JP2018158927A - 芳香族カチオン性ペプチドおよびその使用 - Google Patents

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Abstract

【課題】シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃ還元を増大させる方法の提供。【解決手段】シトクロムｃを含有する試料を有効量のＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドと接触させる工程を含む方法。芳香族カチオン性ペプチドがドープされた（ｄｏｐｅｄ）、シトクロムｃを含有する試料は、センサーの構成要素、例えば光電池もしくはルミネッセントセンサー；導体；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；電荷貯蔵もしくは蓄積デバイス、例えば太陽光発電デバイス；集積回路；ソリッドステートデバイス；または任意の他の有機電子デバイス、電子輸送、カルジオリピン過酸化の阻害、アポトーシス阻害および電気伝導に使用しうる。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１１年１０月１７日出願の米国特許仮出願第６１／５４８，１１４号への優先権を主張し、その開示が全体として参照により本明細書に組み入れられる。
（技術分野）
本技術は、一般に、電子輸送および電気伝導に使用するための芳香族カチオン性ペプチド組成物および方法に関する。
（概要）
一態様において、本技術は、芳香族カチオン性ペプチド、またはその医薬的に許容可能な塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩を提供する。一部の実施形態において、該ペプチドは、
１．少なくとも１の正味正電荷；
２．最小で３のアミノ酸；
３．最大で約２０のアミノ酸；
４．正味正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間の、３ｐmがｒ＋１以下の最大数となる関係；
５．芳香族基の最小数（ａ）と正味正電荷の総数（ｐt）との間の、ａが１でありｐtも１になり得る場合を除き、２ａがｐt＋１以下の最大数となる関係、
を含む。
一部の実施形態において、該ペプチドは、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）またはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）を含む。一部の実施形態において、該ペプチドは、

のうちの１種以上を含む。
一部の実施形態において、「Ｄｍｔ」は、２’，６’−ジメチルチロシン（２’６’−Ｄｍｔ）または３’，５’−ジメチルチロシン（３’５’Ｄｍｔ）を指す。
一実施形態において、該ペプチドは、式Ｉ：
（式中、Ｒ1およびＲ2は、それぞれ独立して、
（ｉ）水素；
（ii）直鎖状または分枝状Ｃ1−Ｃ6アルキル；
（iii）
（iv）
（ｖ）
から選択され；
Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11およびＲ12は、それぞれ独立して、
（ｉ）水素；
（ii）直鎖状または分枝状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（ここで「ハロゲン」は、クロロ、フルオロ、ブロモおよびヨードを包含する）、
から選択され、
ｎは、１〜５の整数である）
により定義される。
特定の実施形態において、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11および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、およびＲ11は、全て水素であり；Ｒ8およびＲ12は、メチルであり；Ｒ10は、ヒドロキシルであり；ｎは、４である。
一実施形態において、該ペプチドは、式II：
（式中、Ｒ1およびＲ2は、それぞれ独立して、
（ｉ）水素；
（ii）直鎖状または分枝状Ｃ1−Ｃ6アルキル；
（iii）
（iv）
（ｖ）
（ここで、Ｒ3およびＲ4は、それぞれ独立して、
（ｉ）水素；
（ii）直鎖状または分枝状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（ここで「ハロゲン」は、クロロ、フルオロ、ブロモおよびヨードを包含する）、
から選択され；
Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、およびＲ9は、それぞれ独立して、
（ｉ）水素；
（ii）直鎖状または分枝状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（ここで「ハロゲン」は、クロロ、フルオロ、ブロモおよびヨードを包含する）、
から選択され；
ｎは、１〜５の整数である）
により定義される。
一実施形態において、該ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）としても表される、式：
により定義される。
一実施形態において、該ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１９）としても表される、式：
により定義される。
特定の実施形態において、Ｒ1およびＲ2は、水素であり；Ｒ3およびＲ4は、メチルであり；Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、および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並ぶコア構造モチーフを有する。例えば該ペプチドは、以下に示される式III〜VIのいずれかにより定義されるテトラペプチドであってもよい：
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)
（式中、芳香族は、Ｐｈｅ（Ｆ）、Ｔｙｒ（Ｙ）、Ｔｒｐ（Ｗ）、およびシクロヘキシルアラニン（Ｃｈａ）からなる群より選択される残基であり；カチオン性は、Ａｒｇ（Ｒ）、Ｌｙｓ（Ｋ）、ノルロイシン（Ｎｌｅ）、および２−アミノ−ヘプタン酸（Ａｈｅ）からなる群より選択される残基である）。
一部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。
一部の実施形態において、本開示は、シトクロムｃに関する方法を提供する。一部の実施形態において、該方法は、試料を芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩の有効量と接触させることを含む、シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃ還元を増大させることに関する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、該方法は、試料を有効量の芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩と接触させることを含む、シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃを通る電子の拡散を増加させることに関する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、該方法は、試料を有効量の芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩と接触させることを含む、シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃにおいて、電子の能力を増強することに関する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、該方法は、試料を有効量の芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩と接触させることを含む、シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃの周囲に新規なπ−π相互作用を導入することに関する。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部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。一部の実施形態において、該方法は、試料を芳香族カチオン性ペプチド（例えば、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2またはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2）およびカルジオリピンと接触させることを含む。