、７日間の処置）用のキットとして提供することができる。
（０１２０） 注射に適した医薬組成物は、滅菌水溶液（水溶性の場合）又は分散液と、滅菌注射溶液又は分散液の即時調製用の滅菌粉末とを含み得る。静脈内投与に適した担体には、生理食塩水、静菌水、Ｃｒｅｍｏｐｈｏｒ ＥＬ（登録商標）（ＢＡＳＦ、パーシッパニー、ＮＪ）又はリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）が含まれる。すべてのケースにおいて、非経口投与用の組成物は無菌でなくてはならず、またシリンジでの投与が容易な程度に流動性であるべきである。組成物は、製造及び保管条件下で安定であるべきであり、また細菌、真菌等の微生物による汚染から保護されなくてはならない。
（０１２１） 芳香族カチオン性ペプチド組成物は担体を含み得て、この担体は、例えば水、エタノール、ポリオール（例えば、グリセロール、プロピレングリコール、液体ポリエチレングリコール等）及びこれらの適切な混合物を含有する溶媒又は分散媒になり得る。適切な流動性は、例えば、レシチン等のコーティングの使用、分散液の場合は必要とされる粒径の維持及び界面活性剤の使用によって維持することができる。微生物の活動は、様々な抗菌剤及び抗真菌剤、例えばパラベン、クロロブタノール、フェノール、アスコルビン酸、チオメラソール（ｔｈｉｏｍｅｒａｓｏｌ）等により防止することができる。グルタチオン及び他の抗酸化剤を含めることによって酸化を防止することができる。多くの場合、組成物中に、等張剤、例えば糖、多価アルコール（マンニトール、ソルビトール等）又は塩化ナトリウムを含めることが好ましい。吸収を遅らせる剤、例えばモノステアリン酸アルミニウム又はゼラチンを組成物に含めることによって、注射用組成物の吸収を持続性にすることができる。
（０１２２） 滅菌注射溶液は、必要量の活性化合物を、必要に応じて上で挙げた成分の１つ又は組み合わせと共に適切な溶媒に組み入れ、続いて濾過滅菌することによって調製することができる。一般に、分散液は、活性化合物を、基礎分散媒及び上で挙げたものの中で必要な他の成分を含有する滅菌ビヒクルに組み入れることによって調製される。滅菌注射溶液を調製するための滅菌粉末の場合、典型的な調製方法には、それまでは滅菌濾過溶液であったものから活性成分に所望の成分を追加したものの粉末が得られる真空乾燥及び凍結乾燥が含まれる。
（０１２３） 経口組成物は一般に、不活性な希釈剤又は可食性の担体を含む。治療薬を経口投与する場合、活性化合物を賦形剤と共に組み入れ、錠剤、トローチ又はカプセル（例えば、ゼラチンカプセル）の形態で使用することができる。マウスウォッシュとして使用するために、経口組成物を液状の担体を使用して調製することもできる。薬学的に適合性の結合剤及び／又はアジュバント材料を、組成物の一部として含めることができる。錠剤、丸薬、カプセル、トローチ等は、以下の成分又は同様の性質の化合物のいずれをも含むことができる：結晶セルロース、トラガカントガム、ゼラチン等の結合剤、デンプン、ラクトース等の賦形剤、アルギン酸、Ｐｒｉｍｏｇｅｌ、コーンスターチ等の崩壊剤、ステアリン酸マグネシウム、Ｓｔｅｒｏｔｅｓ等の滑沢剤、コロイド状二酸化ケイ素等のグライダント、スクロース、サッカリン等の甘味料又はペパーミント、サリチル酸メチル、オレンジ香料等の香料。
（０１２４） 吸入による投与の場合、化合物を、適切な噴射剤、例えば二酸化炭素等のガスの入った加圧容器若しくはディスペンサー又は噴霧器からエアゾールスプレーの形態で送達することができる。このような方法には、米国特許第６４６８７９８号明細書に記載のものが含まれる。
（０１２５） 本明細書に記載の治療用化合物の全身投与を、経粘膜的又は経皮的手段で行うこともできる。経粘膜的又は経皮的に投与する場合、透過すべき障壁に適した浸透剤を製剤で使用する。このような浸透剤は当該分野で一般に知られており、例えば、経粘膜投与の場合は、界面活性剤、胆汁酸塩及びフシジン酸誘導体が含まれる。経粘膜投与は、点鼻薬の使用を通じて達成することができる。経皮投与の場合、活性化合物を、当該分野において一般に知られている軟膏、膏薬、ゲル又はクリームに製剤する。一実施形態においては、経皮投与を、イオン泳動により実施し得る。
（０１２６） 治療用タンパク質又はペプチドを担体系中に処方することができる。この担体はコロイド系になり得る。このコロイド系は、リポソーム、リン脂質二重層ビヒクルになり得る。一実施形態においては、治療用ペプチドを、ペプチドの完全性を維持しながらリポソーム内に封入する。当業者ならば、リポソームの調製には様々な方法があることがわかる（Ｌｉｃｈｔｅｎｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．，Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ａｎａｌ．，３３：３３７−４６２（１９８８）、Ａｎｓｅｌｅｍ ｅｔ ａｌ．，Ｌｉｐｏｓｏｍｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ（１９９３）を参照のこと）。リポソーム製剤は、クリアランスを遅らせ、また細胞への取り込み量を上昇させることができる（Ｒｅｄｄｙ，Ａｎｎ．Ｐｈａｒｍａｃｏｔｈｅｒ．，３４（７−８）：９１５−９２３（２０００）を参照のこと）。活性薬剤を、以下に限定するものではないが、可溶性、不溶性、透過性、不透過性、生分解性又は胃内滞留性のポリマー又はリポソームを含む薬学的に許容可能な成分から調製された粒子に担持させることもできる。このような粒子には、以下に限定するものではないが、ナノ粒子、生分解性ナノ粒子、ミクロ粒子、生分解性ミクロ粒子、ナノ球体、生分解ナノ球体、ミクロスフィア、生分解性ミクロスフィア、カプセル、エマルション、リポソーム、ミセル及びウイルスベクター系が含まれる。
（０１２７） 担体は、ポリマー、例えば生分解性、生体適合性のポリマーマトリックスにもなり得る。一実施形態において、治療用ペプチドは、ポリマーマトリックスに、タンパク質の完全性を維持しながら埋め込むことができる。ポリマーは天然（ポリペプチド、タンパク質、多糖等）又は合成（ポリα−ヒドロキシ酸等）になり得る。例には、例えばコラーゲン、フィブロネクチン、エラスチン、酢酸セルロース、セルロースニトレート、多糖、フィブリン、ゼラチン及びこれらの組み合わせから作製される担体が含まれる。一実施形態において、ポリマーは、ポリ−乳酸（ＰＬＡ）又はコポリ乳酸／グリコール酸（ＰＧＬＡ）である。ポリマーマトリックスは、マイクロスフェア及びナノスフェアを含む多様な形態及びサイズで調製及び単離することができる。ポリマー製剤は、より長い治療効果持続時間をもたらすことができる（Ｒｅｄｄｙ，Ａｎｎ．Ｐｈａｒｍａｃｏｔｈｅｒ．，３４（７−８）：９１５−９２３（２０００）を参照のこと）。ヒト成長ホルモン（ｈＧＨ）のためのポリマー製剤が、臨床試験において使用されている（Ｋｏｚａｒｉｃｈ ａｎｄ Ｒｉｃｈ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ，２：５４８−５５２（１９９８）を参照のこと）。
（０１２８） ポリマーマイクロスフェア徐放性製剤の例は、ＰＣＴ公報である国際公開第９９／１５１５４号パンフレット（Ｔｒａｃｙら）、米国特許第５６７４５３４号明細書及び第５７１６６４４号明細書（共にＺａｌｅら）、ＰＣＴ公報である国際公開第９６／４００７３号パンフレット（Ｚａｌｅら）及びＰＣＴ公報である国際公開第００／３８６５１号パンフレット（Ｓｈａｈら）に記載されている。米国特許第５６７４５３４号明細書及び第５７１６６４４号明細書並びにＰＣＴ公報である国際公開第９６／４００７３号パンフレットには、塩による凝集に対して安定化されているエリスロポエチンの粒子を含有するポリマーマトリックスが記載されている。
（０１２９） 幾つかの実施形態において、治療用化合物は、治療用化合物が身体から速やかに排出されないように保護する担体と共に調製され、例えばインプラント及びマイクロカプセル化送達系を含めた徐放性製剤である。生分解性、生体適合性ポリマーを使用することができ、例えばエチレン酢酸ビニル、ポリ酸無水物、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリオルトエステル及びポリ乳酸である。このような製剤は、公知の技法を使用し調製することができる。材料は、例えばＡｌｚａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ及びＮｏｖａ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．からも商業的に入手可能である。リポソーム懸濁物（特定の細胞を標的とした、細胞特異性抗原に対するモノクローナル抗体のリポソームを含む）も、薬学的に許容可能な担体として使用することができる。これらは、例えば米国特許第４５２２８１１号明細書に記載されるような当業者に公知の方法に従って調製し得る。
（０１３０） 治療用化合物は、細胞内送達が強化されるように処方することもできる。例えば、リポソーム送達系が当該分野において公知であり、例えば、Ｃｈｏｎｎ ａｎｄ Ｃｕｌｌｉｓ，“Ｒｅｃｅｎｔ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｌｉｐｏｓｏｍｅ Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ，”Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ６：６９８−７０８（１９９５）、Ｗｅｉｎｅｒ，“Ｌｉｐｏｓｏｍｅｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ：Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，”Ｉｍｍｕｎｏｍｅｔｈｏｄｓ，４（３）：２０１−９（１９９４）及びＧｒｅｇｏｒｉａｄｉｓ，“Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌｉｐｏｓｏｍｅｓ ｆｏｒ Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ：Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ，”Ｔｒｅｎｄｓ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，１３（１２）：５２７−３７（１９９５）を参照のこと。Ｍｉｚｇｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ．，Ｃａｎｃｅｒ Ｌｅｔｔ．，１００：６３−６９（１９９６）には、インビボ及びインビトロの両方における、タンパク質を細胞に送達するための膜融合リポソームの使用が記載されている。
（０１３１） 治療薬の用量、毒性及び治療効率は、例えばＬＤ５０（集団の５０％に対して致死的である用量）及びＥＤ５０（集団の５０％において治療的に有効な用量）を求めるための細胞培養物又は実験動物を使用しての標準的な薬学的手順に従って求めることができる。毒性作用と治療効果との間の用量比は治療係数であり、比ＬＤ５０／ＥＤ５０として表現することができる。高い治療係数を示す化合物が好ましい。毒性の副作用を示す化合物も使用し得るが、このような化合物を患部組織部位に送達する送達系を設計する際は、未感染細胞への潜在的な損傷を最小限に抑えて副作用が減少するように注意を払うべきである。
（０１３２） 細胞培養アッセイ及び動物実験から得られたデータは、ヒトで使用する場合の用量範囲を割り出す際に利用することができる。そのような化合物の用量は、好ましくは、殆ど又は全く毒性を伴うことのないＥＤ５０を含む幅広い循環濃度内にある。用量は、採用する剤形及び利用する投与経路に応じてこの範囲内で異なり得る。この方法で使用するいずれの化合物であっても、治療有効量は、最初は細胞培養アッセイから推定することができる。用量は、細胞培養で求められたＩＣ５０（すなわち、症状の最大阻害の半分を達成する試験化合物の濃度）を含む循環血漿濃度範囲を達成するように動物モデルで割り出すことができる。このような情報を利用して、ヒトにおける有用な用量をより正確に決定することができる。血漿中のレベルは、例えば高速液体クロマトグラフィで測定し得る。
（０１３３） 典型的には、治療又は予防効果を得るのに十分な本発明の芳香族カチオン性ペプチドの有効量は、１日あたり体重１ｋｇあたり約０．０００００１−約１００００ｍｇである。好ましくは、用量は、１日あたり体重１ｋｇあたり約０．０００１−約１００ｍｇである。例えば、用量は、毎日、２日おき又は３日おきに１ｍｇ／ｋｇ体重又は１０ｍｇ／ｋｇ体重、あるいは毎週、２週間おき又は３週間おきに１〜１０ｍｇ／ｋｇの範囲内になり得る。一実施形態において、ペプチドの１回の用量は、体重１ｋｇあたり０．１−１００００μｇである。一実施形態において、担体中の芳香族カチオン性ペプチドの濃度は、送達される１ｍｌあたり０．２−２０００μｇである。例示的な治療レジメンは、１日あたり１回又は１週間あたり１回の投与を必要とする。治療を目的とした用途の場合、疾患の進行が遅くなる又は停止するまで、また好ましくは被験者が疾患の症状の部分的又は完全な改善を示すまで比較的高用量が比較的短い投与間隔で必要となる場合がある。その後、患者／患畜に、予防的レジメンを施すことができる。
（０１３４） 幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドの治療有効量を、標的組織において１０-12−１０-6モル、例えば約１０-7モルのペプチド濃度として定義し得る。この濃度を、０．０１−１００ｍｇ／ｋｇの全身用量又は体表面積による等価用量で送達し得る。投薬スケジュールを、連続投与（例えば、非経口注入、経皮投与）も含めた最も好ましくは毎日又は毎週の単回投与によって標的組織での治療濃度を維持するように最適化する。
（０１３５） 幾つかの実施形態においては、芳香族カチオン性ペプチドの投薬を、約０．００１−約０．５ｍｇ／ｋｇ／時間、適切には約０．０１−約０．１ｍｇ／ｋｇ／時間で行う。一実施形態においては、約０．１−約１．０ｍｇ／ｋｇ／時間、適切には約０．１−約０．５ｍｇ／ｋｇ／時間で行う。一実施形態においては、約０．５−約１０ｍｇ／ｋｇ／時間、適切には約０．５−約２ｍｇ／ｋｇ／時間で行う。
（０１３６） 当業者ならば、以下に限定するものではないが、疾患又は障害の重症度、治療歴、被験体の全身の健康状態及び／又は年齢並びに抱えているその他の疾患を含めた特定の要因が、被験体を効果的に処置するのに必要な用量及びタイミングに影響し得ることがわかる。更に、被験体を治療有効量の本明細書に記載の治療用組成物で処置することには１回限りの処置又は一連の処置を含めることができる。
（０１３７） 本発明の方法に従って処置する哺乳動物は、例えばヒツジ、ブタ、ウシ、ウマ等の家畜、イヌ、ネコ等の愛玩動物、ラット、マウス、ウサギ等の実験用動物を含めたいずれの哺乳動物にもなり得る。好ましい実施形態において、哺乳動物はヒトである。
（０１３８）電子伝達における芳香族カチオン性ペプチド
ミトコンドリアによるＡＴＰ合成は、ミトコンドリア内膜（ＩＭＭ）の電子伝達系（ＥＴＣ）を介した電子流によって推進される。この電子伝達系を流れる電子流は、一連の酸化／還元過程として表すことができる。電子は、電子供与体（ＮＡＤＨ又はＱＨ２）から一連の電子受容体（複合体Ｉ−ＩＶ）を経て最終的には末端電子受容体である分子酸素に受け渡される。ＩＭＭと緩く会合しているチトクロムｃ（ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ ｃ）は、複合体ＩＩＩとＩＶとの間で電子を伝達する。
（０１３９） ＥＴＣを通る電子を迅速にシャントすることは、電子の脱出及びフリーラジカル中間体の生成につながる短絡の防止にとって重要である。電子供与体と電子受容体との間での電子伝達（ＥＴ）速度はこれらの間の距離と共に指数関数的に低下し、超交換ＥＴは２０Åに制限される。遠距離ＥＴは、多段階電子ホッピング工程で達成することができ、供与体と受容体との間の距離全体を、より短い、すなわちより速い一連のＥＴステップに分割する。ＥＴＣにおいて、長距離にわたる効率的なＥＴは、ＦＭＮ、ＦｅＳクラスタ及びヘムを含めた、ＩＭＭに沿って戦略的に配置された補助因子によって支援される。Ｐｈｅ、Ｔｙｒ、Ｔｒｐ等の芳香族アミノ酸もまた、オーバーラップするπ電子雲を介したヘムへの電子伝達を促進することができ、このことはチトクロムｃについて具体的に示されている（実験例を参照のこと）。適切な酸化電位のアミノ酸（Ｔｙｒ、Ｔｒｐ、Ｃｙｓ、Ｍｅｔ）は、中間電子キャリアとして働く足掛かりとしての役割を果たし得る。加えて、Ｔｙｒのヒドロキシル基は、電子を運搬する際にプロトンを喪失し得て、Ｌｙｓ等の塩基性基が近くに存在することで、より一層効率的なプロトン共役型ＥＴがもたらされ得る。
（０１４０） ミトコンドリアを標的としたカタラーゼ（ｍＣＡＴ）の過剰発現は、マウスにおいて老化を改善し（例えば、症状を軽減する）、寿命を延ばすと判明している。これらの例によって、ミトコンドリアへの酸化ストレスを減少させ且つミトコンドリアの機能を保護することができる「新薬の開発につながるような（ｄｒｕｇｇａｂｌｅ）」化合物が同定される。ミトコンドリアは細胞内活性酸素種（ＲＯＳ）の主要発生源であるため、ミトコンドリアＤＮＡ、電子伝達系（ＥＴＣ）のタンパク質及びミトコンドリア脂質膜への酸化的損傷を抑制するために、ミトコンドリアに抗酸化物質を送達しなくてはならない。発明者は、ミトコンドリア内膜（ＩＭＭ）を選択的に標的とし、またミトコンドリア内膜に集まる合成芳香族カチオン性テトラペプチド類を発見した。これらのペプチドの幾つかは、一電子酸化を経て且つミトコンドリア標的抗酸化物質として挙動することができる酸化還元活性アミノ酸を含有する。本明細書で開示のペプチド、例えばペプチドＤ−Ａｒｇ−２’６’−Ｄｍｔ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2は、細胞及び動物での研究においてミトコンドリアＲＯＳを還元し、またミトコンドリアの機能を保護する。近年の研究は、このペプチドが、ミトコンドリアを標的としたカタラーゼの過剰発現で観察されるものに匹敵する、ミトコンドリアへの酸化ストレスからの保護を付与できることを示している。酸化ストレスの減少に最も一般的に用いられるアプローチはラジカル除去であるが、電子リークを減少させるための電子伝達の促進及び改善されたミトコンドリア還元電位を含め、利用することができる有望な機構は他にもある。