一部の実施形態において、該方法は、試料をカルジオリピンと接触させることを含む。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドがドープされた（ｄｏｐｅｄ）、または芳香族カチオン性ペプチドとカルジオリピンとがドープされた、またはカルジオリピンがドープされたシトクロムｃを含有する試料は、センサーの構成要素、例えば光電池もしくはルミネッセントセンサー；導体；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；電荷貯蔵もしくは蓄積デバイス、例えば太陽光発電デバイス；集積回路；ソリッドステートデバイス；または任意の他の有機電子デバイスを含む。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部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。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の実施形態において、シトクロムｃは、精製形態、単離形態および／または濃縮形態で試料中に存在する。一部の実施形態において、シトクロムｃは、天然形態で試料中に存在する。例えば一部の実施形態において、シトクロムｃは、１つ以上のミトコンドリア中に存在する。一部の実施形態において、ミトコンドリアは、単離されている。他の実施形態において、ミトコンドリアは、細胞中または細胞調製物中に存在する。一部の実施形態において、シトクロムｃは、芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩がドープされている。一部の実施形態において、シトクロムｃは、芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩とカルジオリピンとがドープされている。一部の実施形態において、シトクロムｃは、カルジオリピンがドープされている。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部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。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の態様において、本開示は、ミトコンドリア呼吸に関する方法を提供する。一部の実施形態において、該方法は、ミトコンドリアＯ2消費を増加させること、試料中のＡＴＰ合成を増加させること、および／またはシトクロムｃ除去ミトプラスト中の呼吸を増進すること、に関する。一部の実施形態において、ミトコンドリアおよび／またはシトクロムｃ除去ミトプラストを含有する試料を、有効量の芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩と接触させる。一部の実施形態において、ミトコンドリアおよび／またはシトクロムｃ除去ミトプラストを含有する試料を、芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩およびカルジオリピンの有効量と接触させる。一部の実施形態において、ミトコンドリアおよび／またはシトクロムｃ除去ミトプラストを含有する試料を、カルジオリピンの有効量と接触させる。一部の実施形態において、ミトコンドリアは、精製形態、単離形態および／または濃縮形態で試料中に存在する。一部の実施形態において、ミトコンドリアは、天然形態で試料中に存在する。例えば一部の実施形態において、ミトコンドリアは、細胞中または細胞調製物中に存在する。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部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。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の態様において、センサーが提供される。一部の実施形態において、センサーは、本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩の一定レベルがドープされたシトクロムｃ（「ｃｙｔ ｃ」）を含む。一部の実施形態において、センサーは、芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩およびカルジオリピンの一定レベルがドープされたｃｙｔ ｃを含む。一部の実施形態において、センサーは、カルジオリピンの一定レベルがドープされたｃｙｔ ｃを含む。一部の実施形態において、センサーは、芳香族カチオン性ペプチド、該ペプチドとカルジオリピン、またはカルジオリピンのレベルの変化により誘導されるｃｙｔ ｃの特性変化を測定する計量器を含む。一部の実施形態において、ペプチドもしくはカルジオリピン、またはその両方のレベルは、ｃｙｔ ｃの温度およびｃｙｔ ｃのｐＨのうちの少なくとも一方の変動に応答して変化する。一部の実施形態において、該特性は、導電率であり、計量器は、ｃｙｔ ｃと電気的に連通するアノードおよびカソードを含む。一部の実施形態において、該特性は、フォトルミネセンスであり、計量器は、本発明の芳香族カチオン性ペプチド、または芳香族カチオン性ペプチドとカルジオリピン、またはカルジオリピンの一定レベルがドープされたｃｙｔ ｃにより発光された光の強度、およびペプチドがドープされたｃｙｔ ｃ、またはペプチドとカルジオリピンとがドープされたｃｙｔ ｃ、またはカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃにより発光された光の波長、のうちの少なくとも一方の変化を測定する光検出器を含む。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部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。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の態様において、感知する方法が提供される。一部の実施形態において、該方法は、芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩の一定レベルがドープされたｃｙｔ ｃの特性変化を測定することを含む。一部の実施形態において、該方法は、芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩とカルジオリピンの一定レベルがドープされたｃｙｔ ｃの特性変化を測定することを含む。一部の実施形態において、該方法は、カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃの特性変化を測定することを含む。一部の実施形態において、測定される変化は、芳香族カチオン性ペプチド、カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンのレベルの変化により誘導される。一部の実施形態において、ペプチド、カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンのレベルは、ｃｙｔ ｃの温度およびｃｙｔ ｃのｐＨのうちの少なくとも一方の変動に応答して変化する。一部の実施形態において、該特性は、導電率、フォトルミネセンス強度、およびフォトルミネセンス波長のうちの少なくとも１つである。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部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。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の実施形態において、スイッチが提供される。一部の実施形態において、スイッチは、ｃｙｔ ｃと、芳香族カチオン性ペプチドの供給源と、を含む。一部の実施形態において、スイッチは、ｃｙｔ ｃと、芳香族カチオン性ペプチドの供給源と、カルジオリピンと、を含む。一部の実施形態において、スイッチは、ｃｙｔ ｃと、カルジオリピンの供給源と、を含む。一部の実施形態において、ペプチド、カルジオリピンとペプチド、またはカルジオリピンは、ｃｙｔ ｃと連通している。一部の実施形態において、アクチュエータが、ｃｙｔ ｃと連通しているペプチド、カルジオリピンとペプチド、またはカルジオリピンの量を制御するために提供される。一部の実施形態において、アクチュエータは、ｃｙｔ ｃの温度およびｃｙｔ ｃのｐＨのうちの少なくとも一方を制御する。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部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。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の実施形態において、切り替え方法が提供される。一部の実施形態において、該方法は、ｃｙｔ ｃと連通している芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩のレベルを変化させることを含む。一部の実施形態において、該方法は、ｃｙｔ ｃと連通している芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩とカルジオリピンのレベルを変化させることを含む。一部の実施形態において、該方法は、ｃｙｔ ｃと連通しているカルジオリピンのレベルを変化させることを含む。一部の実施形態において、ペプチド、カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンのレベルを変化させることは、ｃｙｔ ｃの温度およびｃｙｔ ｃのｐＨのうちの少なくとも一方を変動させることを含む。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部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。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の態様において、発光素子が提供される。一部の態様において、発光素子は、芳香族カチオン性ペプチド、例えばＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、および／もしくはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2、またはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩の有効量がドープされたｃｙｔ ｃと、ｃｙｔ ｃからの発光を刺激する光源と、を含む。一部の態様において、発光素子は、芳香族カチオン性ペプチド、例えばＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、および／もしくはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2、またはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩およびカルジオリピンの有効量がドープされたｃｙｔ ｃと、ｃｙｔ ｃからの発光を刺激する光源と、を含む。一部の態様において、発光素子は、カルジオリピンの有効量がドープされたｃｙｔ ｃと、ｃｙｔ ｃからの発光を刺激する光源と、を含む。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の態様において、発光方法が、提供される。幾つかの実施態様において、該方法は、芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩、例えばＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、および／またはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2の有効量がドープされたｃｙｔ ｃを刺激することを含む。幾つかの実施態様において、該方法は、芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩、例えばＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、および／またはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2と、カルジオリピンと、の有効量がドープされたｃｙｔ ｃを刺激することを含む。一部の実施形態において、該方法は、カルジオリピンの有効量がドープされたｃｙｔ ｃを刺激することを含む。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の実施形態において、本開示は、ｃｙｔ ｃバイオセンサーのための方法および組成物を提供する。一部の実施形態において、ｃｙｔ ｃバイオセンサーは、本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩のうちの１種以上を含む。一部の実施形態において、ｃｙｔ ｃバイオセンサーは、本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩とカルジオリピンのうちの１種以上を含む。一部の実施形態において、ｃｙｔ ｃバイオセンサーは、カルジオリピンを含む。一部の実施形態において、ペプチドがドープされた、カルジオリピンがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃは、バイオセンサー内でレドックス活性酵素と電極の間の媒介物質として機能する。一部の実施形態において、ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃは、バイオセンサーの電極に直接固定されている。一部の実施形態において、ペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃは、バイオセンサーの電極に直接固定されている。一部の実施形態において、カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃは、バイオセンサーの電極に直接固定されている。一部の実施形態において、ペプチド、カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンは、バイオセンサー内でｃｙｔ ｃに結合している。一部の実施形態において、ペプチド、カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンは、ｃｙｔ ｃに結合していない。一部の実施形態において、カルジオリピン、ペプチド、またはｃｙｔ ｃのうちの１つ以上は、バイオセンサー内の表面に固定されている。一部の実施形態において、カルジオリピン、ペプチド、またはｃｙｔ ｃのうちの１つ以上は、バイオセンサー内で自由に拡散可能である。一部の実施形態において、バイオセンサーは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドを含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、バイオセンサーは、芳香族カチオン性ペプチドＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
一部の実施形態において、本開示は、環境汚染物質のバイオレメディエーション（ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ）のための組成物を提供する。一部の実施形態において、該組成物は、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドまたはその塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩を発現する組換えバクテリアを含む。一部の実施形態において、組換えバクテリアは、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を含む。一部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される。一部の実施形態において、核酸は、構成性プロモータの制御下で発現される。一部の実施形態において、核酸は、プラスミドＤＮＡを含む。一部の実施形態において、核酸は、ゲノムインサートを含む。一部の実施形態において、組換えバクテリアは、表７に列挙されたバクテリア種に由来する。