（０１４１） 多くの状況証拠が、正常な老化及び循環器疾患、糖尿病、神経変性疾患及びがんを含めた幾つかの主要な疾患によって引き起こされる結果の多くが酸化ストレスに起因するものであることを示している。酸化ストレスは一般に、酸化促進物質と抗酸化物質との不均衡として定義される。しかしながら、酸化的組織損傷の増加を裏付ける科学的な証拠は大量にあるものの、抗酸化物質を使用しての大規模な臨床研究で、これらの疾患における有意な健康上の恩恵は実証されていない。その理由の１つは、入手可能な抗酸化物質では酸化促進物質の産生部位に到達することができないからではないかと考えられる。
（０１４２） ミトコンドリア電子伝達系（ＥＴＣ）はＲＯＳの細胞内生産系であり、ミトコンドリアそれ自体が酸化ストレスに最も弱い。したがって、ミトコンドリアの機能の保護は、ミトコンドリアの酸化ストレスによって引き起こされる細胞死を防止するにあたっての必須条件となる。ペルオキシソーム（ｐＣＡＴ）ではなくミトコンドリアを標的としたカタラーゼ（ｍＣＡＴ）の過剰発現がもたらす恩恵は、ミトコンドリアを標的とした抗酸化物質が老化の悪影響を克服するのに必要であろうとの概念実証となった。しかしながら、ＩＭＭへの十分な量の化学的抗酸化物質の送達は依然として課題として残る。
（０１４３） あるペプチド類似体Ｄ−Ａｒｇ−２’６’−Ｄｍｔ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2は固有の抗酸化能力を有する。これは修飾されたチロシン残基が酸化還元活性であり、また一電子酸化を経ることができるからである。発明者は、このペプチドがＨ2Ｏ2、ヒドロキシルラジカル及びペルオキシニトライトを中和し、また脂質の過酸化を阻害できることを示した。このペプチドは、虚血／再灌流障害、神経変性疾患及びメタボリックシンドロームの動物モデルにおいてめざましい効力を実証してみせた。
（０１４４） ミトコンドリア標的ペプチドの設計には、以下の作用機序：（ｉ）過剰なＲＯＳを除去する、（ｉｉ）電子伝達の促進によりＲＯＳ産生を減少させる又は（ｉｉｉ）ミトコンドリア還元能を上昇させることの１つ以上を含め、またそれを強化する。ペプチド分子の利点は、ミトコンドリアを標的とするのに必要な芳香族カチオン性モチーフを保持しながらも酸化還元中心としての役割を果たし、電子伝達を促進し又はスルフィドリル基を増加させることができる天然又は非天然のアミノ酸を組み込み可能なことである。
（０１４５）電子及び光センシング用の芳香族カチオン性ペプチド
実施例で示すように、試料において、アミノ酸配列：Ｔｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）を含むペプチドを含めた本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチドの濃度を変化させることで、チトクロムｃの電気及びフォトルミネッセンス特性が変化する。具体的には、チトクロムｃに対する芳香族カチオン性ペプチド濃度を上昇させると、チトクロムｃの導電率及びフォトルミネッセンス効率が上昇する。芳香族カチオン性ペプチドの適切な濃度範囲には、以下に限定するものではないが、０−５００ｍＭ、０−１００ｍＭ、０−５００μｍ、０−２５０μｍ及び０−１００μｍが含まれる。
（０１４６） 導電率及びフォトルミネッセンス効率におけるこれらの変化は、後述するように導電、センシング、スイッチング及び／又はチトクロムｃからの発光の強化に利用することができる。例えば、チトクロムｃ、芳香族カチオン性ペプチド及び／又はペプチドドープチトクロムｃを使用して、センサ、圧力／温度／ｐＨ電流間トランスデューサ、発光トランジスタを含めた電界効果トランジスタ、発光デバイス（ダイオード、ディスプレイ等）、バッテリ及び太陽電池を作製及び／又は強化することができる。また、芳香族カチオン性ペプチド濃度レベル（例えば、チトクロムｃ中）を空間的に変化させることによって、異なるバンドギャップを有する領域を作り出すことができ、バンドギャップにおけるこのような差を用いることによって、上記のセンサ、トランジスタ、ダイオード及び太陽電池に組み込んでその性能を強化することができるヘテロ接合、量子井戸、グレーデッドバンドギャップ領域等を形成することができる。
（０１４７）芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃセンサ
図８は、本明細書で開示のペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）のいずれかをドープしたチトクロムｃの層１１０の導電率（抵抗）における変化を測定することによって試験基板１３０のｐＨ及び／又は温度における変化を検出するセンサ例１００を示す。基板１３０の温度及び／又はｐＨが変化するにつれて、芳香族カチオン性ペプチドがペプチドドープチトクロムｃ層１１０内外に拡散し、これがペプチドドープチトクロムｃ層１１０の導電率の変化を引き起こす。計測器１２０は、アノード１２２及びカソード１２４を介してチトクロムｃ層１１０に電位（電圧）を印加することによって導電率における変動を測定する。導電率が上昇すると、アノード１２２とカソード１２４との間を流れる電流が増加する。導電率が低下すると、アノード１２２とカソード１２４との間を流れる電流が減少する。代替案のセンサは、より高感度で抵抗を測定するために追加の電気端子（すなわち、アノード及びカソード）を含み得る。例えば、代替案のセンサは、抵抗をケルビン検出により測定するために４個の電気端子を含み得る。
（０１４８） 図９は、ペプチドドープチトクロムｃ層１１０のフォトルミネッセンスにおける変化を測定することで試験基板１３０のｐＨ及び／又は温度における変化を検出する代替案のセンサ１０１を示す。光源１４０（レーザー又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等）はペプチドドープチトクロムｃ層１１０を、５３２．８ｎｍ等の励起波長で照らす。図３Ａに示すように、励起波長でペプチドドープチトクロムｃ層１１０を照らすと、価電子帯から励起状態へと電子が励起される（当業者ならばわかるように、価電子帯と励起状態との間のギャップは、励起波長に比例する）。短い緩和時間後、電子は伝導帯へと励起状態から減衰する。電子が価電子帯へと伝導帯から緩和すると、ペプチドドープチトクロムｃ層１１０は、価電子帯と伝導帯との間のギャップによって決定される６５０ｎｍ等のルミネッセンス波長で光子を放出する。
（０１４９） 図３Ｂに示すように、（光源１４０からの）一定の励起強度の場合にチトクロムｃから放出される光の強度は、芳香族カチオン性ペプチド濃度と共に非線形的に変化し、芳香族カチオン性ペプチド濃度を０μＭから５０μＭに上昇させると、ルミネッセンス波長での発光強度が約４２００ＣＰＳから約４９００ＣＰＳに上昇し、芳香族カチオン性ペプチド濃度を５０μＭから１００μＭに２倍にすると、ルミネッセンス波長での発光強度は約４９００ＣＰＳから約７０００ＣＰＳに上昇する。したがって、ペプチドドープチトクロムｃ層１１０における芳香族カチオン性ペプチド濃度が試験基板１３０のｐＨ及び／又は温度の変化により変動するにつれて、ルミネッセンス波長での強度も変動する。強度におけるこの変化を光検出器１５０で検出することによって、試験基板１３０のｐＨ及び／又は温度の指標が得られる。
（０１５０） 幾つかのケースにおいて、芳香族カチオン性ペプチド濃度における変化は、ルミネッセンス発光の強度における変化の代わりに又はそれに加えてルミネッセンス発光波長における変化を引き起こし得る。発光波長におけるこれらの変化は、ペプチドドープ層１１０と検出器１５０との間に配置したフィルタ１５２で放出された光をフィルタすることで検出することができる。フィルタ１５２は通過帯域内の光を透過し、また通過帯域外の光を反射及び／又は吸収する。ｐＨ及び／又は温度によりペプチド濃度が変化して発光波長が通過帯域外となると、ペプチド濃度における変化を求めるのに利用できる効果である光を検出器１５０は検出しない。あるいは、芳香族カチオン性ペプチドによって引き起こされるルミネッセンス波長における変化は、フィルタしていない光のスペクトルを例えば光検出器１５０の代わりに光スペクトル分析器（図示せず）で分析することで測定することができる。
（０１５１） 当業者ならば、本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチド、例えばペプチドＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）も、光学的に及び／又は電気的に刺激されたチトクロムｃから放出される光の波長の強化及び／又は調節に使用できることがわかる。例えば、チトクロムｃをペプチド濃度１００μＭでドープすると、図３Ｂに示すように、６５０ｎｍで放出される光の強度はほぼ二倍になる。このため、図９のセンサ１０１も、高輝度発光素子として使用することができる。半導体ＬＥＤ及びディスプレイとは異なり、ペプチドドープチトクロムｃをベースとした高輝度発光素子は、任意の形状でフレキシブル基板上に形成し得る。加えて、ペプチド濃度を、所望のレベル及び／又は波長の照明が得られるように設定することができる。
（０１５２） チトクロムｃ、芳香族カチオン性ペプチド及び／又はペプチドドープチトクロムｃを使用して作製したセンサは、圧力、温度、ｐＨ、印加電場及び／又は導電率に影響する他の性質における変化の検出に使用することができる。例えば、センサ１００、１０１を使用して、チトクロムｃ中の芳香族カチオン性ペプチドの濃度に影響する圧力の変化を検出することができる。圧力変化によって芳香族カチオン性ペプチドがチトクロムｃ中に拡散するにつれて、導電率及び／又は発光強度は上昇し、またその逆も同様である。チトクロムｃ中のペプチド濃度に影響する温度及びｐＨにおける変化は同様の結果を生み出す。チトクロムｃ中のペプチド濃度を変化させる電磁場等の印加電場もまた、測定される導電率、発光強度及び発光波長を変化させる。
（０１５３） 芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃセンサを使用して、本明細書で開示するように生物学的及び／又は化学的活性を検知することもできる。例えば、例示のセンサを使用して、芳香族カチオン性ペプチド及び／又はチトクロムｃに結合し且つペプチドドープチトクロムｃの電気及びルミネッセンス特性を変化させる他の分子及び／又は原子を同定し得る。幾つかのケースにおいては、単一のペプチド分子、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）の分子をドープしたチトクロムｃの単一の分子は、チトクロムｃ分子に結合する又はチトクロムｃ分子から離れる芳香族カチオン性ペプチドによって引き起こされる圧力、温度、ｐＨ、印加電場等における小さな変動を検出でき得る。酵素学的分析（例えば、グルコース及びラクテートアッセイ）、ＤＮＡ解析（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応、ハイスループットシーケンシング）及びプロテオミクス解析を含むがこれらに限定されない応用例において上記の特性のいずれかを検出するために、単一分子センサ（及び／又は多分子センサ）を規則的な（例えば、周期的）又は不規則なアレイに配置し得る。
（０１５４）マイクフルイディクスにおける芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ
加えて、ペプチドドープチトクロムｃセンサを、マイクロフルイディック及びオプトフルイディックデバイスで使用して例えば圧力、温度、ｐＨ、印加電場等における変動を、ハイブリッド生物学的／化学的／電子的プロセッサで使用するために、電流及び／又は電圧に変換することができる。また、米国特許出願公開第２００９／０２０１４９７号、米国特許出願公開第２０１０／００６０８７５号及び米国特許出願公開第２０１１／００３９７３０号（各文献は参照により本明細書に全て組み込まれる）の明細書に記載されるもの等のマイクロフルイディック及びオプトフルイディックデバイスにおいて使用することができる。
（０１５５） オプトフルイディクスとは、マイクロメートルからナノメートルスケールでの流体を使用した光の操作又はその逆のことである。マイクロ流体の操作を活用することによって、流体の光学特性を精確且つ自由自在に制御してソリッドステートテクノロジーでは実行が困難又は不可能な再構成可能な光学部品を実現することができる。加えて、ミクロ／ナノスケールでの流体の独特の挙動は、光を使用して流体を操作できる可能性を生み出した。芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃをベースとしたオプトフルイディックデバイスの応用例には、以下に限定するものではないが、適応光学素子、微小共振器を使用した検出、流体導波管、蛍光マイクロフルイディック光源、ナノフォトニクスとマイクロフルイディクスとの統合、顕微分光法、マイクロフルイディック量子ドットバーコード、非線形光学用途向けのマイクロフルイディクス、オプトフルイディック顕微法、再構成可能なフォトニクス／オンチップ分子検出器用のオプトフルイディック量子カスケードレーザー、ナノ粒子カクテルを使用した光メモリ及び統合されたオプトフルイディック用途向けの試験管マイクロキャビティレーザーが含まれる。
（０１５６） 芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃを含むセンサをマイクロフルイディックプロセッサで使用することによって、流量変化による圧力の変動を、上述したような慣用の電気的検出器及び光検出器で容易に検出可能な電気及び／又は光信号における変動に変換することができる。ペプチドドープチトクロムｃトランスデューサを使用して、チューナブルマイクロレンズアレイを含めたマイクロフルイディックポンプ、プロセッサ及び他のデバイスを制御することができる。
（０１５７）スイッチ及びトランジスタ用の芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ
芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃを電気又は光スイッチ、例えば図１０に図示のスイッチ２０１として又はそれにおいて使用することもできる。このスイッチ２０１は、芳香族カチオン性ペプチド２００、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）の入った、チトクロムｃ又はペプチドドープチトクロムｃ１１０と導管２２１及びチャネル２１０を介して流体連通している貯留部２２０を含む。運転時、導管２２１を開放するとペプチド２００が方向２１２に向かってチャネル２１０へと流れる。チャネル２１０とチトクロムｃ１３０との間の境界を隔てて温度及び／又はｐＨ勾配を作り出すことによってスイッチ２０１を作動させる。勾配の方向に応じて、ペプチド２００はチトクロムｃ１３０内外へと拡散し、これによって上述したように導電率及びフォトルミネッセンス特性が変化する。ペプチド濃度の変動による導電率の変化を用いて、アノード２２２とカソード２２４との間の電流を調節することができる。
（０１５８） 図１０に図示のスイッチ２０１は有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）として働き、チャネル２１０とチトクロムｃ１３０との間の境界を隔てた温度及び／又はｐＨ勾配に対応する「場（ｆｉｅｌｄ）」における変化に応答して電流を調節する。各トランジスタは、チトクロムｃチャネル層又は芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃチャネル層、ゲート、ソース及びドレインを含む。チャネル層は下方基板上に配置される。ソース及びドレインはチャネル層の上に配置され、それぞれチャネル層の２つの両サイドと接触する。ゲートはチャネル層の上に配置され、ソースとドレインとの間に位置決めされる。上記の有機エレクトロルミンセントデバイスは、チャネル層経由でソースから出力された電流を受け取り、また電流の大きさに応じて発光するためにドレインに電気的に接続される。
（０１５９） 慣用のトランジスタと比較すると、本発明のトランジスタは（ペプチドドープチトクロムｃＯＦＥＴ等）は、製造が単純なものになり得る。慣用の無機トランジスタでは高温（例えば、５００−１０００℃）が必要だが、ＯＦＥＴは室温−２００℃で作製することができる。ＯＦＥＴは、熱に弱いプラスチック基板上にさえ形成することができる。ＯＦＥＴは、軽量で薄く柔軟性のあるデバイス素子の実現に使用することができるため、これらはフレキシブルディスプレイ、センサ等の多様な独特のデバイスに使用することができる。
（０１６０） ＯＦＥＴを使用して、デジタル信号処理に必要な基礎論理演算を実装することができる。例えば、トランジスタを使用して、連結することでデジタル信号を処理することができる、ＮＯＴゲート、ＮＯＲゲート等の（非線形）論理ゲートを作り出すことができる。ペプチドドープチトクロムｃトランジスタを、エミッタフォロワ（例えば、電圧調整用）、電流源、カウンタ、アナログ／デジタル変換等を含むがこれらに限定されない応用例、またコンピュータネットワーキング、ワイヤレスコミュニケーション（例えば、ソフトウェア無線）等向けの処理等の汎用コンピューティング及び特定用途向け処理の両方で使用することができる。トランジスタの更なる応用例については、Ｐ．Ｈｏｒｏｗｉｔｚ ａｎｄ Ｗ．Ｈｉｌｌ’ｓ“Ｔｈｅ Ａｒｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”を参照のこと。文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。