一部の態様において、本開示は、環境汚染物質のバイオレメディエーションのための方法を提供する。一部の態様において、該方法は、環境汚染物質を含有する材料を、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現する組換えバクテリアを含むバイオレメディエーション組成物と接触させることを含む。一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、異化的金属還元のための方法を含む。一部の実施形態において、該金属は、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、またはＢｉを含む。一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、非金属の異化的還元のための方法を含む。一部の実施形態において、非金属は、硫酸塩を含む。一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、過塩素酸塩の異化的還元のための方法を含む。一部の実施形態において、過塩素酸塩は、ＮＨ4ＣｌＯ4、ＣｓＣｌＯ4、ＬｉＣｌＯ4、Ｍｇ（ＣｌＯ4）2、ＨＣｌＯ4、ＫＣｌＯ4、ＲｂＣｌＯ4、ＡｇＣｌＯ4、またはＮａＣｌＯ4を含む。一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、異化的硝酸塩還元のための方法を含む。一部の実施形態において、硝酸塩は、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、またはＡｌ（ＮＯ3）3を含む。一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、放射線核種の異化的還元のための方法を含む。一部の実施形態において、放射性核種は、アクチニドを含む。一部の実施形態において、放射性核種は、ウランを含む。一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、塩化ビニル、またはジクロロエチレンの異化的還元のための方法を含む。
一部の実施形態において、本明細書に記載のバイオレメディエーション法は、インサイチュ（ｉｎ ｓｉｔｕ）で実施される。一部の実施形態において、本明細書に記載のバイオレメディエーション法は、エクスサイチュ（ｅｘ ｓｉｔｕ）で実施される。
一部の実施形態において、本明細書に記載れたバイオレメディエーション法は、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する核酸を含む組換えバクテリアと接触させることを含む。一部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される。一部の実施形態において、核酸は、構成性プロモータの制御下で発現される。一部の実施形態において、核酸は、プラスミドＤＮＡを含む。一部の実施形態において、核酸は、ゲノムインサートを含む。一部の実施形態において、組換えバクテリアは、表７に列挙されたバクテリア種に由来する。
本明細書に開示のバイオレメディエーションの方法および組成物の一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む。
Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）がｃｙｔ ｃ還元の速度を上昇させることを示すグラフである。 （上図）Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）がｃｙｔ ｃにより電子拡散を増進させることを示すグラフである。（下図）増加する用量のＳＳ−３１を含む溶液中のｃｙｔ ｃのサイクリックボルタモグラムを示すグラフである（１００ｍＶ／ｓで２０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ホウ酸塩−ＥＤＴＡ（ＴＢＥ）緩衝液 ｐＨ７） Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）がｃｙｔ ｃにおける電子の能力を増進することを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）がｃｙｔ ｃヘムの周囲の新規なπ−π相互作用を誘導することを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）が単離されたミトコンドリア中のＯ2消費を増加させることを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）が単離されたミトコンドリア中のＡＴＰ合成を増加させることを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）がｃｙｔ ｃ除去ミトプラスト中の呼吸を増進することを示すグラフである。 ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃセンサーの図である。 別のペプチドがドープされたｃｙｔ ｃセンサーの図である。 ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃのスイッチの図である。 ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃが電極への電子流動におけるメディエータとして機能する、バイオセンサー内の電子流動の図である。 ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃが電極に固定されている、バイオセンサー内の電子流動の図である。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）およびＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）がシトクロムｃ還元を促進することを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）およびＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）が、単離されたラット腎臓ミトコンドリア中のＯ2消費により測定される電子フラックスを促進することを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）およびＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）が、単離されたラット腎臓ミトコンドリア中のＡＴＰ生成速度を上昇させることを示すグラフである。 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。 分散されたヘテロ接合有機太陽光電池のブロック図である。 図１９ａは、高度に折り曲げられた（ｈｉｇｈｌｙ ｆｏｌｄｅｄ）ヘテロ接合有機太陽光電池による電子正孔対の生成を示す。図１９ｂは、作製された制御成長型（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−ｇｒｏｗｔｈ）ヘテロ接合有機太陽光電池を含む電子正孔対の生成を示す。 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、および有機太陽光電池をはじめとする有機電子デバイスの製造中に有機材料の薄膜を堆積させるための技術を示す。 Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−１９）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３６）およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３７）とＣＬとの相互作用を示すグラフである。 Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−１９）とシトクロムｃとの相互作用を示すグラフである。 Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−１９）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３７）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３６）と、シトクロムｃおよびＣＬとの相互作用を示すグラフである。 Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−１９）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３６）およびＤ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＰＩ−２３１）がシトクロムｃのヘム環境をＣＬのアシル鎖から防御することを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＰＩ−２３１）がＣＬにより誘起されたシトクロムｃ還元の阻害を防止することを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）およびＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）が単離されたミトコンドリア中のＯ2消費を増進することを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）が単離されたミトコンドリア中のＡＴＰ合成を増加させることを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）がシトクロムｃ除去ミトプラスト中の呼吸を増進することを示すグラフである。 Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−１９）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３６）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３７）およびＤ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＰＩ−２３１）がシトクロムｃ／ＣＬ複合体中のペルオキシダーゼ活性を防止することを示すグラフである。