（０１６１） トランジスタは、ある特性（例えば、ｐＨ）における小さな変化を別の特性（例えば、導電率）における大きな変化に翻訳することによって信号を増幅させることもできる。当然のことながら、増幅は、ワイヤレス（無線）伝送、音響再生及び（アナログ）信号処理を含めた多様な用途に使用することができる。ペプチドドープチトクロムｃトランジスタは、演算増幅器（オペアンプ）の作製に使用することもでき、反転増幅器、非反転増幅器、フィードバックループ、振動子等に使用される。有機トランジスタについて更に知りたい場合は、米国特許第７７９５６１１号、米国特許第７７６８００１号、米国特許第７１２６１５３号及び米国特許第７８１６６７４号の明細書を参照のこと。各文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。
（０１６２）ランダムアクセスメモリ用の芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ
チトクロムｃ及び／又は本明細書で開示するような芳香族カチオン性ペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）をドープしたチトクロムｃをベースとしたトランジスタは、デジタルコンピューティングで使用するための情報を保存するスタティック又はダイナミックランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等のメモリの実装に使用することもできる。当然のことながら、６個のトランジスタを連結して、定期的なリフレッシュを必要とすることなく１ビットの情報を保存するスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）セルを形成することができる。チトクロムｃ及び／又は芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃをベースとしたトランジスタは他のタイプのメモリの実装にも使用することができ、デジタルコンピューティング用のダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）が含まれる。当然のことながら、ＲＡＭを使用して、上述したもの等の用途向けのデジタルコンピューティングを行うことができる。
（０１６３） ペプチドドープチトクロムｃトランジスタを、慣用のトランジスタを集積回路に形成するようにプログラマブルな又は事前にプログラムした生物学的アレイに形成し得る。ペプチド活性によるチトクロムｃの導電率（抵抗率）における変化が十分に高いと、トランジスタ例（スイッチ）を単一ペプチド分子をドープした単一チトクロムｃ分子から形成することができる。単一分子チトクロムｃトランジスタのアレイを形成することによって、素晴らしく小さく、高密度な論理回路を作り出すことができる。
（０１６４）発光トランジスタ用の本発明の芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ
チトクロムｃ及び／又は本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）をドープしたチトクロムｃを有機発光トランジスタ（ＯＬＥＴ）の作製に使用することもでき、これはより安価なデジタルディスプレイ及びコンピュータチップ上の高速スイッチング光源につながり得る。ＯＬＥＴをベースとした光源は、ダイオードよりはるかに速く切り替えを行い、またその平面的な設計により、コンピュータチップ上により容易に集積させ得て、銅線より速くデータをチップで伝送することができる。より高い効率の鍵となるのは三層構造であり、薄膜が互いに積層されている。電流は上層及び下層を水平に流れ（一方は電子を輸送し、他方は正孔を輸送する）、中央の層に入り込むキャリアは再結合し、光子を放出する。チャネルにおける接合領域の位置はゲート及びドレインの電圧に左右されるため、発光領域を調節することができる。
（０１６５） 図１６に示すＯＬＥＴ等のＯＬＥＴ例は、インジウムスズ酸化物でコーティングした透明（例えば、ガラス）な基板上に構築し得て、これが一般的な誘電体であるポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）の層をコーティングしたトランジスタのゲートとして働く。電子輸送物質（例えば、ペプチドドープチトクロムｃ）の膜、発光物質の膜及び正孔輸送物質を含み得る多層有機構造体をＰＭＭＡ上に堆積させる。最後に、金属コンタクトを有機構造体の最上部に堆積させることによってソース及びドレインを設ける。ＯＬＥＴの光は、ＯＬＥＤの場合のようにコンタクトを上に抜けるのではなく発光層に沿ってストライプとして放出される。発光層の形状を変化させて放射光を光ファイバ、導波管及び他の構造体に結合し易くすることができる。
（０１６６） ２００３年にＨｅｐｐらが開発した有機発光トランジスタ（ＯＬＥＴ）は単極Ｐ型モードで動作し、また金のドレイン電極（電子注入）近くで緑色のエレクトロルミネッセンスを生み出す。しかしながら、Ｈｅｐｐのデバイスの発光領域は、単極動作モードのため調節することができなかった。ＯＬＥＴの量子効率を改善するためには平衡両極性輸送がおおいに望ましく、また単一成分のトランジスタ及びヘテロ構造のトランジスタの両方にとって重要である。
（０１６７） 両極性ＯＬＥＴは、正孔輸送物質及び電子輸送物質（ペプチドドープチトクロムｃ等）のヘテロ構造をベースとし得る。両極性ＯＬＥＴの光強度は、ドレイン／ソース電圧及びゲート電圧の両方で制御することができる。同じ材料（例えば、ペプチドドープチトクロムｃ）をベースとしたＯＬＥＴのキャリア移動度及びエレクトロルミネッセンス特性は、２つの成分の比を変化させることで調節することができる。正孔輸送物質の濃度が高くなると非発光両極性ＦＥＴとなり、ペプチドドープチトクロムｃの濃度（又はチトクロムｃ中のペプチド濃度）が高くなると、発光単極性ｎチャネルＦＥＴとなり得る。
（０１６８） ２成分層構造をベースとしたＯＬＥＴは、正孔輸送物質と電子輸送物質とを順に堆積させることで実現することができる。モルホロジー分析では２つの有機膜間の連続的な界面が示され、これは界面の質及びＯＬＥＴの得られるオプトエレクトロニクス特性の制御に極めて重要である。連続的な堆積工程中に基板の傾斜角を変化させることにより、トランジスタチャネル内側にオーバーラップするｐ−ｎヘテロ構造を閉じ込めることができる。発光領域（すなわち、オーバーラップ領域）は正孔及び電子ソース電極から離しておかれ、金属電極での励起子及び光子のクエンチングを回避している。ＯＬＥＴは別のヘテロ構造でも実現することができ、ＯＬＥＤを備えた縦型コンビネーション静電誘導トランジスタ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｓｔａｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、トップゲート静電誘導トランジスタ又は三極管に類似したトップゲートタイプのＯＬＥＴ及び横方向に配列されたヘテロ接合構造及びダイオード／ＦＥＴハイブリッドを有するＯＬＥＴが含まれる。有機発光トランジスタについての更なる詳細は、Ｍｅｎｇらの米国特許第７７９１０６８号、Ｋｉｄｏらの米国特許第７６３３０８４号の明細書に記載されていて、各文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。
（０１６９） 代替案として又は加えて、芳香族カチオン性ペプチド濃度を利用して、チトクロムｃ１１０が放出する光の強度及び／又は波長を調節することができる。芳香族カチオン性ペプチド濃度の適切な範囲には、以下に限定するものではないが、０−５００ｍＭ、０−１００ｍＭ、０−５００μｍ、０−２５０μｍ及び０−１００μｍが含まれる。実際に、図３Ｂに示す発光強度における非線形的な変化は、ペプチドドープチトクロムｃ１１０がバイナリ（デジタル）スイッチングによく適していることを示し、ペプチド濃度が既定の閾値、例えば５０μＭを下回ると、発光強度は所定のレベル、例えば５０００ＣＰＳを下回る。芳香族カチオン性ペプチド濃度が閾値、例えば１００μＭを超えると、発光強度は例えば約７０００ＣＰＳに跳ね上がる。この非線形挙動を利用して、チトクロムｃ１１０並びに／又はチトクロムｃ１１０と熱及び／若しくは流体連通している層若しくは物質のｐＨ又は温度における対応する変化を検出する又はそれに対応することができる。
（０１７０）発光ダイオード及びエレクトロルミネッセントディスプレイ用の芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ
チトクロムｃ及び／又は本明細書で開示されるような芳香族カチオン性ペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）をドープしたチトクロムｃを、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びエレクトロルミネッセントディスプレイで使用することができる。ＯＬＥＤは多様な消費者製品、例えば時計、電話、ノートパソコン、ポケットベル、携帯電話、デジタルビデオカメラ、ＤＶＤプレーヤー及び電卓において有用である。ＯＬＥＤを備えたディスプレイには、慣用の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に勝る数多くの利点がある。ＯＬＥＤ系のディスプレイはバックライトを必要としないため濃黒色レベルを表示し、また視野角が広くても比較的高いコントラスト比を達成することができる。また、重量があって電力消費量が多いバックライトを必要とするＬＣＤより薄く、より効率よく明るくなり得る。これらの特徴が組み合わさる結果、ＯＬＥＤディスプレイは、ＬＣＤディスプレイより軽量且つコンパクトである。
（０１７１） ＯＬＥＤは、典型的には、図１７に示すように、２個の電極（アノード及びカソード）の間に挟まれた発光素子を含む。この発光素子は典型的には薄い有機層の積層体を含み、積層体は、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層を含む。ＯＬＥＤは追加の層も備え得て、例えば正孔注入層及び電子注入層である。チトクロムｃ発光層に芳香族カチオン性ペプチド（及びおそらくは他のドーパントも）をドープすることで、ＯＬＥＤのエレクトロルミネッセンス効率を上昇させ、また色出力を制御することができる。ペプチドドープチトクロムｃは、電子輸送層としても使用することができる。
（０１７２） ＯＬＥＤにおいて、芳香族カチオン性ペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）をドープしたチトクロムｃ層を、少なくとも一方が透明な２個の電極の間にコーティング（例えば、スピンコーティング）する又は堆積させる。例えば、ＯＬＥＤ系のディスプレイを、剛性基板及びフレキシブル基板の両方を含めた適切な基板上にスクリーン印刷、インクジェットプリンタでの印刷又はロール蒸着（ｒｏｌｌ−ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により堆積し得る。典型的な基板は、電磁スペクトルの可視領域において少なくとも部分的に透過性である。例えば、透明基板（及び電極層）は、電磁スペクトルの可視領域（４００ｎｍ−７００ｎｍ）において光に対して少なくとも３０％、あるいは少なくとも６０％、あるいは少なくとも８０％の透過率を有し得る。基板の例には、以下に限定するものではないが、ケイ素、二酸化ケイ素の表面層を有するケイ素、ガリウムヒ素等の半導体材料、石英、石英ガラス、酸化アルミニウム、セラミック、ガラス、金属箔、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル等のフルオロカーボンポリマー、ナイロン等のポリアミド、ポリイミド、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（エチレン２，６−ナフタレンジカルボキシレート）等のポリエステル、エポキシ樹脂、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンが含まれる。
（０１７３） 典型的には、基板の少なくとも一方の面に第１電極をコーティングし、この第１電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明材料又は他の適切な材料になり得る。第１電極層は、ＯＬＥＤにおいてアノード又はカソードとして機能することができる。アノードは、典型的には、高仕事関数（＞４ｅＶ）の金属、合金又は酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、アルミニウムドープ酸化亜鉛等の金属酸化物、ニッケル、金から選択される。カソードは、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ等の低仕事関数（＜４ｅＶ）の金属、上述したような高仕事関数（＞４ｅＶ）の金属、合金又は金属酸化物、あるいは低仕事関数の金属と高又は低仕事関数を有する少なくとも１種の他の金属との合金、例えばＭｇ−Ａｌ、Ａｇ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｌｉ、Ｉｎ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｃａになり得る。ＯＬＥＤの作製においてアノード及びカソード層を堆積させる方法、例えば蒸着、同時蒸着、ＤＣマグネトロンスパッタリング、ＲＦスパッタリングは当該分野において周知である。
（０１７４） チトクロムｃ及び／又は芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ層を含めた活性層を透明電極にコーティングすることで発光素子を形成する。発光素子は正孔輸送層及び発光／電子輸送層を含み、正孔輸送層及び発光／電子輸送層は直接互いに積層され、正孔輸送層は後述する硬化ポリシロキサンを含む。発光素子の向きはＯＬＥＤにおけるアノード及びカソードの相対位置に左右される。正孔輸送層はアノードと発光／電子輸送層との間に位置し、発光／電子輸送層は正孔輸送層とカソードとの間に位置する。正孔輸送層の厚さは２−１００ｎｍ、あるいは３０−５０ｎｍになり得る。発光／電子輸送層の厚さは２０−１００ｎｍ、あるいは３０−７０ｎｍになり得る。
（０１７５） ＯＬＥＤディスプレイは、パッシブマトリックス又はアクティブマトリックスアドレス指定スキームで駆動することができ、共に周知である。例えば、ＯＬＥＤディスプレイパネルはアクティブマトリックスピクセル配列及び幾つかの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含み得て、それぞれは（上述したような）ペプチドドープチトクロムｃトランジスタとして実装され得る。アクティブマトリックスピクセルアレイは、活性層を備えた基板の間に配置される。アクティブマトリックスピクセルアレイは幾つかのピクセルを含む。各ピクセルは、第１走査線及びその隣接する第２走査線、また第１データ線及びその隣接する第２データ線によって規定され、共に下方基板に配置される。ピクセルの非表示領域内側に配置されたＴＦＴは対応する走査及びデータ線に電気的に接続される。走査及びデータ線でピクセルのＴＦＴを切り替えると対応するピクセルがオンになる（すなわち、発光する）。
（０１７６） 加えて、活性層（例えば、チトクロムｃ及び／又はペプチドドープチトクロムｃ）をほぼ任意の形状及びサイズに配列し、また任意の形状にパターニングすることができる。また、更にドープすることで特定の波長の光を発生させ得る。有機発光ダイオード及び有機発光ディスプレイについての更なる詳細は、米国特許第７３５８６６３号、米国特許第７８４３１２５号、米国特許第７５５０９１７号、米国特許第７７１４８１７号及び米国特許第７５３５１７２号の明細書に記載されていて、各文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。
（０１７７）ヘテロ接合用の芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ
チトクロムｃ活性層における芳香族カチオン性ペプチドの濃度レベルもまた、ヘテロ接合を得るための空間及び／又は時間の関数として変動し得て、ヘテロ接合とは、米国特許第７８９７４２９号明細書（参照により全て本明細書に組み込まれる）に記載されるような、異なるエネルギーギャップの２種の半導体材料間の界面であり、図１８、１９の光電池に図示される。芳香族カチオン性ペプチド濃度の適切な範囲には、以下に限定するものではないが、０−５００ｍＭ、０−１００ｍＭ、０−５００μＭ、０−２５０μＭ及び０−１００μＭが含まれる。例えば、ヘテロ接合を用いて、ＯＬＥＤ及び他のデバイスにおけるより強い発光のための多重量子井戸構造を作り出すことができる。ｐ型及びｎ型の結晶性の薄膜の活性層で構成された有機ヘテロ接合トランジスタが高導電率であると発見されてから、有機ヘテロ接合はますます注目を浴びている。無機ヘテロ接合において形成される空乏層とは対照的に、電子及び正孔蓄積層は、有機ヘテロ接合界面の両側で観察することができる。高導電率のヘテロ接合膜を、電荷注入バッファ層及びタンデムダイオード用の接続ユニットとして使用することができる。両極性トランジスタ及び発光トランジスタ（上述のもの）は、有機ヘテロ接合膜を活性層として使用して実現することができる。
（０１７８） 有機ヘテロ構造をＯＬＥＤ（上述のもの）、ＯＦＥＴ（上述のもの）及び有機光電池（ＯＰＶ）（後述のもの）において使用してデバイスの性能を改善することができる。典型的な２層ＯＬＥＤ構造において、有機ヘテロ接合は開始電圧を低下させ、また照明効率を改善する。有機ヘテロ接合を用いて有機光電池の電力変換効率を、単層セルの１０倍に改善することもできる。印加される電圧に応じてデバイスチャネルにおいて電子及び正孔の両方を蓄積及び輸送することを必要とする両極性ＯＦＥＴ（上述のもの）を、活性層としてペプチドドープチトクロムｃを含めた有機ヘテロ構造を導入することで実現することができる。有機ヘテロ構造は、有機電子デバイスの継続的な開発において重要な役割を有する。
（０１７９） 有機ヘテロ構造をＯＦＥＴにおけるバッファ層として使用して電極と有機層との間の接触を改善することもできる。例えば、チトクロムｃ及び／又はペプチドドープチトクロムｃの薄層を電極と半導体層との間に挿入することができ、より良好なキャリア注入及び向上した移動度が得られる。高導電率の有機ヘテロ接合（例えば、芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃの使用による）をＯＦＥＴにおけるバッファ層として使用して金属と有機半導体との間の接触を改善することもでき、これによって電界効果移動度が改善される。ペプチドドープチトクロムｃをベースとした他のヘテロ構造を使用してＯＦＥＴ、有機光電池における電気的接触を改善することができ、また積層有機光電池及びＯＬＥＤにおいて接続ユニットとして使用することができる。
（０１８０） 有機ヘテロ構造の導入はデバイスの性能を著しく改善し、また多くの応用例において新しい機能を可能にした。例えば、有機ヘテロ接合の両側にある電子及び正孔蓄積層を観察したところ、ヘテロ接合界面での相互作用がキャリアの再分布及びバンド曲がりにつながる恐れがあることが示唆される。有機ヘテロ接合のこの両極性輸送挙動は、ＯＬＥＤ ＦＥＴを高量子効率で作製できる可能性を提示している。ペプチドドープチトクロムｃ製のヘテロ構造を含めた有機ヘテロ構造のバッファ層としての応用により、有機層と金属電極との間の接触を改善することも論じられる。有機半導体における電荷輸送は多くの要因の影響を受け、この概説では意図的にドープしたｎ型及びｐ型有機半導体の使用を強調していて、主にバンド輸送挙動を示す結晶性有機膜から構成される有機ヘテロ接合を検討している。
（０１８１） 概して、ＯＦＥＴは蓄積モードで動作する。正孔蓄積モードＯＦＥＴにおいては、例えば、ソース電極（接地されている）に対して負の電圧をゲートに印加すると、正電荷（正孔）の形成が絶縁層近くの有機層で引き起こされる。印加したゲート電圧が閾値電圧（ＶT）を超えると、誘起正孔が伝導チャネルを形成し、電流がドレインからソースまで、ソース電極に相対してドレイン電極に印加された電位バイアス（ＶDS）下で流れる。ＯＦＥＴにおけるチャネルは移動性の自由な正孔を有し、閾値電圧は、伝導チャネルの形成を引き起こすのに必要な最低ゲート電圧である。したがって、ＯＦＥＴは蓄積モードで又は「ノーマリーオフ」型のデバイスとして動作する。しかしながら、場合によっては、ＯＦＥＴはゼロゲート電圧下でオープンチャネルを有し得て、これはデバイスをオフにするためには反対のゲート電圧が必要であることを意味する。したがって、これらのデバイスは「ノーマリーオン」又は「空乏モード」トランジスタと称される。
（０１８２） ノーマリーオン型ＣｕＰｃ／Ｆ16ＣｕＰｃヘテロ接合トランジスタの場合の伝導チャネルにおける電荷キャリアタイプは、底層半導体（絶縁体近くの有機層）に左右される。電荷の蓄積はバルクから界面へのｐ型の材料における上方向のバンド曲がり及びｎ型材料における下方向のバンド曲がりにつながり得て、慣用の無機ｐ−ｎ接合のケースとは異なる。自由電子及び正孔は無機ヘテロ接合膜において共存し得ることから、ゲート電圧に応じて有機ヘテロ接合膜が電子又は正孔を輸送することは可能である。実際、膜厚及びデバイス構成の最適化後に、両極性輸送挙動が観察されている。
（０１８３） 平面ヘテロ接合におけるキャリア輸送はヘテロ接合界面に平行であり、ＯＦＥＴの場合と同様であり、ヘテロ接合膜の導電率を直接反映している。２層構造のダイオードの導電率は単層のデバイスの約１０倍高くなり得て、またヘテロ接合の形成に使用するチトクロムｃ層における芳香族カチオン性ペプチドの濃度の変更により更に強化され得る。芳香族カチオン性ペプチド濃度の適切な範囲には、以下に限定するものではないが、０−５００ｍＭ、０−１００ｍＭ、０−５００μｍ、０−２５０μｍ及び０−１００μｍが含まれる。ノーマリーオン型ＯＦＥＴの場合、誘起電子及び正孔は膜中で伝導チャネルを形成し、これが高導電率につながる。界面の粗さが大きいことによる導電率の低下は、上述したようにペプチドドーピング濃度を変化させることで補うことができる。
（０１８４） ｎ型及びｐ型半導体における誘起電子及び正孔はヘテロ接合界面で空間電荷領域を形成し、ｐ型半導体からｎ型半導体へのビルトイン電場がもたらされ得る。このような電場の発生は縦型構造のダイオードの電子特性で明らかとなる。縦型ヘテロ接合ダイオードでは正の電位バイアス下では小さい電流、負のバイアス下では大きい電流が発生する。無機ｐ−ｎダイオードとは対照的に、有機ヘテロ接合ダイオードは逆整流特性を示し得る。正のバイアスはバンド曲がりを強め、またキャリア流を制限するが、負のバイアス下では、印加された電場はビルトイン電場に対抗し、ポテンシャル障壁が低下する。したがって、バンド曲がりは負のバイアス下では弱まり、接合を流れる電流が支援される。
（０１８５） 有機ヘテロ接合界面の両側での電荷キャリア蓄積によって、ＯＦＥＴの閾値電圧をシフトさせるのに使用できるビルトイン電場が作り出される。ｎチャネル有機ヘテロ接合トランジスタにおいては、例えば、閾値電圧はｎ型層におけるトラップ密度と相関関係にある。誘起電子はトラップを埋めることができる。したがって、一定のｎ型層厚の条件下、閾値電圧は、電子密度の上昇と共に低下する。ニュートラルな条件下では、ｐ型層における誘起正孔の数はＮ型層のものに等しく、ｐ型層厚と共に飽和方向に増加する。したがって、有機ヘテロ接合トランジスタの閾値電圧は、ｐ型層の厚さを上昇させることで低下させることができる。電荷蓄積厚は、ｐ型層厚を上昇させても閾値電圧が変化しなくなった地点から推測することができる。
（０１８６） ヘテロ接合を構成している２種の半導体の仕事関数間の差は、空間電荷領域における様々な電子状態につながる。半導体ヘテロ接合は、このヘテロ接合を形成している２種の半導体の導電型によっても分類される。２種の半導体が同じ導電型を有する場合、接合はアイソタイプヘテロ接合と称され、異なる導電型を有するものはアンアイソタイプヘテロ接合として知られる。電子及び正孔は、２種の成分のフェルミ準位における差によりアンアイソタイプヘテロ接合の両側で同時に蓄積、欠乏させることができる。ｐ型半導体の仕事関数がｎ型半導体のものより大きい場合（φp＞φn）、電子及び正孔の空乏層がヘテロ接合の両側に存在し、空間電荷領域は不動の負及び正のイオンから構成される。このタイプのヘテロ接合は空乏ヘテロ接合として知られ、慣用のｐ−ｎホモ接合を含め、殆どの無機ヘテロ接合はこの種のヘテロ接合に属する。
（０１８７）バッテリ用の芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ
チトクロムｃ及び／又は芳香族カチオン性ペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）等をドープしたチトクロムｃを使用してバッテリの内部抵抗を低下させることもでき、これにより放電中、バッテリをほぼ定電圧に維持することが可能になる。当該分野では理解されるように、バッテリは、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するデバイスである。これには多数のボルタ電池が含まれ、それぞれアニオン及びカチオンを含有する伝導性電解質によって直列に接続された２個の半電池を含む。一方の半電池は電解質及びアニオン（負に帯電したイオン）が移動する電極、すなわちアノード又は負電極を含み、もう一方の半電池は電解質及びカチオン（正に帯電したイオン）が移動する電極、すなわちカソード又は正電極を含む。バッテリに電力を供給する酸化還元反応において、カチオンはカソードで還元され（電子が付加される）、アニオンはアノードで酸化される（電子が除去される）。電極は互いには接触しないが、電解質によって電気的に接続されている。電解質が異なる２個の半電池を使用する電池もある。半電池を隔てるセパレータはイオンが流れるのは許すが、電解質が混ざるのは防止する。
（０１８８） 各半電池は、電池の内側から外側に電流を駆動するその能力によって決定される起電力（又はｅｍｆ）を有する。電池の正味のｅｍｆは、その半電池のｅｍｆ間の差である。したがって、電極がｅｍｆを有するならば、半反応の還元電位間の差。ペプチドドープチトクロムｃを使用して電流を電池の内側から外側に可変又は既定の導電率で送って、用途に応じてｅｍｆ及び／又は充電時間を増加（又は低下）させることができる。
（０１８９） 電池端子間の電気的駆動力は端子電圧（差）として知られ、ボルトで測定される。充電も放電もしていない電池の端子電圧は開回路電圧と称され、電池のｅｍｆに等しい。内部抵抗のため、放電している電池の端子電圧は開回路電圧よりも大きさにおいて小さく、充電している電池の端子電圧は開回路電圧を超える。理想電池は内部抵抗が殆どないため、使い切るまで一定の端子電圧を維持し、続いてゼロとなる。実際の電池では、放電時に内部抵抗が上昇し、開回路電圧も放電時は低下する。電圧及び抵抗を時間に対してプロットすると、得られるグラフは典型的には曲線を描き、この曲線の形状は用いる化学反応及び内部の配置によって変化する。より高い性能を得るために、チトクロムｃ及び／又は芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃを使用してバッテリの内部抵抗を低下させることができる。有機バッテリについての更なる詳細は、例えば米国特許第４５８５７１７号明細書を参照のこと。この文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。
（０１９０）単一分子ペプチドドープチトクロムｃバッテリ
チトクロムｃの単一分子を分子バッテリとして使用することもでき、分子バッテリの充電及び／又は放電時間を１種以上の芳香族カチオン性ペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2、（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）で調節することができる。本明細書に記載するように、チトクロムｃは、荷電酸素及び窒素原子とは膜の反対側に炭素及び硫黄を有する膜タンパク質である。荷電酸素及び窒素で覆われた領域は水系環境を好み、膜の両面から飛び出している。この配列はチトクロムｃによって果たされる役割にとって完璧であり、酸素から水への反応を分子ポンプの動力源として使用する。酸素が消費されるにつれて、水素イオンを膜の片側からもう一方側に送り出すことでエネルギーが蓄積される。後に、このエネルギーを使用してＡＴＰを作り上げたり、あるいは水素イオンに膜を浸透させ戻すことでモータに動力を供給することができる。
（０１９１）光電池（太陽電池）用の芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ
有機光電池（ＯＰＶ）は、価格設定における大きな崩壊、芸術的外観、また低光量条件下でのめざましい効率を約束する。ＯＰＶ材料はまたフレキシブル且つ形によくフィットする。ＯＰＶは潜在的に様々な材料の周囲に巻き付けることができ、あるいはペイントすることさえできる。現在のＯＰＶ効率は５％−６．２５％である。これらの効率は慣用の発電形態に置き換わるに十分なものではないものの、ＯＰＶは、半導体太陽電池の高コストを考えると、著しく高い効率を必要とはしない用途に適している。例えば、オフィス、自宅又は会議室という環境のような低光量条件下、連続的なトリクル充電設定で携帯電話を充電するのに光電池を使用することができる。
（０１９２） 図１８、１９に示すような光電池は、ずっと低い温度（２０−２００℃）でのより単純な加工であることから、無機セルより組み立てがより安価且つ容易でもある。例えば、有機染料及び液体電解質と共に二酸化チタンを使用した電気化学太陽電池は既に６％の電力変換効率を超え、またその比較的低い製造コストのおかげで市場に進出しようとしている。ＯＰＶは室温の溶液からフレキシブル基板上へと単純且つそれゆえに安価な堆積法（スピンコーティング、ブレードコーティング等）を用いて加工することもできる。考えられ得る用途は、例えば残額を表示することができるスマートプラスチックカード（クレジットカード、デビットカード、電話カード等）に電力を供給するための小型の使い捨て太陽電池から大面積スキャナ又は医用画像化における光検出器及び平らではない表面上での太陽光発電用途にわたり得る。
（０１９３） ＯＰＶセル（ＯＰＶＣ）は、光吸収及び電荷輸送に有機エレクトロニクス、例えばチトクロムｃ及び／又は芳香族カチオン性ペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）をドープしたチトクロムｃを使用する光電池である。ＯＰＶＣは可視光を直流電流（ＤＣ）に変換する。幾つかの光電池は、赤外線（ＩＲ）又は紫外線（ＵＶ）をＤＣに変換することもできる。活性層（例えば、ペプチドドープチトクロムｃ）のバンドギャップがＯＰＶＣの吸収帯を決定する。
（０１９４） これらの有機バンドギャップ材料が光子を吸収すると、励起状態が作り出され、この光子を吸収する分子又はその分子のある領域に閉じ込められる。励起状態は、静電的相互作用により互いに結合した電子正孔対とみなすことができる。光電池において、励起子は、有効場により自由電子／正孔対に解体される。有効場は、２種の異なる材料間にヘテロ接合を作り出すことで設けられる。有効場は、吸収体の伝導帯から受容体分子の伝導帯へと電子を落下させることで励起子を解体する。受容体材料が、吸収体材料の伝導帯端より低い伝導体端を有することが必要である。
（０１９５） 単層ＯＰＶＣは、有機電子材料（例えば、チトクロムｃ及び／又は芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ）の層を２種の金属コンダクタ、典型的には高仕事関数のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の層及びＡｌ、Ｍｇ又はＣａ等の低仕事関数金属の層で挟むことで作製することができる。これら２種のコンダクタ間の仕事関数の差が、有機層に電場を作り出す。この有機層が光を吸収すると、電子が伝導帯へと励起され、価電子帯に正孔が残り、励起子が形成される。異なる仕事関数によって作り出される電位は励起子対を分離して電子をカソードへ、正孔をアノードに引っ張るのに役立つ。この過程で得られる電流及び電圧を仕事に使用することができる。
（０１９６） 実際には、単層ＯＰＶＣは低量子効率（＜１％）及び低電力変換効率（＜０．１％）を有する。単層ＯＰＶＣが抱える大きな問題は、２種の導電性電極間の差から生じる電場が、光で発生した励起子を解体するのに十分なことが殆どない点である。多くの場合、電子は、電極に到達するのではなく正孔と再結合する。
（０１９７） 有機ヘテロ接合を用いて、ＯＰＶＣの性能を強化するためのビルトイン電場を形成することができる。ヘテロ接合は、導電性電極間に２種以上の異なる層を組み込むことで実装される。これら２種以上の材料層は、例えばペプチド濃度により電子親和力及びイオン化エネルギーにおいて差を有し、これが２層間の界面に静電力を生じさせる。この差が十分に大きくなるように正しく材料を選択すると、これらの局所電場が強力になり、単層光電池よりもはるかに効率的に励起子を解体し得る。高電子親和力（例えば、高ペプチドドーピング濃度）及び高イオン化ポテンシャルを有する層は電子受容体であり、もう一方の層は電子供与体である。この構造は、平面供与体／受容体ヘテロ接合とも称される。
（０１９８） 電子供与体及び受容体を混合してバルクヘテロ接合ＯＰＶＣを形成することができる。ブレンドした供与体及び受容体の長さスケールが励起子拡散距離と同様の場合、いずれかの材料中で発生した励起子の大部分は界面に到達し得て、ここで励起子は効率的に解体される。電子は受容体ドメインに移動し、次にデバイス内を運搬され、一方の電極で収集され、正孔は反対方向に引っ張られてもう一方の側で収集される。
（０１９９） 有機光電池に関わる難点には、無機光起電力デバイスと比較して、主として有機材料の大きなバンドギャップに起因するその低量子効率（約３％）が含まれる。酸化、還元に対する不安定さ、再結晶化及び温度の変動もまた、時間の経過に伴うデバイスの劣化及び性能の低下につながり得る。その発生程度は組成が異なるデバイスごとに異なり、積極的な研究が行われている分野である。他の重要な因子には励起子拡散距離、電荷分離及び電荷収集並びに電荷輸送及び移動度が含まれ、これらは不純物の存在の影響を受ける。有機光電池に関する更なる詳細については、例えば米国特許第６６５７３７８号、米国特許第７６０１９１０号及び米国特許第７７８１６７０号の明細書を参照のこと。各文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。
（０２００）例示的な芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃの薄膜応用例 電子機器分野の当業者ならば十分に理解できるように、上記のどのデバイスも、材料の薄層を堆積、成長又は別の形で設けて適当な構造を形成することで作製することができる。例えば、トランジスタ、ダイオード及び光電池用のヘテロ接合は、異なるバンドギャップエネルギーを有する材料の層を互いに隣接させて又は層状に堆積させることで形成することができる。層状薄膜構造を形成することに加えて、図１９（ａ）、１９（ｂ）に示すように、異種材料混合物を堆積することで異なるバンドギャップを有する有機材料を混合して様々な空間構成のヘテロ接合を形成することができる。このような異種混合物には、以下に限定するものではないが、チトクロムｃ、芳香族カチオン性ペプチド及び様々なレベルの芳香族カチオン性ペプチド（以下に限定するものではないが、Ｔｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）、Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）が含まれる）をドープしたチトクロムｃの混合物が含まれる。芳香族カチオン性ペプチドレベルの実例には、以下に限定するものではないが、０−５００ｍＭ、０−１００ｍＭ、０−５００μＭ、０−２５０μＭ及び０−１００μＭが含まれ得る。これらの薄膜を使用し、例えば導電率を上昇させる及び／又は電極での熱放散を減少させることで慣用の電子機器の性能を強化することもできる。