本発明の実質的な理解を与えるために、本発明の特定の態様、様式、実施形態、変形例および特色を以下に様々なレベルで詳述することを認識されたい。本明細書で用いられる特定の用語の定義を、以下に示す。他に定義されない限り、本明細書で用いられる全ての技術的および科学的用語は、一般に、本発明が属する技術分野の当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。
本開示を実践する際に、細胞生物学、分子生物学、蛋白質生化学、免疫学、およびバクテリア学の多くの従来技術が用いられる。これらの技術は、当該技術分野で周知であり、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｓ．Ｉ−ＩＩＩ，Ａｕｓｕｂｅｌ，Ｅｄ．（１９９７）；Ｓａｍｂｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ．，ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄ．（Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ，ＮＹ，１９８９）をはじめとする、任意の数の入手可能な発行物に示される。
本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられる単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、他に明白に示されない限り複数の指示物を示す。例えば「細胞（ａ ｃｅｌｌ）」は、２以上の細胞の組み合わせなどを含む。
本明細書で用いられる「薬剤、薬物またはペプチドの対象への投与」は、意図する機能を実施する化合物を対象に導入または送達する任意の経路を含む。投与は、経口、経鼻、非経口（静脈内、筋肉内、腹腔内、または皮下）、または局所をはじめとする任意の適切な経路により実施され得る。
本明細書で用いられる用語「アミノ酸」は、天然由来アミノ酸および合成アミノ酸、ならびに天然由来アミノ酸と類似の手法で機能するアミノ酸類似体およびアミノ酸模倣体を包含する。天然由来アミノ酸は、遺伝子コードによりコードされるアミノ酸、および後期に修飾されたアミノ酸、例えば、ヒドロキシプロリン、γ−カルボキシグルタミン酸塩、およびＯ−ホスホセリンである。アミノ酸類似体は、天然由来アミノ酸と同じ基本化学構造、即ち水素、カルボキシル基、アミノ基、およびＲ基に結合した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を指す。そのような類似体は、修飾されたＲ基（例えば、ノルロイシン）または修飾されたペプチド骨格を有するが、天然由来アミノ酸と同じ基本化学構造を保持する。アミノ酸模倣体は、アミノ酸の一般的な化学構造とは異なる構造を有するが、天然由来アミノ酸と類似の手法で機能する化学化合物を指す。アミノ酸は、本明細書において、ＩＵＰＡＣ−ＩＵＢ生化学命名法委員会（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）の推奨する、一般に公知の３文字表記または１文字表記により称号され得る。
本明細書で用いられる用語「有効量」は、所望の治療的および／または予防的効果を実現するのに十分な量を指す。治療的または予防的適用に関連して、対象に投与される組成物の量は、疾患のタイプおよび重症度、ならびに個体の特性、例えば一般的健康状態、年齢、性別、体重および薬物への耐容性に依存する。それは、疾患の度合い、重症度およびタイプにも依存する。当業者は、これらおよび他の因子に応じて適切な投薬量を決定することができる。該組成物は、１種以上の追加的治療化合物と併せて投与することもできる。一部の実施形態において、用語「有効量」は、電気移動を促進または増進するために、所望の電子的または導電的効果を実現するのに十分な量を指す。
本明細書で用いられる「外因性核酸」は、天然には宿主細胞内に存在せず、外部供給源から導入される核酸（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ）を指す。本明細書で用いられる外因性核酸は、宿主細胞のゲノム内に統合されておらず、別個のまま存在する核酸、例えばバクテリアプラスミド核酸を指す。本明細書で用いられる「バクテリアプラスミド」は、該当する配列の担体として、およびバクテリア宿主細胞内のその配列を発現するための手段として機能するバクテリア起源の環状ＤＮＡを指す。
「単離」または「精製」されたポリペプチドまたはペプチドは、その薬剤が由来する細胞もしくは組織の供給源からの細胞材料もしくは他の混入ポリペプチドを実質的に含まない、または化学合成された時に化学的前駆体もしくは他の化学物質を実質的に含まない。例えば単離された芳香族カチオン性ペプチド、または単離されたシトクロムｃ蛋白質は、薬物の診断的もしくは治療的使用と干渉する材料、またはペプチドの導電率もしくは電気的性質と干渉する材料を含まない。そのような干渉材料としては、酵素、ホルモンならびに他の蛋白質性および非蛋白質性溶質を挙げることができる。
本明細書で用いられる「誘導性プロモータ」は、特定の条件、例えば温度または特異的分子の存在により影響を受け、それらの条件に適う場合のみ、該当する動作可能に連結された核酸配列の発現を促進するプロモータを指す。
本明細書で用いられる「構造性プロモータ」は、全てまたはほとんどの環境条件下で該当する動作可能に連結された核酸配列の発現を促進するプロモータを指す。
本明細書で用いられる用語「ポリペプチド」、「ペプチド」、および「蛋白質」は、本明細書において互換的に用いられ、ペプチド結合または修飾されたペプチド結合により互いに連結された２つ以上のアミノ酸を含むポリマー、例えばペプチドアイソスターを意味する。ポリペプチドは、一般にペプチド、グリコペプチドまたはオリゴマーと称される短鎖、および一般に蛋白質と称される長鎖の両方を指す。ポリペプチドは、２０の遺伝子コードアミノ酸を超えるアミノ酸を含有し得る。ポリペプチドは、天然のプロセス、例えば翻訳後の工程により、または当該技術分野で周知の化学修飾技術により修飾されたアミノ酸配列を含む。
本明細書で用いられる「組換えバクテリア」は、１以上の外因性核酸（例えば、ＤＮＡ）配列を保有および／または発現するように操作されたバクテリアを指す。
本明細書で用いられる用語「処置すること」または「処理」または「緩和」は、治療的処置および予防的または防止的操作の両方を指し、その目的は、標的とする病的状態または障害を予防または遅延（低減）させることである。記載された医療的状態の処置または予防の様々な様式が、「実質的」を意味し、全体的だけでなく全体に満たない処置または予防を含み、全体的な処置または予防未満も含み、幾つかの生物学的または医療的関連結果が実現されることも理解されよう。
本明細書で用いられる、障害または状態の「予防」または「予防をすること」は、未処置対照試料に対して処置された試料において障害もしくは状態の出現を低減する化合物、または未処置対照試料に対して障害もしくは状態の症状１つ以上の発症を遅延させる、もしくはその重症度を低減する化合物を指す。
芳香族カチオン性ペプチド
本技術は、芳香族カチオン性ペプチドの使用に関する。一部の実施形態において、該ペプチドは、導電率に関する態様において有用である。
芳香族カチオン性ペプチドは水溶性であり、高極性である。これらの特性にも関わらず、ペプチドは、細胞膜を即座に透過し得る。芳香族カチオン性ペプチドは、典型的に、ペプチド結合により共有結合された最小で３個のアミノ酸または最小で４個のアミノ酸を含む。芳香族カチオン性ペプチド中に存在するアミノ酸の最大数は、ペプチド結合により共有結合された約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、または約６個である。