（０２０１） 上述したように、供与体／受容体有機材料の分散ヘテロ接合は、平面ヘテロ接合と比較して高い量子効率を有する。これは励起子がその拡散距離内で界面を見つける可能性がより高いからである。膜のモルホロジーもまた、デバイスの量子効率に劇的な効果を有し得る。粗い表面及びボイドの存在は、直列抵抗及び短絡の可能性を上昇させ得る。膜のモルホロジー及び量子効率は、厚さ約１０００Åの金属カソードでデバイスを覆った後にデバイスをアニールすることで改善することができる。有機膜上の金属膜は有機膜に応力を印加し、これは有機膜における形態緩和の防止に役立つ。これによってより高密度な膜が得られ、同時に有機薄膜のバルク内部で相分離相互侵入供与体／受容体界面が形成される。
（０２０２） ヘテロ接合を制御成長させることで、供与体／受容体材料の位置をより良好に制御することができ、この結果、平面且つ著しく方向が狂ったヘテロ接合よりもはるかに高い電力効率（出力と入力の比）が得られる。これは電荷分離が供与体受容体界面で起きるからである。電荷が電極に移動するにつれ、電荷は無秩序な相互侵入有機材料において捕捉され得る及び／又は再結合し得て、この結果、デバイス効率が低下する。適切な処理パラメータを選択して構造及び膜のモルホロジーをより良好に制御することで、望ましくない時期尚早な捕捉及び／又は再結合を軽減する。
（０２０３）芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃの堆積
チトクロムｃ、芳香族カチオン性ペプチド又は芳香族カチオン性ペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）若しくはＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）をドープしたチトクロムｃを含む光電池及び他の用途向けの有機膜は、スピンコーティング、気相堆積及び米国特許第６７３４０３８号、米国特許第７６６２４２７号及び米国特許第７７９９３７７号明細書に記載の方法で堆積させ得て、各文献は参照により全て本明細書に組み込まれる。スピンコーティング技法を用いて高速で広い表面積をコーティングすることができるが、ある層に溶媒を使用すると既に存在しているポリマー層が劣化する場合がある。スピンコーティングした材料を別のパターニングステップでパターニングしなくてはならない。
（０２０４） 図２０（ａ）に示すような真空熱蒸着（ＶＴＥ）は、有機材料を真空下で加熱することを伴う堆積技法である。基板をソースから数センチ離して置くと、蒸発した材料が基板上に直接堆積され得る。ＶＴＥは、異なる層間での化学相互反応を伴うことなく異なる材料の数多くの層を堆積するのに有用である。
（０２０５） 図２０（ｂ）に示すような有機気相堆積（ＯＶＰＤ）では、真空熱蒸着より良好に膜の構造及びモルホロジーを制御することができる。ＯＰＶＤは、不活性なキャリアガスの存在下、基板上で有機材料を蒸発させることを伴う。得られる膜のモルホロジーは、ガス流量及びソース温度を変更することで変更することができる。均一な膜は、キャリアガス圧力を低下させることで成長させることができ、これによってガスの速度及び平均自由行程が上昇し、その結果、境界層厚さが低下する。ＯＶＰＤで製造したセルは、チャンバの壁から発生するフレークによる汚染問題に悩まされることがなく、これは壁が温かく、分子の壁への付着及び壁上での膜の形成を許さないからである。成長パラメータに応じて（例えば、ソースの温度、キャリアガスのベース圧力及び流束等）、堆積した膜は天然で結晶性又はアモルファスになり得る。ＯＶＰＤを用いて作製したデバイスは、ＶＴＥを用いて作製したデバイスのものより高い短絡電流密度を示す。セルの最上部にある供与体／受容体ヘテロ接合の付加層は励起子をブロックし得て、同時に電子を伝導し、この結果、セル効率が改善される。
（０２０６）効率を上昇させるために例示的な芳香族カチオン性ペプチドをドープしたチトクロムｃ
上述したように、例示的な芳香族カチオン性ペプチド、例えばＴｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０１）、２’，６’−Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−０２）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）又はＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）を使用して導電率を上昇させることができる。その結果として、例示的な芳香族カチオン性ペプチドを使用して、（廃）熱エネルギー生産時の損失をより少なくして電流を伝導することができる。この効果を利用して、バッテリを動力とするデバイス（家庭用電化製品等）及びより大型の電力系統（電力伝送用途におけるもの等）において動作寿命を延ばすことができる。廃熱の発生を減少させることで冷却の必要性も低下し、更に効率が上昇し、また本発明の芳香族カチオン性ペプチドをドープした導電性材料（チトクロムｃ等）を動力源とする電子機器の寿命が延びる。
（０２０７）チトクロムｃバイオセンサ用途向けの芳香族カチオン性ペプチド
本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチドを使用してチトクロムｃバイオセンサにおける電子流を強化し、またその感度レベルを上昇させ得る。実施例で示すように、本明細書で開示のペプチド、例えばＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2はチトクロムｃの還元を増進させ（図１）、またチトクロムｃを流れる電子流を増加させる（図２）。
（０２０８） チトクロムｃは、電気化学的観点から有望なバイオセンサ候補である。しかしながら、ヘムと裸電極との間での電子伝達は通常、緩慢である。あるいは、小さいメディエータを使用して酸化還元活性中心と電極との間の電子伝達を間接的に促進し得る。加えて又は代替案として、直接電子伝達法を用い得て、これにより酸化還元活性酵素が電極表面に直接固定される。例えば、ｐＨ７で正に帯電し且つヘム端を取り囲む多数のＬｙｓ残基を含有するチトクロムｃは、例えば自己集合性のカルボキシ末端アルカンチオールにより作り出される負に帯電した表面に吸着する。幾つかの実施形態において、＋１５０ｍＶの定電位で、チトクロムｃ電極はｎＭ濃度範囲でスーパーオキシドに感受性である。
（０２０９） 幾つかの態様において、本開示では、チトクロムｃバイオセンサの感度を上昇させる方法及び組成物を提供する。幾つかの実施形態において、チトクロムｃバイオセンサは、本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチドの１種以上を含む。幾つかの実施形態において、ペプチドドープチトクロムｃは、バイオセンサ内で酸化還元活性酵素と電極との間のメディエータとして働く。幾つかの実施形態において、ペプチドドープチトクロムｃは、バイオセンサの電極上に直接固定される。幾つかの実施形態において、ペプチドはバイオセンサ内でチトクロムｃに結合される。他の実施形態において、ペプチドはチトクロムｃに結合されない。幾つかの実施形態において、ペプチド及び／又はチトクロムｃはバイオセンサ内の表面に固定される。他の実施形態において、ペプチド及び／又はチトクロムｃはバイオセンサ内で自由に拡散可能である。幾つかの実施形態において、バイオセンサは、ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2及び／又はＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。
（０２１０） 図１１はバイオセンサ内での電子流を示し、芳香族カチオン性ペプチド及びチトクロムｃは酸化還元活性酵素から電極までの電子流のメディエータとして働く。連続的な酸化還元反応において、電子は基質３００から酸化還元活性酵素３１０へと、酵素３１０からペプチドドープチトクロムｃ３２０へと、またペプチドドープチトクロムｃ３２０から電極３３０へと伝達される。
（０２１１） 図１２は、芳香族カチオン性ペプチド及びチトクロムｃが電極上に直接固定されているバイオセンサ内での電子流を示す。連続的な酸化還元反応において、電子は基質３４０から酸化還元活性酵素３５０へと、また酵素３５０からペプチドドープチトクロムｃが固定された電極３６０へと伝達される。
（０２１２）環境汚染物質の生物的環境浄化における芳香族カチオン性ペプチド
本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチドは、環境汚染物質の生物的環境浄化に有用である。特に、このペプチドは、生物的環境浄化反応の速度及び／又は効率を上昇させるのに有用であり、ここで細菌ｃチトクロムは電子の環境汚染物質への伝達を仲介し、これによってその物質の原子価を変化させ、その相対毒性を低下させる。本明細書で開示の方法において、芳香族カチオン性ペプチドは細菌ｃチトクロムと相互作用し、また電子伝達を促進する。一態様において、芳香族カチオン性ペプチドは細菌ｃチトクロムの還元を促進する。別の態様において、ペプチドは、細菌ｃチトクロムを通る電子拡散を強化する。別の態様において、ペプチドは、細菌ｃチトクロムにおいて電子容量を強化する。別の態様において、ペプチドは、細菌チトクロムのヘム基周囲で電子拡散に有利に働く新規なπ−π相互作用を引き起こす。最終的には、芳香族カチオン性ペプチドの細菌ｃチトクロムとの相互作用が、環境汚染物質の異化的還元を増進及び／又は強化する。
（０２１３） 一態様において、本開示は、環境汚染物質を生物的環境浄化するための方法及び組成物を提供する。概して、この方法は、環境汚染物質を含有する試料を、生物的環境浄化組成物と、試料中に存在する特定の汚染物質の異化的還元を促す条件下で接触させることを含む。概して、この生物的環境浄化組成物は、本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチドの１種以上を発現する組み換え細菌を含む。
（０２１４） 幾つかの実施形態において、本明細書に記載の生物的環境浄化組成物は、外因性核酸から本明細書で開示の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現する組み換え細菌を含む。幾つかの実施形態において、核酸はこのペプチドをコードする。幾つかの実施形態において、このペプチドをコードしている核酸は、細菌形質転換を通じて細菌によって取り込まれるプラスミドＤＮＡに担持される。本明細書に記載の方法で使用し得る細菌発現プラスミドの例には、以下に限定するものではないが、ＣｏｌＥ１、ｐＡＣＹＣ１８４、ｐＡＣＹＣ１７７、ｐＢＲ３２５、ｐＢＲ３２２、ｐＵＣ１１８、ｐＵＣ１１９、ＲＳＦ１０１０、Ｒ１１６２、Ｒ３００Ｂ、ＲＫ２、ｐＤＳＫ５０９、ｐＤＳＫ５１９及びｐＲＫ４１５が含まれる。
（０２１５） 幾つかの実施形態において、生物的環境浄化組成物は、安定したゲノムインサートから本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチドを発現する組み換え細菌を含む。幾つかの実施形態において、このゲノムインサートは、このペプチドをコードする核酸配列を含む。幾つかの実施形態において、核酸配列は、細菌ゲノムに組み込まれる細菌トランスポゾンにより担持される。本明細書に記載の方法で使用し得る細菌トランスポゾンの例には、以下に限定するものではないが、Ｔｎ１、Ｔｎ２、Ｔｎ３、Ｔｎ２１、ガンマデルタ（Ｔｎ１０００）、Ｔｎ５０１、Ｔｎ５５１、Ｔｎ８０１、Ｔｎ９１７、Ｔｎ１７２１、Ｔｎ１７２２、Ｔｎ２３０１が含まれる。
（０２１６） 幾つかの実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドをコードしている核酸配列は、細菌プロモータの制御下にある。幾つかの実施形態において、このプロモータは誘導性プロモータを含む。本明細書に記載の方法で使用し得る誘導性プロモータの例には、以下に限定するものではないが、熱ショックプロモータ、イソプロピルβ−Ｄ−１−チオガラクトピラノシド（ＩＰＴＧ）−誘導性プロモータ及びテトラサイクリン（Ｔｅｔ）誘導性プロモータが含まれる。
（０２１７） 幾つかの実施形態において、プロモータは構成的プロモータを含む。本明細書に記載の方法で使用し得る構成的プロモータの例には、以下に限定するものではないが、ｓｐｃリボソームタンパク質オペロンプロモータ（Ｐｓｐｃ）、β−ラクタマーゼ遺伝子プロモータ（Ｐｂｌａ）、ラムダファージのＰＬプロモータ、複製制御プロモータＰＲＮＡＩ及びＰＲＮＡＩＩ並びにｒｒｎＢリボソームＲＮＡオペロンのＰ１及びＰ２プロモータが含まれる。
（０２１８） 幾つかの実施形態において、組み換え細菌はシュワネラ（Ｓｈｅｗｅｎｅｌｌａ）属を含む。幾つかの実施形態において、細菌は、Ｓ．アビシ（Ｓ．ａｂｙｓｓｉ）、Ｓ．アルガ（Ｓ．ａｌｇａｅ）、Ｓ．アルギジピサイコラ（Ｓ．ａｌｇｉｄｉｐｉｓｃｉｃｏｌａ）、Ｓ．アマゾネンシス（Ｓ．ａｍａｚｏｎｅｎｓｉｓ）、Ｓ．アクアマリナ（Ｓ．ａｑｕｉｍａｒｉｎａ）、Ｓ．バルティカ（Ｓ．ｂａｌｔｉｃａ）、Ｓ．ベンチカ（Ｓ．ｂｅｎｔｈｉｃａ）、Ｓ．コルウェリアナ（Ｓ．ｃｏｌｗｅｌｌｉａｎａ）、Ｓ．デコロラチオニス（Ｓ．ｄｅｃｏｌｏｒａｔｉｏｎｉｓ）、Ｓ．デニトリフィカンス（Ｓ．ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、Ｓ．ドンガエンシス（Ｓ．ｄｏｎｇｈａｅｎｓｉｓ）、Ｓ．フィデリス（Ｓ．ｆｉｄｅｌｉｓ）、Ｓ．フリギディマリナ（Ｓ．ｆｒｉｇｉｄｉｍａｒｉｎａ）、Ｓ．ガエトブリ（Ｓ．ｇａｅｔｂｕｌｉ）、Ｓ．ゲリディマリナ（Ｓ．ｇｅｌｉｄｉｍａｒｉｎａ）、Ｓ．グラシアリピサイコラ（Ｓ．ｇｌａｃｉａｌｉｐｉｓｃｉｃｏｌａ）、Ｓ．ハフニエンシス（Ｓ．ｈａｆｎｉｅｎｓｉｓ）、Ｓ．ハリファクセンシス（Ｓ．ｈａｌｉｆａｘｅｎｓｉｓ）、Ｓ．ハネダイ（Ｓ．ｈａｎｅｄａｉ）、Ｓ．イルシニエ（Ｓ．ｉｒｃｉｎｉａｅ）、Ｓ．ジャポニカ（Ｓ．ｊａｐｏｎｉｃａ）、Ｓ．カイレイティカ（Ｓ．ｋａｉｒｅｉｔｉｃａ）、Ｓ．リビングストネンシス（Ｓ．ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎｅｎｓｉｓ）、Ｓ．ロイヒカ（Ｓ．ｌｏｉｈｉｃａ）、Ｓ．マリンインテスティナ（Ｓ．ｍａｒｉｎｉｎｔｅｓｔｉｎａ）、Ｓ．マリスフラビ（Ｓ．ｍａｒｉｓｆｌａｖｉ）、Ｓ．モルフエ（Ｓ．ｍｏｒｈｕａｅ）、Ｓ．オレヤナ（Ｓ．ｏｌｌｅｙａｎａ）、Ｓ．オネイデンシス（Ｓ．ｏｎｅｉｄｅｎｓｉｓ）、Ｓ．パシフィカ（Ｓ．ｐａｃｉｆｉｃａ）、Ｓ．ピアリアナ（Ｓ．ｐｅａｌｅａｎａ）、Ｓ．ピエゾトレランス（Ｓ．ｐｉｅｚｏｔｏｌｅｒａｎｓ）、Ｓ．ニューマトフォリ（Ｓ．ｐｎｅｕｍａｔｏｐｈｏｒｉ）、Ｓ．プロファンダ（Ｓ．ｐｒｏｆｕｎｄａ）、Ｓ．サイクロフィラ（Ｓ．ｐｓｙｃｈｒｏｐｈｉｌａ）、Ｓ．プトレファシエンス（Ｓ．ｐｕｔｒｅｆａｃｉｅｎｓ）、Ｓ．サイレ（Ｓ．ｓａｉｒａｅ）、Ｓ．シェゲリアナ（Ｓ．ｓｃｈｅｇｅｌｉａｎａ）、Ｓ．セディミニス（Ｓ．ｓｅｄｉｍｉｎｉｓ）、Ｓ．スポンジエ（Ｓ．ｓｐｏｎｇｉａｅ）、Ｓ．スルゲンシス（Ｓ．ｓｕｒｕｇｅｎｓｉｓ）、Ｓ．ビオラセア（Ｓ．ｖｉｏｌａｃｅａ）、Ｓ．ワクスマニイ（Ｓ．ｗａｋｓｍａｎｉｉ）又はＳ．ウーディイ（Ｓ．ｗｏｏｄｙｉ）を含む。
（０２１９） 幾つかの実施形態において、組み換え細菌はジオバクター（Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ）属を含む。幾つかの実施形態において、細菌は、Ｇ．フェリレデュセンス（Ｇ．ｆｅｒｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）、Ｇ．チャペレイ（Ｇ．ｃｈａｐｅｌｌｅｉ）、Ｇ．ヒュミレデュセンス（Ｇ．ｈｕｍｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）、Ｇ．アルキュラス（Ｇ．ａｒｃｕｌｕｓ）、Ｇ．スルフレデュセンス（Ｇ．ｓｕｌｌｆｕｒｒｅｄｕｃｅｎｓ）、Ｇ．ヒドロゲノフィルス（Ｇ．ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈｉｌｕｓ）、Ｇ．メタリレデュセンス（Ｇ．ｍｅｔａｌｌｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）、Ｇ．アルギラセウス（Ｇ．ａｒｇｉｌｌａｃｅｕｓ）、Ｇ．ベミドジエンシス（Ｇ．ｂｅｍｉｄｊｉｅｎｓｉｓ）、Ｇ．ブレメンシス（Ｇ．ｂｒｅｍｅｎｓｉｓ）、Ｇ．グルビシエ（Ｇ．ｇｒｂｉｃｉａｅ）、Ｇ．ペロフィルス（Ｇ．ｐｅｌｏｐｈｉｌｕｓ）、Ｇ．ピカリンギイ（Ｇ．ｐｉｃｋｅｒｉｎｇｉｉ）、Ｇ．チオゲネス（Ｇ．ｔｈｉｏｇｅｎｅｓ）又はＧ．ウラニイレデュセンス（Ｇ．ｕｒａｎｉｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）を含む。
（０２２０） 幾つかの実施形態において、組み換え細菌は、デスルフロモナス属（Ｄｅｓｕｌｆｕｒｏｍｏｎａｓ）属を含む。幾つかの実施形態において、細菌は、Ｄ．パルミタチス（Ｄ．ｐａｌｍｉｔａｔｉｓ）、Ｄ．クロロエセニカ（Ｄ．ｃｈｌｏｒｏｅｔｈｅｎｉｃａ）、Ｄ．アセトエキシゲンス（Ｄ．ａｃｅｔｅｘｉｇｅｎｓ）、Ｄ．アセトオキシダンス（Ｄ．ａｃｅｔｏｘｉｄａｎｓ）、Ｄ．ミシガネンシス（Ｄ．ｍｉｃｈｉｇａｎｅｎｓｉｓ）又はＤ．チオフィラ（Ｄ．ｔｈｉｏｐｈｉｌａ）、Ｄ属菌を含む。
（０２２１） 幾つかの実施形態において、組み換え細菌は、デスルフォビブリオ属（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ）を含む。幾つかの実施形態において、細菌は、デスルフォビブリオ・アフリカヌス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ａｆｒｉｃａｎｕｓ）、デスルフォビブリオ・バキュラタス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｂａｃｕｌａｔｕｓ）、デスルフォビブリオ・デスルフリカンス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓ）、デスルフォビブリオ・ギガス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｇｉｇａｓ）、デスルフォビブリオ・ハロフィラス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｈａｌｏｐｈｉｌｕｓ）、デスルフォビブリオ・マグネティカス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｍａｇｎｅｔｉｃｕｓ）、デスルフォビブリオ・マルチスピランス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｍｕｌｔｉｓｐｉｒａｎｓ）、デスルフォビブリオ・ピグラ（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｐｉｇｒａ）、デスルフォビブリオ・サリキシゲンス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｓａｌｉｘｉｇｅｎｓ）、デスルフォビブリオ属菌又はデスルフォビブリオ・ブルガリス（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｖｕｌｇａｒｉｓ）を含む。
（０２２２） 幾つかの実施形態において、組み換え細菌はデスルフロムサ属（Ｄｅｓｕｌｆｕｒｏｍｕｓａ）を含む。幾つかの実施形態において、細菌は、Ｄ．バキイ（Ｄ．ｂａｋｉｉ）、Ｄ．キシンギイ（Ｄ．ｋｙｓｉｎｇｉｉ）又はＤ．スクシンオキシダンス（Ｄ．ｓｕｃｃｉｎｏｘｉｄａｎｓ）を含む。
（０２２３） 幾つかの実施形態において、組み換え細菌は、ペロバクター属（Ｐｅｌｏｂａｃｔｅｒ）を含む。幾つかの実施形態において、細菌は、Ｐ．プロピオニサス（Ｐ．ｐｒｏｐｉｏｎｉｓｕｓ）、Ｐ．アセチリニクス（Ｐ．ａｃｅｔｙｌｉｎｉｃｕｓ）、Ｐ．ベネチアヌス（Ｐ．ｖｅｎｅｔｉａｎｕｓ）、Ｐ．カルビノリクス（Ｐ．ｃａｒｂｉｎｏｌｉｃｕｓ）、Ｐ．シディガリシ（Ｐ．ｃｉｄｉｇａｌｌｉｃｉ）、Ｐ属菌Ａ３ｂ３、Ｐ．マセリエンシス（Ｐ．ｍａｓｓｅｌｉｅｎｓｉｓ）又はＰ．セレニイゲネス（Ｐ．ｓｅｌｅｎｉｉｇｅｎｅｓ）を含む。
（０２２４） 幾つかの実施形態において、組み換え細菌は、テルモトガ・マリティマ（Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａ ｍａｒｉｔｉｍａ）、テルモテロバクテリウム・フェリレデュセンス（Ｔｈｅｒｍｏｔｅｒｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｆｅｒｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）、デフェリバクター・テルモフィルス（Ｄｅｆｅｒｒｉｂａｃｔｅｒ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、ジオビブリオ・フェリレデュセンス（Ｇｅｏｖｉｂｒｉｏ ｆｅｒｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ）、デスルフォバクター・プロピオニクス（Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒ ｐｒｏｐｉｏｎｉｃｕｓ）、ジオスピリリウム・バーンセイイ（Ｇｅｏｓｐｉｒｉｌｌｉｕｍ ｂａｒｎｓｅｉｉ）、フェリバクテリウム・リムネチクム（Ｆｅｒｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｎｅｔｉｃｕｍ）、ジオスリクス・フェルメンテンス（Ｇｅｏｔｈｒｉｘ ｆｅｒｍｅｎｔｅｎｓ）、バチルス・インフェルヌス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｉｎｆｅｒｎｕｓ）、サーマス属菌ＳＡ−０１（Ｔｈｅｒｍａｓ）、エスチェリチア・コリ（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）、プロテウス・ミラビリス（Ｐｒｏｔｅｕｓ ｍｉｒａｂｉｌｉｓ）、ロドバクター・カプスラタス（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｃａｐｓｕｌａｔｕｓ）、ロドバクター・スフェロイデス（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）、チオバチルス・デニトリフィカンス（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、マイクロコッカス・デニトリフィカンス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、パラオッカス・デニトリフィカンス（Ｐａｒａｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）又はシュードモナス属菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）を含む。
（０２２５） 幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、金属の異化的還元に関する。幾つかの実施形態において、この金属は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｃｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｐｂ又はＢｉを含む。幾つかの実施形態において、これらの方法により不溶性酸化物が生成される。幾つかの実施形態において、これらの方法によりＣｒ（ＶＩ）はＣｒ（ＩＩＩ）に還元され、また不溶性の沈殿物が生成される。幾つかの実施形態において、金属の生物的環境浄化方法は、金属を、本明細書で開示の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現するように遺伝子操作した表７の細菌を含む生物的環境浄化組成物と接触させることを含む。
（０２２６） 幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、非金属の異化的還元に関する。幾つかの実施形態において、この非金属はサルフェートを含む。幾つかの実施形態において、これらの方法によりサルフェートが還元され、硫化水素が生成される。幾つかの実施形態において、サルフェート生物的環境浄化方法は、サルフェートを、本明細書に開示の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現するように遺伝子操作した表７の細菌を含む生物的環境浄化組成物と接触させることを含む。
（０２２７） 幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、パークロレートの異化的還元に関する。幾つかの実施形態において、パークロレートは、ＮＨ4ＣｌＯ4、ＣｓＣｌＯ4、ＬｉＣｌＯ4、Ｍｇ（ＣｌＯ4）2、ＨＣｌＯ4、ＫＣｌＯ4、ＲｂＣｌＯ4、ＡｇＣｌＯ4又はＮａＣｌＯ4を含む。幾つかの実施形態において、これらの方法によりパークロレートはクロライトに還元される。幾つかの実施形態において、パークロレート生物的環境浄化方法は、パークロレートを、本明細書で開示の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現するように遺伝子操作したＥ．コリ、プロテウス・ミラビリス、ロドバクター・カプスラタス又はロドバクター・スフェロイデスを含む生物的環境浄化組成物と接触させることを含む。幾つかの実施形態において、パークロレート生物的環境浄化方法は、パークロレートを、本明細書で開示の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現するように遺伝子操作した表７の細菌を含む生物的環境浄化組成物と接触させることを含む。
（０２２８） 幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、ニトレートの異化的還元に関する。幾つかの実施形態において、ニトレートは、ＨＮＯ3、ＬｉＮＯ3、ＮａＮＯ3、ＫＮＯ3、ＲｂＮＯ3、ＣｓＮＯ3、Ｂｅ（ＮＯ3）2、Ｍｇ（ＮＯ3）2、Ｃａ（ＮＯ3）2、Ｓｒ（ＮＯ3）2、Ｂａ（ＮＯ3）2、Ｓｃ（ＮＯ3）3、Ｃｒ（ＮＯ3）3、Ｍｎ（ＮＯ3）2、Ｆｅ（ＮＯ3）3、Ｃｏ（ＮＯ3）2、Ｎｉ（ＮＯ3）2、Ｃｕ（ＮＯ3）2、Ｚｎ（ＮＯ3）2、Ｐｄ（ＮＯ3）2、Ｃｄ（ＮＯ3）2、Ｈｇ（ＮＯ3）2、Ｐｂ（ＮＯ3）2又はＡｌ（ＮＯ3）3を含む。幾つかの実施形態において、これらの方法により、ニトレートがニトライトに還元される。幾つかの実施形態において、ニトレート生物的環境浄化方法は、ニトレートを、本明細書で開示の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現するように遺伝子操作したチオバチルス・デニトリフィカンス（Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、マイクロコッカス・デニトリフィカンス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、パラオコッカス・デニトリフィカンス（Ｐａｒａｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ）、シュードモナス属菌又はＥ．コリを含む生物的環境浄化組成物と接触させることを含む。幾つかの実施形態において、ニトレート生物的環境浄化方法は、ニトレートを、本明細書で開示の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現するように遺伝子操作した表７の細菌を含む生物的環境浄化組成物と接触させることを含む。
Figure 2017120269
（０２２９） 幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は放射性核種の異化的還元に関する。幾つかの実施形態において、この放射性核種はアクチニドを含む。幾つかの実施形態において、放射性核種は、ウラニウム（Ｕ）を含む。幾つかの実施形態において、これらの方法により、Ｕ（ＶＩ）はＵ（ＩＶ）に還元され、また不溶性の沈殿物が生成される。幾つかの実施形態において、これらの方法は、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、塩化ビニル又はジクロロエチレンの異化的還元に関する。幾つかの実施形態において、生物的環境浄化方法は、これらの汚染物質を、本明細書で開示の１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現するように遺伝子操作した表７の細菌を含む生物的環境浄化組成物と接触させることを含む。
（０２３０） 幾つかの実施形態において、本明細書で開示の方法は、インシチュの生物的環境浄化を含み、本明細書に記載の生物的環境浄化組成物を環境汚染の現場で投与する。幾つかの実施形態において、この方法はエクスシチュの生物的環境浄化を含み、汚染された物質はその本来の場所から取り除かれ、別の場所で処置される。
（０２３１） 幾つかの実施形態において、エクスシチュの生物的環境浄化はランドファーミングを含み、汚染された土壌をその本来の場所から掘り出して、本明細書に記載の生物的環境浄化組成物と合わせ、準備した床に広げ、汚染物質が除去される又は許容レベルに減少するまで定期的に耕す。幾つかの実施形態において、エクスシチュの生物的環境浄化は堆肥化を含み、汚染された土壌をその本来の場所から掘り出して、本明細書に記載の生物的環境浄化組成物及び無害な有機物と合わせ、コンポスト容器内で汚染物質が除去される又は許容レベルに減少するまで維持する。幾つかの実施形態において、エクスシチュの生物的環境浄化はバイオリアクタ内での除染を含み、汚染された土壌又は水を工学的格納システムに入れ、本明細書に記載の生物的環境浄化組成物と混合し、汚染物質が除去される又は許容レベルに減少するまで維持する。
（０２３２） 本明細書に記載の組み換え細菌を作製する方法は当該分野で周知である。当業者ならば、多数の慣用の分子生物学の技法を利用して、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドをコードする細菌プラスミドを作製し得ることがわかる。例えば、ペプチドをコードしている核酸配列を合成し、制限酵素及びライゲーション酵素を使用して選択したプラスミドにクローニングし得る。ライゲーション産物をＥ．コリで形質転換することで大量の産物を得て、次に選択した生物的環境浄化細菌で形質転換し得る。同様に、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドをコードする核酸配列を担持している細菌トランスポゾンを作製し、このトランスポゾンを選択した生物的環境浄化細菌で形質転換するストラテジーを用い得る。
（０２３３） 当業者ならば、細菌学でルーチンの方法を用いて、大規模な生物的環境浄化作業で使用するための、本明細書に記載の大量の組み換え細菌を作製し得ることもわかる。当業者ならば、精確な培養条件が使用する特定の細菌種に応じて変化し、また様々な生物的環境浄化細菌に関する培養条件が当該分野ですぐに入手可能なことがわかる。
（０２３４） 生物的環境浄化及び他の関係する応用例についての文献をジェネラル・リファレンス方式で以下に挙げる（文献は参照により全て組み込まれる）：米国特許第６９１３８５４号明細書、Ｒｅｉｍｅｒｓ，Ｃ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．”Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ Ｍａｒｉｎｅ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ−Ｗａｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．２００１，３５，１９２−１９５，Ｎｏｖ．１６，２０００、Ｂｏｎｄ Ｄ．Ｒ．ｅｔ ａｌ．”Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｉｓｍｓ ｔｈａｔ Ｈａｒｖｅｓｔ Ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ Ｍａｒｉｎｅ Ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ”Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．２９５，４８３−４８５ Ｊａｎ．１８，２００２、Ｔｅｎｄｅｒ，Ｌ．Ｍ．ｅｔ ａｌ．”Ｈａｒｎｅｓｓｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌｌｙ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｅａｆｌｏｏｒ”Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．２０，ｐｐ．８２１−８２５，Ａｕｇ．２００２、ＤｅＬｏｎｇ，Ｅ．Ｆ．ｅｔ ａｌ．”Ｐｏｗｅｒ Ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｄｅｅｐ”Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．２０，ｐｐ．７８８−７８９，Ａｕｇ．２００２、Ｂｉｌａｌ，”Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｌｆａｔｅ ｔｏ Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｃａｔｈｏｄｅ，”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．，２８，１０７３，（１９９８）、Ｈａｂｅｒｍａｎｎ，ｅｔ ａｌ．，”Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌｓ Ｗｉｔｈ Ｓｕｌｐｈｉｄｅ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ，”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３５，１２８，（１９９１）及びＺｈａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，”Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｏｆ ａ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ，”Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１７ Ｎｏ．８，ｐｐ．８０９−８１４（Ａｕｇ．，１９９５）。