芳香族カチオン性ペプチドのアミノ酸は、任意のアミノ酸であってもよい。本明細書で用いられる用語「アミノ酸」は、少なくとも１つのアミノ基および少なくとも１つのカルボキシル基を含む任意の有機分子を指すために用いられる。典型的には少なくとも１つのアミノ基は、カルボキシル基に対してα位に存在する。アミノ酸は天然由来であってもよい。天然由来アミノ酸としては、例えば、哺乳動物の蛋白質中で通常見出される２０種類の最も一般的な左旋性（Ｌ）アミノ酸、即ちアラニン（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）、リシン（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）、トレオニン（Ｔｈｒ）、トリプトファン（Ｔｒｐ）、チロシン（Ｔｙｒ）、およびバリン（Ｖａｌ）が挙げられる。他の天然由来アミノ酸としては、例えば蛋白質合成と関係がない代謝過程で合成されるアミノ酸が挙げられる。例えば、アミノ酸オルニチンおよびシトルリンは、尿素生成時の哺乳動物の代謝において合成される。天然由来アミノ酸の別の例としては、ヒドロキシプロリン（Ｈｙｐ）が挙げられる。
ペプチドは、場合により１つ以上の非天然由来アミノ酸を含む。場合によりペプチドは、天然由来であるアミノ酸を有さない。非天然由来アミノ酸は、左旋性（Ｌ−）、右旋性（Ｄ−）、またはそれらの混合物であってもよい。非天然由来アミノ酸は、生存する生物体の通常の代謝過程では典型的に合成されず、かつ蛋白質中には天然に発生しないアミノ酸である。さらに非天然由来アミノ酸は、適切には一般的なプロテアーゼによっても認識されない。非天然由来アミノ酸は、ペプチド内の任意の位置に存在し得る。例えば非天然由来アミノ酸は、Ｎ末端、Ｃ末端、またはＮ末端とＣ末端との間の任意の位置に存在し得る。
非天然由来アミノ酸は、例えば天然アミノ酸中に見出されないアルキル基、アリール基、またはアルキルアリール基を含んでいてもよい。非天然アルキルアミノ酸の幾つかの例としては、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、およびε−アミノカプロン酸が挙げられる。非天然アリールアミノ酸の幾つかの例としては、オルト−、メタ−、およびパラ−アミノ安息香酸が挙げられる。非天然アルキルアリールアミノ酸の幾つかの例としては、オルト−、メタ−、およびパラ−アミノフェニル酢酸、ならびにγ−フェニル−β−アミノ酪酸が挙げられる。非天然由来アミノ酸は、天然由来アミノ酸の誘導体を含む。天然由来アミノ酸の誘導体は、例えば、天然由来アミノ酸に１つ以上の化学基を付加したものを含み得る。
例えば、１つ以上の化学基が、フェニルアラニンもしくはチロシン残基の芳香環の２’位、３’位、４’位、５’位、もしくは６’位、またはトリプトファン残基のベンゾ環の４’位、５’位、６’位、もしくは７’位のうちの１つ以上に付加され得る。この基は、芳香族環に付加され得る任意の化学基であってもよい。そのような基の幾つかの例としては、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、またはｔ−ブチルなどの分枝状または非分枝状のＣ1−Ｃ4アルキル、Ｃ1−Ｃ4アルキルオキシ（即ち、アルコキシ）、アミノ、Ｃ1−Ｃ4アルキルアミノ、および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（即ち、フルオロ、クロロ、ブロモ、またはヨード）が挙げられる。天然由来アミノ酸の非天然誘導体の幾つかの具体例として、ノルバリン（Ｎｖａ）およびノルロイシン（Ｎｌｅ）が挙げられる。
ペプチド中のアミノ酸の修飾の別の例が、ペプチドのアスパラギン酸また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、アンモニアによるアミド化、またはメチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、もしくはジエチルアミンなどの第一級もしくは第二級アミンによるアミド化である。誘導体化の別の例としては、例えばメチルまたはエチルアルコールによる、エステル化が挙げられる。別のそのような修飾としては、リシン、アルギニン、またはヒスチジン残基のアミノ基の誘導体化が挙げられる。例えば、そのようなアミノ基は、アクリル化され得る。幾つかの適切なアシル基としては、例えばアセチルまたはプロピオニル基などの上述のＣ1−Ｃ4アルキル基のいずれかを含むベンゾイル基またはアルカノイル基が挙げられる。
非天然由来アミノ酸は、適切には一般的なプロテアーゼに耐性または非感受性である。プロテアーゼに耐性または非感受性である非天然由来アミノ酸の例としては、上述の天然由来Ｌ−アミノ酸のいずれかの右旋性（Ｄ−）形態に加え、Ｌ−および／またはＤ−非天然由来アミノ酸も挙げられる。Ｄ−アミノ酸は通常、蛋白質中に生じないが、細胞の通常のリボソーム蛋白質合成装置以外の手段によって合成される特定のペプチド抗生物質中に見出される。本明細書で用いられるＤ−アミノ酸は、非天然由来アミノ酸と見なされる。
プロテアーゼ感受性を最小限に抑えるため、ペプチドは、アミノ酸が天然由来であるか、または非天然由来であるかにかかわらず、一般的なプロテアーゼによって認識される５個未満、４個未満、３個未満、または２個未満の隣接するＬ−アミノ酸を有さなければならない。一実施形態において、ペプチドは、Ｄ−アミノ酸のみを有し、Ｌ−アミノ酸は有さない。ペプチドが、アミノ酸のプロテアーゼ感受性配列を含む場合、アミノ酸の少なくとも１つは、好ましくは非天然由来Ｄ−アミノ酸であり、それによりプロテアーゼ耐性を付与する。プロテアーゼ感受性配列の例としては、エンドペプチダーゼおよびトリプシンなどの一般的なプロテアーゼによって即座に切断される２つ以上の隣接する塩基性アミノ酸が挙げられる。塩基性アミノ酸の例としては、アルギニン、リシン、およびヒスチジンが挙げられる。
芳香族カチオン性ペプチドは、ペプチド中のアミノ酸残基の総数と比較して、生理学的ｐＨで正味正電荷の最小数を有さなければならない。生理学的ｐＨでの正味正電荷の最小数は、以下では（ｐm）と称される。ペプチド中のアミノ酸残基の総数は、以下では（ｒ）と称される。後述する正味正電荷の最小数は、全て生理学的ｐＨでの値である。本明細書で用いられる用語「生理学的ｐＨ」は、哺乳動物の体の組織および臓器の細胞中の正常なｐＨを指す。例えば、ヒトの生理学的ｐＨは、通常はおよそ７．４であるが、哺乳動物の通常の生理学的ｐＨは、約７．０〜約７．８のいずれかのｐＨになり得る。
本明細書で用られる「正味電荷」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差し引きの量を意味する。本明細書において、正味電荷が生理学的ｐＨで測定されることは、理解されよう。生理学的ｐＨで正に帯電した天然由来アミノ酸としては、Ｌ−リシン、Ｌ−アルギニン、およびＬ−ヒスチジンが挙げられる。生理学的ｐＨで負に帯電した天然由来アミノ酸としては、Ｌ−アスパラギン酸およびＬ−グルタミン酸が挙げられる。
典型的にはペプチドは、正に帯電したＮ末端アミノ基と、負に帯電したＣ末端カルボキシル基とを有する。電荷は、生理学的ｐＨで互いに打ち消し合う。正味電荷の計算の例として、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（即ち、Ｇlｕ）および４個の正に帯電したアミノ酸（即ち、２個のＡｒｇ残基、１個のＬｙｓ、および１個のＨｉｓ）を有する。それゆえ先のペプチドは、３の正味正電荷を有する。
一実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、３ｐmがｒ＋１以下の最大数である、生理学的ｐＨでの正味正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との関係を有する。この実施形態において、正味正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との関係は、以下の通りである。
別の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、２ｐmがｒ＋１以下の最大数である、正味正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との関係を有する。この実施形態において、正味正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との関係は、以下の通りである。
一実施形態において、正味正電荷の最小数（ｐm）と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個または４個のアミノ酸残基および最小で１の正味正電荷を有し、適切には最小で２の正味正電荷を有し、より好ましくは最小で３の正味正電荷を有する。