（０２３５）ナノワイヤ用途における芳香族カチオン性ペプチド及びチトクロムｃ
本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチド、チトクロムｃ及び／又はペプチドドープチトクロムｃは、ナノワイヤ用途において有用である。典型的には、ナノワイヤは、直径がナノメートル（１０-9メートル）オーダーのナノ構造体である。あるいは、ナノワイヤを、数十ナノメートル以下に制約された厚さ又は直径と制約のない長さを有する構造体と定義することができる。このスケールだと、量子力学的効果が働き始める。多くの異なるタイプのナノワイヤが存在し、金属（例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ）、半導体（例えば、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＮ等）及び絶縁（例えば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2）ナノワイヤが含まれる。分子ナノワイヤは、有機（例えば、ＤＮＡ、本明細書で開示の芳香族カチオン性ペプチド、チトクロムｃ及び／又はペプチドドープチトクロムｃ等）又は無機（例えば、Ｍｏ６Ｓ９−ｘＩｘ）の繰り返し分子単位から構成される。本明細書で開示のナノワイヤは、例えば部品を極めて小さな回路に連結するのに有用である。ナノテクノロジーを用いて、部品を化合物から作り出す。
（０２３６）ナノワイヤ合成
ナノワイヤを合成するには２つの基本的アプローチ、すなわちトップダウン方式のアプローチとボトムアップ方式のアプローチがある。トップダウン方式のアプローチでは、大きな材料片を、リソグラフィ、電気泳動等の様々な手段で小さくカットする。これに対してボトムアップ方式のアプローチでは、ナノワイヤを、構成吸着分子の組み合わせにより合成する。合成技法の殆どはボトムアップ方式のアプローチをベースとしている。
（０２３７） ナノワイヤ構造体は、懸架、堆積（電気化学的その他）及びＶＬＳ成長を含めた幾つかの一般的な実験室技法を通じて成長させる。
（０２３８） サスペンデッド（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）ナノワイヤは、長手方向の末端で保持された、真空チャンバ内で製造されたワイヤである。サスペンデッドナノワイヤは、より大きなワイヤの化学エッチング又はボンバードメント（典型的には高エネルギーイオンを使用する）、金属の表面においてＳＴＭの先端をその融点近くでくぼませ、次にそれを後退させることで製造することができる。
（０２３９） ナノワイヤの別の一般的な製造技法は、気相／液相／固相（ＶＬＳ）合成法である。この技法では、ソース材料としてレーザーアブレーション加工した粒子又はフィードガス（シラン等）を使用する。このソースを次に触媒に曝露する。ナノワイヤの場合、最良の触媒は液体金属（例えば、金）ナノクラスタであり、これはコロイド形態で購入して基体上に堆積させることも、あるいはディウェッティングにより薄膜からの自己集合させることができる。この方法では、半導体材料の場合、結晶性ナノワイヤを製造できることが多い。ソースはこれらのナノクラスタ内に侵入し、ナノクラスタを飽和させ始める。過飽和に一旦達したら、ソースは固化し、ナノクラスタから外方向に向かって成長する。最終生成物の長さは、単にソースの供給を断つことで調節することができる。材料が交互になった超格子を有する複合ナノワイヤは、成長相に依然としてある間にソースを切り替えることで作製することができる。幾つかの実施形態において、ソース材料、例えば芳香族カチオン性ペプチド、チトクロムｃ及び／又はペプチドドープチトクロムｃを使用し得る。Ｍｏ６Ｓ９−ｘＩｘ等の無機ナノワイヤ（クラスタポリマーとしてとらえることもできる）は、高温での１段階の気相反応で合成される。
（０２４０） 加えて、多くのタイプの材料、例えば芳香族カチオン性ペプチド、チトクロムｃ及び／又はペプチドドープチトクロムｃのナノワイヤは溶液中で成長させることができる。液相合成には、表面上でナノワイヤを製造する方法と比較すると、規模を大きくして極めて大量のナノワイヤを製造することができるという利点がある。エチレングリコールが溶媒であり還元剤でもあるポリオール合成は、Ｐｂ、Ｐｔ及び銀のナノワイヤの製造において特に汎用性が高いことが証明されている。
（０２４１）一般法
チトクロムｃの還元
増量しながら芳香族カチオン性ペプチドを酸化チトクロムｃの溶液に添加した。還元チトクロムｃの生成を、５００ｎｍでの吸光度でモニタした。チトクロムｃの還元速度を、非線形解析（Ｐｒｉｚｍソフトウェア）により求めた。
（０２４２） 時間分解紫外可視吸収分光法を用いて、ペプチド存在下でのチトクロムｃの電子輸送過程を研究した。還元チトクロムｃを、広帯域スペクトル範囲（２００−１１００ｎｍ）での吸光度によりモニタした。吸収変化を、紫外可視分光光度計（Ｕｌｔｒｏｓｐｅｃ ３３００ｐｒｏ、ＧＥ社）を使用して路長１又は２ｍｍの石英セルにおいて記録した。Ｎ−アセチルシステイン（ＮＡＣ）及びグルタチオンを電子供与体として使用して酸化チトクロムｃを還元した。チトクロムｃ還元の速度定数を、様々な濃度のペプチドの添加により推定した。ペプチドの用量依存性は、チトクロムｃ還元反応速度と相関関係にあった。
（０２４３）ミトコンドリアによるＯ2消費及びＡＴＰ産生
新鮮なミトコンドリアを、以前に記載されたようにラットの腎臓から単離した。電子束を、Ｃｌ（グルタメート／マレート）、Ｃ２（スクシネート）及びＣ３（ＴＭＰＤ／アスコルベート）について異なる基質を使用し、以前に記載されたようにＯ2消費（Ｏｘｙｇｒａｐｈクラーク電極）により測定した。アッセイを、酵素反応の飽和を回避するために、低基質条件下で行った。単離したミトコンドリアでのＡＴＰ産生を、９６ウェル発光プレートリーダー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ社）においてルシフェラーゼ法（Ｂｉｏｔｈｅｒｍａ社）により動力学的に測定した。ＡＴＰ合成の初期最高速度は、最初の１分で求められた。
（０２４４）サイクリックボルタンメトリ
サイクリックボルタンメトリを、Ｂｉｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ社のＣＶ−５０Ｗボルタンメトリックアナライザで、電位＋０．２３７Ｖ（対ＮＨＥ）のＡｇ／ＡｇＣｌ／１Ｍ ＫＣｌ基準電極（Ｂｉｏｍｅｔｒａ社、ゲッチンゲン、ドイツ）及び白金対電極を使用して行った。金線電極を、確立されたプロトコルに従って清浄にした。溶液状のチトクロムｃの電気化学的研究を、メルカプトプロパノール修飾電極（２０ｍＭのメルカプトプロパノール中で２４時間にわたってインキュベートした）を使用して行った。サイクリックボルタモグラム（１ＭのＫＣｌ及び１０ｍＭのリン酸ナトリウムバッファ中の２０μＭのチトクロムｃ、ｐＨ７．４／７．８）を記録した。見掛電位を、異なるスキャン速度（１００−４００ｍＶ／秒）でのアノード及びカソードピーク電位間の中点値として計算し、拡散係数をＲａｎｄｌｅｓ−Ｓｅｖｃｉｋ式に従って異なるスキャン速度でのピーク電流から計算した。
（０２４５） 本発明を以下の実施例により更に詳しく説明するが、実施例はいかなる形でも限定的であると解釈されるべきではない。
（０２４６）実施例１：芳香族カチオン性ペプチドの合成
固相ペプチド合成法を用い、また全てのアミノ酸誘導体は市販されている。ペプチド会合の完了後、ペプチドを通常のやり方で樹脂から切断した。未精製のペプチドを、分取逆相クロマトグラフィで精製する。ペプチドの構造同一性をＦＡＢ質量分析により確認し、その純度を分析逆相ＨＰＬＣ及び薄層クロマトグラフィにより３つの異なる系で評価した。＞９８％の純度が達成される。典型的には、５ｇの樹脂を使用した合成により約２．０−２．３ｇの純粋なペプチドが得られる。
（０２４７）実施例２：ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃ還元を促進する
吸収分光法（ＵｌｔｒｏＳｐｅｃ ３３００ Ｐｒｏ、２２０−１１００ｎｍ）を用いて、ＳＳ−３１がチトクロムｃ還元を変化させるのか否かを判定した（図１）。グルタチオンでのチトクロムｃの還元は、Ｑバンド（４５０−６５０ｎｍ）での複数のシフトと関係していて、５５０ｎｍでのシフトが顕著である。ＳＳ−３１を添加すると、５５０ｎｍで著しいスペクトル重みシフト（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｗｅｉｇｈｔ ｓｈｉｆｔ）が発生した（図１Ａ）。時間依存分光は、ＳＳ−３１がチトクロムｃ還元の速度を上昇させたことを示す（図１Ｂ）。これらのデータは、ＳＳ−３１がチトクロムｃの電子構造を変化させ、またＦｅ3＋からＦｅ2＋ヘムへの還元を強化したことを示す。
（０２４８）実施例３：ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃを通る電子拡散を強化する
サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）を行って、ＳＳ−３１が電子流及び／又はチトクロムｃの還元／酸化電位を変化させたか否かを判定した（図２、上パネル）。ＣＶを、Ａｕ作用電極、Ａｇ／ＡｇＣｌ基準電極及びＰｔ補助電極を使用して行った。ＳＳ−３１は、チトクロムｃの還元及び酸化過程の両方について電流を増加させた（図２、上パネル）。ＳＳ−３１は還元／酸化電位を変化させないものの（図２、上パネル）、チトクロムｃを通る電子流を増加させ、これはＳＳ−３１が複合体ＩＩＩ−ＩＶ間の抵抗を低下させることを実証している。図２（下パネル）の場合、全てのボルタンメトリ測定を、ＢＡＳｉ Ｃ３セルスタンドに連結されたＢＡＳｉ−５０Ｗボルタンメトリックアナライザを使用して行った。Ａｇ／ＡｇＣｌ電極を基準として使用し、ガラス状炭素及び白金電極を標準測定に使用した。各測定に先立って、電極の汚損を回避するために、溶液を窒素で完全に脱気した。図２（下パネル）に示すように、サイクリックボルタモグラムを、トリス−ホウ酸塩−ＥＤＴＡ（ＴＢＥ）バッファ、バッファ＋チトクロムｃ及びバッファ＋チトクロムｃ＋２つの異なるＳＳ−３１用量について記録した。電流（電子拡散速度）は、ＳＳ−３１の用量がチトクロムｃの２倍になるとほぼ２００％増加する（チトクロムｃ：ＳＳ−３１＝１：２）。この結果は、ＳＳ−３１がチトクロムｃにおける電子拡散を増進させ、より感度の高いバイオ検出器の設計にとってこのペプチドがより有用なものになることを示す。
（０２４９）実施例４：ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃにおいて電子容量を強化する
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を行うことで、ＳＳ−３１がチトクロムｃのヘムの伝導帯（電子輸送に関与するエネルギー状態）の電子構造に与える影響を調べた（図３）。Ｎｄ：ＹＤＯ４レーザー（５３２．８ｎｍ）を使用して、チトクロムｃにおいて電子を励起させた（図２Ａ）。チトクロムｃにおける強いＰＬ放出状態をはっきりと６５０ｎｍで確認することができる（図２Ｂ）。ＰＬ強度は、ＳＳ−３１を添加すると用量依存的に上昇し、これはチトクロムｃの伝導帯における利用可能な電子状態の増加を実証している（図２Ｂ）。これは、ＳＳ−３１がチトクロムｃの伝導帯の電子容量を上昇させることを示し、これはＳＳ−３１が仲介するチトクロムｃを流れる電流の増加と一致している。
（０２５０）実施例５：ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃヘム周囲で新規なπ−π相互作用を引き起こす
円偏光二色性分析（Ｏｌｉｓ社の分光偏光計、ＤＳＭ２０）を行うことで、ソーレー帯（４１５ｎｍで負ピーク）を、チトクロムｃにおけるπ−π*ヘム環境についてのプローブとしてモニタした（図４）。ＳＳ−３１はこのピークの「赤色」シフトを４４０ｎｍに推進し、これはＳＳ−３１が変性を伴うことなくチトクロムｃ内で新規なヘム−チロシンπ−π*遷移を引き起こしたことを実証している（図４）。これらの結果は、ＳＳ−３１がヘムの現在の環境を、ヘムへの電子トンネル効果のための追加のＴｙｒを供給すること又は内在性Ｔｙｒ残基とヘムとの間の距離を減少させることで変化させることを示す。ヘム周囲でのπ−π*相互作用における上昇は、電子拡散に好適となる電子トンネル効果を強化し得る。
（０２５１）実施例６：ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はミトコンドリアのＯ2消費を増加させる
単離したラットの腎臓のミトコンドリアの酸素消費を、Ｏｘｙｇｒａｐｈを使用して求めた（図５）。呼吸速度を、異なる濃度のＳＳ−３１の存在下、状態２（４００μＭのＡＤＰのみ）、状態３（４００μＭのＡＤＰ及び５００μＭの基質）及び状態４（基質のみ）で測定した。全ての実験を、ｎ＝４−７で３重に行った。結果は、ＳＳ−３１が、ミトコンドリアを脱共役することなく酸素への電子伝達を増進させたことを示す（図５）。
（０２５２）実施例７：ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）は単離されたミトコンドリアにおいてＡＴＰ合成を増加させる
ミトコンドリアによるＡＴＰ合成速度を、４００ｍＭのＡＤＰを添加してから１分後に単離したミトコンドリアから回収した呼吸緩衝液におけるＡＰＴを測定することで求めた（図６）。ＡＴＰをＨＰＬＣで分析した。全ての実験をｎ＝３で３重に行った。単離したミトコンドリアにＳＳ−３１を添加すると、ＡＴＰ合成速度が用量依存的に上昇した（図６）。これらの結果は、ＳＳ−３１による電子伝達の強化がＡＴＰ合成に結びついていることを示す。
（０２５３）実施例８．ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）はチトクロムｃ欠乏マイトプラストにおいて呼吸を強化する
ミトコンドリア呼吸に対するＳＳ−３１の作用におけるチトクロムｃの役割を実証するために、ミトコンドリアでのＯ2消費に対するＳＳ−３１の効果を、一旦凍結させたラットの腎臓のミトコンドリアから作成したチトクロムｃ欠乏マイトプラストにおいて判定した（図７）。呼吸速度を、１００μＭのＳＳ−３１を伴って又は伴うことなく、５００μＭのスクシネートの存在下で測定した。実験を、ｎ＝３で３重に行った。これらのデータは、（１）ＳＳ−３１がＩＭＭに緊密に結合したチトクロムｃを介して働くこと、（２）ＳＳ−３１が機能性チトクロムｃにおける減退を救うことができると示している。
（０２５４）実施例９：ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）及びＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）はチトクロムｃの還元を促進する
ＳＳ−３１及びＳＳ−２０は、還元剤としてのグルタチオン（ＧＳＨ）によって引き起こされるチトクロムｃの還元の動力学を加速させることができる（図１３）。チトクロムｃの還元を、５５０ｎｍでの吸光度における上昇でモニタした。ＧＳＨの添加は、５５０ｎｍでの吸光度における時間依存性の上昇をもたらした（図１３）。同様の結果が、還元剤としてＮ−アセチルシステイン（ＮＡＣ）を使用して得られた（図示せず）。ＳＳ−３１だけを濃度１００μＭで添加してもチトクロムｃは還元されなかったが、ＳＳ−３１は用量依存的にＮＡＣ誘発性のチトクロムｃ還元の速度を上昇させ、これはＳＳ−３１が電子を供与しないが電子の伝達速度を加速可能なことを実証している。
（０２５５）実施例１０：ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）及びＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）はミトコンドリア電子束及びＡＴＰ合成を増加させる
ＳＳ−２０及びＳＳ−３１は共に、単離されたラットの腎臓のミトコンドリアにおけるＯ2消費で測定される電子束を増進させることができる（図１４）。ＳＳ−２０又はＳＳ−３１を濃度１００μＭで、０．５ｍＭのスクシネート（複合体ＩＩ基質）及び４００μＭのＡＤＰを含有する呼吸緩衝液中の単離されたミトコンドリアに添加した。Ｏ2消費における同様の増加が、低濃度の複合体Ｉ基質（グルタメート／マレート）を使用した場合に観察された（データは示さず）。電子束における増加は、低濃度のスクシネートでエネルギー供給した単離されたミトコンドリアにおけるＡＴＰ産生速度における著しい上昇と相関関係にあった（図１５）。これらのデータは、ＳＳ−２０及びＳＳ−３１の標的をＩＭＭにすることで、電子伝達系における電子束を促進し、またＡＴＰ合成を特には基質の供給が低下した条件下で改善することができることを示す。
（０２５６）実施例１１：チトクロムｃの単離及び精製
チトクロムｃを単離及び精製する方法は当該分野で公知である。１つの例示的で非限定的な方法を提供する。チトクロムｃは幾つかの正に帯電した基を有し、これがチトクロムｃのｐＩを約１０している。このため、チトクロムｃは通常、膜上のリン脂質の負電荷へのイオン性引力によりミトコンドリアの膜に結合されている。硫酸アルミニウム溶液における低ｐＨでのブレンダでの均質化により、まず組織及びミトコンドリアが分解される。正に帯電したアルミニウムイオンは、負に帯電したリン脂質に結合することによって膜からチトクロムｃを外してタンパク質を溶液中に遊離させることができる。過剰な硫酸アルミニウムを、ｐＨを８．０にまで上昇させることで除去し、アルミニウムは水酸化アルミニウムの形態で沈殿する。
（０２５７） 沈殿した水酸化アルミニウムを排除するための濾過後、イオン交換クロマトグラフィを用いてタンパク質をそれらの電荷に応じて分離する。チトクロムｃは幾つかの正に帯電した基を有する。典型的には、カラムは、負に帯電した又はカチオン交換樹脂であるＡｍｂｅｒｌｉｔｅ ＣＧ−５０から構成される。
（０２５８） 溶出剤が一旦回収されたら、硫酸アンモニウム沈殿法を用いて、チトクロムｃ調製物における残りの汚染タンパク質を選択的に沈殿させる。殆どのタンパク質は、硫酸アンモニウムにおける８０％の飽和で沈殿し、チトクロムｃは可溶性であり続ける。次に、溶液中に存在する過剰な塩を、タンパク質をそのサイズに基づいて分離するゲル濾過クロマトグラフィで除去する。
（０２５９） 精製を評価するために、調製物の試料を各精製ステップで採取する。次に、これらの試料を、ブラッドフォード法を用いて総タンパク質含有量について分析し、そのチトクロムｃ濃度を分光測光法で測定する。
（０２６０）実施例１２：デスルフォビブリオ・デスルフリカンスによる可溶性サルフェートの異化的還元
本明細書に記載の生物的環境浄化組成物及び方法を、以下の実施例で更に説明する。この実施例は説明だけを目的としたものであり、限定することを意図してはいない。化学物質及び他の成分は典型例として提示される。本明細書に記載の方法及び組成物の範囲内で、上記の開示を鑑みて修正を加え得る。
（０２６１）発現ベクターの構築
芳香族カチオン性ペプチドをコードしているオリゴヌクレオチドを化学的に合成する。このオリゴヌクレオチドを、マルチプルクローニングサイトの上流に構成的プロモータを担持する細菌プラスミドへのディレクショナルクローニングを可能にする独特の制限酵素部位が両端に含まれるように設計する。プラスミドを、オリゴヌクレオチド端部上の制限酵素部位に対応する酵素での制限酵素消化により調製する。分子生物学の慣用の技法を用いて、オリゴヌクレオチドをアニールし、調製したプラスミドにライゲーションする。ライゲーション産物を、選択培地上で成長させたＥ．コリで形質転換させる。当該分野で公知の方法を使用したＤＮＡシーケンシングにより幾つかの陽性クローンをｃＤＮＡインサートについてスクリーニングする。陽性クローンを増幅し、発現構築物のストック溶液を調製する。
（０２６２）Ｄ．デスルフリカンスの形質転換
Ｄ．デスルフリカンスの１００ｍｌの一夜培養物（ＯＤ600＝０．６）を遠心分離し、ペレットを滅菌水で３回洗浄し、最終体積２００μｌの滅菌水に再懸濁させる。３０μｌのアリコートを４μｌのプラスミド調製物（１μｇ）と混合し、エレクトロパルセータ装置による５０００Ｖ／ｃｎ電気パルスに６ミリ秒にわたって供する。組み換え細菌を、組み換えプラスミドによって付与された抗生物質耐性をベースとして選択する。
（０２６３）組み換えＤ．デスルフリカンスのサルフェートリダクターゼ活性の判定
野生型及び組み換えＤ．デスルフリカンス株を、可溶性サルフェートを還元する容量について試験する。細菌を、Ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ社（ドイツ微生物・細胞培養物コレクション社）が推奨する培地において３０℃、嫌気性条件下で培養する。１２８０ｐｐｍのサルフェート水溶液を野生型及び組み換えＤ．デスルフリカンスと共に播種し、１２時間にわたって培養する。
（０２６４）サルフェート測定
サルフェート濃度を、比濁技法（Ｉｃｇｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００６）を用いて測定する。サルフェートを、塩酸媒体中、塩化バリウムで沈殿させて不溶性の硫酸バリウム結晶を形成させる。グリセロール（１０４．１６ｍＬ）、濃塩酸（６０．２５ｍＬ）及び９５％イソプロピルアルコール（２０８．３３ｍＬ）を含有する改良調整混合物を新たに調製する。各反応につき、２ｍＬの細胞非含有上清を、２５０ｍＬの三角フラスコ内のミリポア水で１：５０に希釈し、５ｍＬの調整混合物を添加する。懸濁液全体を撹拌してよく混合する。約１グラムの塩化バリウム結晶を、撹拌を１分間にわたって継続しながら添加する。この混合物を２分間にわたって静的条件下で静置してから、濁度を４２０ｎｍで分光測光法により測定する。サルフェートイオンの濃度を、０−４０ｐｐｍのＮａ2ＳＯ4の標準物質を使用して作成した曲線から求める。
（０２６５）結果
芳香族カチオン性ペプチドを発現する組み換え細菌が、これらの条件下でより高い異化的サルフェート還元速度を示すことが予測される。
（０２６６）均等物
本発明が、本発明の個々の態様の単独の実例としての本願に記載の特定の実施形態によって限定されることはない。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく数多くの本発明の改良形及び変化形を形成可能であることは当業者に明らかである。本発明の範囲内の機能的に同等の方法及び装置についても、本明細書で列挙したものに加えて、上記の説明から当業者には明らかである。このような改良形及び変化形は、付随する請求項の範囲内に含まれるものとする。本発明は、付随する請求項が権利を有する均等物の全範囲を含め、付随する請求項の用語によってのみ限定される。本発明は、特定の方法、試薬、化合物、組成物又は生物学的な系に限定されず、当然のことながら変化し得ることを理解されたい。また、本明細書で使用の用語が特定の実施形態だけを説明することを目的とし、限定を意図していないことを理解されたい。
（０２６７） 加えて、開示の構成又は態様がマーカッシュグループで記載される場合、当業者ならば、それによってその開示がマーカッシュグループの任意の個々の要素又は要素の下位集合の形でも記載されることがわかる。
（０２６８） 当業者ならばわかるように、任意の及び全ての目的のために、特には書面での提供に関し、本明細書で開示する全ての範囲には、任意の及び全ての考えられ得る下位範囲及びその下位範囲の組み合せも含まれる。記載の範囲が十分に説明され、また同範囲を少なくとも２等分、３等分、４等分、５等分、１０等分等に分割し得ることはすぐにわかる。非限定な例を挙げると、本明細書で論じる各範囲を、下部３分の１、中央３分の１及び上部３分の１等に容易に分割し得る。また、当業者ならばわかるように、「〜まで」、「少なくとも」、「〜より大きい」、「〜より小さい」等の全ての文言には記載の数字が含まれ、また上述したような下位範囲に続いて分割可能な範囲を指している。最後に、当業者ならばわかるように、範囲には、その個々の要素が含まれる。したがって、例えば、１−３個の細胞を有する群とは、１、２又は３個の細胞を有する群のことである。同様に、１−５個の細胞を有する群は、１、２、３、４又は５個の細胞を有する群を意味する等々。
（０２６９） 本明細書で言及又は引用する全ての特許、特許出願、仮出願及び出版物は、本明細書の明示的な教示と矛盾しない範囲で、全ての図及び表を含めて参照により全て組み込まれる。
（０２７０） 他の実施形態は以下の請求項で示される。

本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕チトクロムｃ含有試料においてチトクロムｃ還元を増加させる方法であって、
試料を有効量のペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2と接触させることを含む
ことを特徴とする方法。
〔２〕チトクロムｃ含有試料においてチトクロムｃを通る電子拡散を強化する方法であって、
試料を有効量のペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2と接触させることを含む
ことを特徴とする方法。
〔３〕チトクロムｃ含有試料においてチトクロムｃ周囲にπ−π相互作用を引き起こす方法であって、
試料を有効量のペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2と接触させることを含む
ことを特徴とする方法。
〔４〕センサであって、
あるレベルのペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2をドープしたチトクロムｃと、前記ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2のレベルの変化によって引き起こされるチトクロムｃの性質における変化を測定するための計測器とを含む
ことを特徴とするセンサ。
〔５〕前記ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2のレベルが、前記チトクロムｃの温度及び前記チトクロムｃのｐＨの少なくとも一方における変動に応答して変化する、前記〔４〕に記載のセンサ。
〔６〕前記性質が導電率であり、前記計測器が、前記チトクロムｃと電気的に連通するアノード及びカソードを含む、前記〔４〕に記載のセンサ。
〔７〕前記性質がフォトルミネッセンスであり、前記計測器が、前記チトクロムｃが放出する光の強度及び前記チトクロムｃが放出する光の波長の少なくとも一方における変化を測定するための光検出器を含む、前記〔４〕に記載のセンサ。
〔８〕検出方法であって、
ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2のレベルにおける変化によって引き起こされる、あるレベルのペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2をドープしたチトクロムｃの性質における変化を測定することを含む
ことを特徴とする方法。
〔９〕前記ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2のレベルが、前記チトクロムｃの温度及び前記チトクロムｃのｐＨの少なくとも一方における変動に応
答して変化する、前記〔８〕に記載の方法。
〔１１〕前記性質が、導電率、フォトルミネッセンス強度及びフォトルミネッセンス波長の少なくとも１つである、前記〔８〕に記載の方法。
〔１２〕スイッチであって、
チトクロムｃと、前記チトクロムｃと通じているペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2のソースと、前記チトクロムｃと通じている前記ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2の量を制御するためのアクチュエータとを含む
ことを特徴とするスイッチ。
〔１３〕前記アクチュエータが、前記チトクロムｃの温度及び前記チトクロムｃのｐＨの少なくとも一方を制御する、前記〔１１〕に記載のスイッチ。
〔１４〕スイッチング方法であって、
チトクロムｃと通じているペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2のレベルを変化させることを含む
ことを特徴とする方法。
〔１５〕前記ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2のレベルを変化させることが、前記チトクロムｃの温度及び前記チトクロムｃのｐＨの少なくとも一方
を変化させることを含む、前記〔１３〕に記載の方法。
〔１６〕発光素子であって、
有効量のペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2をドープしたチトクロムｃと、前記チトクロムｃからの光の放出を刺激するためのソースとを含む
ことを特徴とする発光素子。
〔１７〕発光方法であって、
有効量のペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2をドープしたチトクロムｃを刺激することを含む
ことを特徴とする方法。
〔１８〕前記試料が、センサ、コンダクタ、スイッチ又は発光素子の部品を含む、前記〔１〕−〔３〕のいずれかに記載の方法。
〔１９〕バイオセンサであって、
ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2をドープしたチトクロムｃを含む
ことを特徴とするバイオセンサ。
〔２０〕前記ペプチドドープチトクロムｃが、電極への電子流におけるメディエータを含む、前記〔１９〕に記載のバイオセンサ。
〔２１〕前記ペプチドドープチトクロムｃが電極上に直接固定される、前記〔１９〕に記載のバイオセンサ。
〔２２〕前記ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2及び／又はチトクロムｃが前記バイオセンサ内の表面に固定される、前記〔１９〕に記載のバイオセンサ
。
〔２３〕前記ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2及び／又はチトクロムｃが前記バイオセンサ内で自由に拡散可能である、前記〔１９〕に記載のバイオセ
ンサ。
〔２４〕試料における基質の検出方法であって、
（ａ）試料を、
（ｉ）基質特異性の酸化還元活性酵素と、
（ｉｉ）ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2をドープしたチトクロムｃと、
（ｉｉｉ）電極
とを含むバイオセンサと接触させ、
（ｂ）前記バイオセンサ内で電子の流れを検出することを含む
ことを特徴とする方法。
〔２５〕前記ペプチドドープチトクロムｃが、電極への電子流におけるメディエータを含む、前記〔２４〕に記載の方法。
〔２６〕前記ペプチドドープチトクロムｃが電極上に直接固定される、前記〔２４〕に記載の方法。
〔２７〕前記ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2及び／又はチトクロムｃが前記バイオセンサ内の表面に固定される、前記〔２４〕に記載の方法。
〔２８〕前記ペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2及び／又はチトクロムｃが前記バイオセンサ内で自由に拡散可能である、前記〔２４〕に記載の方法。
〔２９〕環境汚染物質の生物的環境浄化で使用するための組成物であって、
１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現する組み換え細菌を含む
ことを特徴とする組成物。
〔３０〕前記組み換え細菌が、前記１種以上の芳香族カチオン性ペプチドをコードする核酸配列を含む、前記〔２９〕に記載の組成物。
〔３１〕前記核酸配列が、誘導プロモータの制御下で発現する、前記〔３０〕に記載の組成物。
〔３２〕前記核酸配列が、構成的プロモータの制御下で発現する、前記〔３０〕に記載の組成物。
〔３３〕前記核酸配列がプラスミドＤＮＡを含む、前記〔３０〕に記載の組成物。
〔３４〕前記核酸配列がゲノムインサートを含む、前記〔３０〕に記載の組成物。
〔３５〕前記組み換え細菌が、表７に挙げた細菌種由来である、前記〔２９〕に記載の組成物。
〔３６〕環境汚染物質の生物的環境浄化方法であって、
環境汚染物質含有材料を、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現している組み換え細菌を含む生物的環境浄化組成物と接触させることを含む
ことを特徴とする方法。
〔３７〕前記環境汚染物質が金属を含む、前記〔３６〕に記載の方法。
〔３８〕前記金属が、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｃｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｐｂ又はＢｉを含む、前記〔３７〕に記載の方法。
〔３９〕前記環境汚染物質が非金属を含む、前記〔３６〕に記載の方法。
〔４０〕前記非金属がサルフェートを含む、前記〔３９〕に記載の方法。
〔４１〕前記環境汚染物質がパークロレートを含む、前記〔３６〕に記載の方法。
〔４２〕前記パークロレートが、ＮＨ4ＣｌＯ4、ＣｓＣｌＯ4、ＬｉＣｌＯ4、Ｍｇ（ＣｌＯ4）2、ＨＣｌＯ4、ＫＣｌＯ4、ＲｂＣｌＯ4、ＡｇＣｌＯ4又はＮａＣｌＯ4を含む、前記〔４１〕に記載の方法。
〔４３〕前記環境汚染物質がニトレートを含む、前記〔３６〕に記載の方法。
〔４４〕前記ニトレートが、ＨＮＯ3、ＬｉＮＯ3、ＮａＮＯ3、ＫＮＯ3、ＲｂＮＯ3、ＣｓＮＯ3、Ｂｅ（ＮＯ3）2、Ｍｇ（ＮＯ3）2、Ｃａ（ＮＯ3）2、Ｓｒ（ＮＯ3）2、Ｂａ（ＮＯ3）2、Ｓｃ（ＮＯ3）3、Ｃｒ（ＮＯ3）3、Ｍｎ（ＮＯ3）2、Ｆｅ（ＮＯ3）3、Ｃｏ（ＮＯ3）2、Ｎｉ（ＮＯ3）2、Ｃｕ（ＮＯ3）2、Ｚｎ（ＮＯ3）2、Ｐｄ（ＮＯ3）2、Ｃｄ（ＮＯ3）2、Ｈｇ（ＮＯ3）2、Ｐｂ（ＮＯ3）2又はＡｌ（ＮＯ3）3を含む、前記〔４３〕に記載の方法。
〔４５〕前記環境汚染物質が放射性核種を含む、前記〔３６〕に記載の方法。
〔４６〕前記放射性核種がアクチニドを含む、前記〔４５〕に記載の方法。
〔４７〕前記放射性核種がウラニウムを含む、前記〔４５〕に記載の方法。
〔４８〕前記環境汚染物質が、メチル−ｔｅｒｔ−ブチル−エーテル（ＭＴＢＥ）、塩化ビニル又はジクロロエチレンを含む、前記〔３６〕に記載の方法。
〔４９〕生物的環境浄化をインシチュで行う、前記〔３６〕に記載の方法。
〔５０〕生物的環境浄化をエクスシチュで行う、前記〔３６〕に記載の方法。
〔５１〕前記細菌が、前記１種以上の芳香族カチオン性ペプチドをコードする核酸配列を含む、前記〔３６〕に記載の方法。
〔５２〕前記核酸配列が、誘導プロモータの制御下で発現する、前記〔５１〕に記載の方法。
〔５３〕前記核酸配列が、構成的プロモータの制御下で発現する、前記〔５１〕に記載の方法。
〔５４〕前記核酸配列がプラスミドＤＮＡを含む、前記〔５１〕に記載の方法。
〔５５〕前記核酸配列がゲノムインサートを含む、前記〔５１〕に記載の方法。
〔５６〕前記組み換え細菌が、表７に挙げた細菌種由来である、前記〔３６〕に記載の方法。
〔５７〕前記芳香族カチオン性ペプチドが、Ｄ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む、前記〔３６〕−〔５６〕のいずれかに記載の方法。

Claims (1)

  1. チトクロムｃ含有試料においてチトクロムｃ還元を増加させる方法であって、
    試料を有効量のペプチドＤ−Ａｒｇ−２’，６’−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2と接触させることを含む
    ことを特徴とする方法。
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