芳香族カチオン性ペプチドが、正味正電荷の総数（ｐt）と比較して最小数の芳香族基を有することも、重要である。最小数の芳香族基は、以下では（ａ）と称される。芳香族基を有する天然由来アミノ酸としては、アミノ酸ヒスチジン、トリプトファン、チロシン、およびフェニルアラニンが挙げられる。例えば、ヘキサペプチドＬｙｓ−Ｇｌｎ−Ｔｙｒ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｔｒｐは、２の正味正電荷（リシンおよびアルギニン残基による寄与）と３個の芳香族基（チロシン、フェニルアラニン、およびトリプトファン残基による寄与）を有する。
芳香族カチオン性ペプチドは、ｐtが１でａも１になり得る場合を除き、３ａがｐt＋１以下の最大数である、芳香族基の最小数（ａ）と生理学的ｐＨでの正味正電荷の総数（ｐt）との関係も有さなければならない。この実施形態において、芳香族基の最小数（ａ）と正味正電荷の総数（ｐt）との関係は、以下の通りである。
別の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、２ａがｐt＋１以下の最大数である、芳香族基の最小数（ａ）と生理学的ｐＨでの正味正電荷の総数（ｐt）との関係を有する。この実施形態において、芳香族アミノ酸残基の最小数（ａ）と正味正電荷の総数（ｐt）との関係は以下の通りである。
別の実施形態において、芳香族基の数（ａ）と正味正電荷の総数（ｐt）は、等しい。
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Ｃ末端アミドを形成するアンモニアで、アミド化される。あるいはＣ末端アミノ酸の末端カルボキシル基は、任意の第一級または第二級アミンでアミド化されていてもよい。第一級または第二級アミンは、例えばアルキルであってもよく、特に分枝状または非分枝状のＣ1−Ｃ4アルキルまたはアリールアミンであってもよい。したがってペプチドのＣ末端のアミノ酸は、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、またはＮ−フェニル−Ｎ−エチルアミド基に変換されてもよい。芳香族カチオン性ペプチドのＣ末端には生じないアスパラギン、グルタミン、アスパラギン酸、およびグルタミン酸残基の遊離カルボキシラート基も、ペプチド内のどこでもアミド化されてよい。これらの内部の位置でのアミド化は、先に記載されたアンモニアまたは、第一級もしくは第二級アミンのいずれかであってもよい。
一実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、２の正味正電荷および少なくとも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の正味正電荷および２個の芳香族アミノ酸を有するトリペプチドである。
一実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、
１．少なくとも１の正味正電荷；
２．最小で３のアミノ酸；
３．最大で約２０のアミノ酸；
４．正味正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間の、３ｐmがｒ＋１以下の最大数となる関係；
５．芳香族基の最小数（ａ）と正味正電荷の総数（ｐt）との間の、ａが１でありｐtも１になり得る場合を除き、２ａがｐt＋１以下の最大数となる関係、
を有する。
別の実施形態において、本発明は、ミトコンドリア膜透過性遷移（ＭＰＴ）を受けるミトコンドリアの数を低下させる方法、または哺乳動物の摘出臓器においてミトコンドリア膜透過性遷移を予防する方法を提供する。該方法は、
少なくとも１の正味正電荷；
最小で３のアミノ酸；
最大で約２０のアミノ酸；
正味正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間の、３ｐmがｒ＋１以下の最大数となる関係；
芳香族基の最小数（ａ）と正味正電荷の総数（ｐt）との間の、ａが１でありｐtも１になり得る場合を除き、２ａがｐt＋１以下の最大数となる関係、
を有する、芳香族カチオン性ペプチドの有効量を摘出臓器に投与することを含む。
更に別の実施形態において、本発明は、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（ＭＰＴ）を受けるミトコンドリアの数を低下させる方法、または哺乳動物の摘出臓器においてミトコンドリア膜透過性遷移を予防する方法を提供する。該方法は、
少なくとも１の正味正電荷；
最小で３のアミノ酸；
最大で約２０のアミノ酸；
正味正電荷の最小数（ｐm）とアミノ酸残基の総数（ｒ）との間の、３ｐmがｒ＋１以下の最大数となる関係；
芳香族基の最小数（ａ）と正味正電荷の総数（ｐt）との間の、ａが１でありｐtも１になり得る場合を除き、３ａがｐt＋１以下の最大数となる関係、
を有する、芳香族カチオン性ペプチドの有効量を哺乳動物に投与することを含む。
芳香族カチオン性ペプチドとしては、限定するものではないが、以下の例示的ペプチド：



が挙げられる。
一部の実施形態において、本発明の方法において有用なペプチドは、チロシン残基またはチロシン誘導体を有するペプチドである。一部の実施形態において、チロシンの誘導体としては、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）；および２’−ヒドロキシ−６’−メチルチロシン（Ｈｍｔ）が挙げられる。
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−１と称する）を有する。ＳＳ−０１は、アミノ酸チロシン、アルギニン、およびリシンにより寄与される３の正味正電荷を有し、アミノ酸フェニルアラニンおよびチロシンにより寄与される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と称される）を有する化合物を製造する、２’，６’−ジメチルチロシンなどのチロシンの修飾された誘導体であってもよい。
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。そのようなペプチドの例が、Ｄ−Ａｒｇ−２’６’ Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（本明細書ではＳＳ−３１と称される）である。
別の実施形態において、Ｎ末端のアミノ酸は、フェニルアラニンまたはその誘導体である。一部の実施形態において、フェニルアラニンの誘導体としては、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）；および２’−ヒドロキシ−６’−メチルフェニルアラニン（Ｈｍｐ）が挙げられる。そのようなペプチドの例が、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（本明細書ではＳＳ−２０と称される）である。一実施形態において、ＳＳ−０２のアミノ酸配列は、ＤｍｔがＮ末端にならないように転位される。そ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。
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−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（本明細書では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’ Ｄｍｔ）など、フェニルアラニンの誘導体であってもよい。アミノ酸位置の１つに２’，６’−ジメチルフェニルアラニンを含むＳＳ−０１は、式２’，６’ Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を有する。
一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
本明細書に記述されたペプチドおよびそれらの誘導体は、機能的類似体を更に含むことができる。類似体が規定されたペプチドと同じ機能を有する場合、ペプチドは機能的類似体と見なされる。例えば類似体は、１つ以上のアミノ酸が別のアミノ酸で置換されている、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は、保存的アミノ酸置換を含む。アミノ酸は、物理化学的性質によって以下のように分類することができる：
（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）；および
（ｅ）芳香族アミノ酸：Ｐｈｅ（Ｆ）Ｔｙｒ（Ｙ）Ｔｒｐ（Ｗ）Ｈｉｓ（Ｈ）。
同じ群内の別のアミノ酸によるペプチド中のアミノ酸の置換は、保存的置換と称され、元のペプチドの物理的化学的性質を保持し得る。その一方で、異なる群内の別のアミノ酸によるペプチド中のアミノ酸の置換は、一般に元のペプチドの性質を変える可能性が高い。本発明の実践において有用となる類似体の非限定的例としては、限定するものではないが、表５に示された芳香族カチオン性ペプチドが挙げられる。


特定の状況下では、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、有利となる場合がある。本発明の実践において有用となる類似体の例としては、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挙げられる。








オピオイド受容体アゴニスト活性を有する更なるペプチドとしては、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）が挙げられる。
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Ｎ末端（即ち、最初のアミノ酸位置）にチロシン残基またはチロシン誘導体を有するペプチドである。チロシンの適切な誘導体としては、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）；および２’−ヒドロキシ−６’−メチルチロシン（Ｈｍｔ）が挙げられる。
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（即ち、アミノ酸位置１）にチロシン残基またはチロシンの誘導体を有さない。Ｎ末端のアミノ酸は、チロシン以外の任意の天然由来または非天然由来アミノ酸であってもよい。一実施形態において、Ｎ末端のアミノ酸は、フェニルアラニンまたはその誘導体である。フェニルアラニンの例示的誘導体としては、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）、および２’−ヒドロキシ−６’−メチルフェニルアラニン（Ｈｍｐ）が挙げられる。
表５および６に示されたペプチドのアミノ酸は、Ｌ−またはＤ−配置のいずれかであってもよい。
一部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つのアルギニン残基および／または少なくとも１つのリシン残基を含む。一部の実施形態において、アルギニン残基および／またはリシン残基は、電子受容体として働き、プロトン共役電子輸送に参加する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、ＳＳ−３１内に存在するような「電荷−環−電荷−環」配置を与える配列を含む。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、システインおよびメチオニンなどのチオール含有残基を含む。一部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、電子を直接供与して、ｃｙｔ ｃを還元する。一部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末端および／またはＣ末端にシステインを含む。
一部の実施形態において、ペプチドマルチマーが提供される。例えば一部の実施形態において、ダイマー、例えばＳＳ−２０ダイマー：Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓが、提供される。一部の実施形態において、ダイマーは、ＳＳ−３１ダイマー：Ｄ−Ａｒｇ−２’６’Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−２’６’Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2である。一部の実施形態において、マルチマーは、トリマー、テトラマーおよび／またはペンタマーである。一部の実施形態において、マルチマーは、異なるモノマーペプチドの組み合わせ（例えば、ＳＳ−３１ペプチドに連結されたＳＳ−２０ペプチド）を含む。一部の実施形態において、これらの長い類似体は、治療分子として有用であり、そして／または本明細書に開示のセンター、スイッチおよび導体において有用である。
一部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、全て左旋性（Ｌ）アミノ酸を含む。
ペプチド合成
ペプチドは、当該技術分野で周知の方法のいずれにより合成されてもよい。蛋白質を化学合成するための適切な方法としては、例えばＳｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｐｉｅｒｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（１９８４）およびＭｅｔｈｏｄｓ Ｅｎｚｙｍｏｌ．，２８９，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９９７）において、ＳｔｕａｒｔおよびＹｏｕｎｇにより記載されたものが挙げられる。
ペプチドアミド結合（−ＣＯ−ＮＨ−）を酵素分解に対して安定化させる別の方法は、それを還元されたアミド結合（Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］）と交換することである。これは、固相ペプチド合成における、Ｂｏｃ−アミノ酸−アルデヒドと成長ペプチド鎖のＮ末端アミノ酸残基のアミノ基と間の還元アルキル化反応によって実現することができる。還元されたペプチド結合が、水素結合能を低下して細胞透過性を向上させると予想される。例としては、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−ＬｙｓΨ［ＣＨ2−ＮＨ］Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｈ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］Ｌｙｓ−Ψ［ＣＨ2−ＮＨ］Ｐｈｅ−ＮＨ2などが挙げられる。
脂質
カルジオリピンは、ミトコンドリア内膜の重要成分であり、該脂質組成物全体の約２０％を構成する。哺乳動物細胞において、カルジオリピンは、ほぼ独占的にミトコンドリア内膜中に見出され、ミトコンドリア代謝に関与する酵素の最適な機能に不可欠である。
カルジオリピンは、グリセロール骨格と結合してダイマー構造を形成する、２個のホスファチジルグリセロールを含むジホスファチジルグリセロール脂質の１種である。それは、４個のアルキル基を有し、潜在的に２の負電荷を有する。カルジオリピンには４個の別個のアルキル鎖が存在するため、この分子種の複合性に関する可能性は莫大である。しかしほとんどの動物組織において、カルジオリピンは、炭素１８個の脂肪アルキル鎖と、そのアルキル鎖それぞれでの２個の不飽和結合を含む。（１８：２）４アシル鎖構成（（１８：２）４ ａｃｙｌ ｃｈａｉｎ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）が、哺乳動物ミトコンドリアにおける内膜蛋白質へのカルジオリピンの高親和力にとって重要な構造要件であることが提示された。しかし単離された酵素調製物を用いた試験で、その重要性が検査された蛋白質によって変動し得ることが示されている。
分子内の２個のホスファートのそれぞれが、１個のプロトンを捕えることができる。それは、対称構造を有するが、１個のホスファートのイオン化は、両方をイオン化するのとは異なるレベルの酸性度で起こり、ｐＫ１＝３およびｐＫ２＞７．５である。つまり正常な生理学的条件下（およそ７．０のｐＨ）では、分子は、わずか１の負電荷を担い得る。ホスファート上のヒドロキシル基（−ＯＨおよび−Ｏ−）は、安定した分子内水素結合を形成して、二環式共鳴構造を形成する。この構造は、酸化的リン酸化に寄与するプロトンを１個捕捉する。
複合体IVにより触媒される酸化的リン酸化工程の間に、多量のプロトンが、膜の一方の側からもう一方の側に移動して、大きなｐＨ変化を誘発する。カルジオリピンが、ミトコンドリア膜内でプロトントラップとして機能して、プロトンプールを厳密に局在化し、ミトコンドリア膜間の空間においてｐＨを最小に抑えることが示唆された。この機能は、先に記載された通り負電荷を担いながら二環式構造内のプロトンを捕捉し得る、カルジオリピンの特有の構造によるものと考えらえる。つまりかカルジオリピンは、プロトンを放出または吸収してミトコンドリア膜付近のｐＨを保持する電子バッファープールとして働き得る。
さらに、カルジオリピンは、アポトーシスにおいて役割を担うことが示された。アポトーシスカスケードにおける初期イベントは、カルジオリピンを含む。以下により詳細に議論される通り、カルジオリピンに特異的なオキシゲナーゼが、カルジオリピン過酸化物を生成し、それにより脂質はコンホメーション変化を受ける。その後、酸化されたカルジオリピンは、ミトコンドリア内膜からミトコンドリア外膜に移動するが、そにより孔が形成してシトクロムｃが細胞基質内に放出されると考えられる。シトクロムｃは、ＩＰ３受容体に結合してカルシウム放出を刺激し、シトクロムｃの放出を更に促進する。細胞質カルシウム濃度が毒性レベルに達すると、細胞は死滅する。さらにミトコンドリア外のシトクロムｃは、アポトーシス性活性化因子と相互作用して、アポトソーム複合体の形成および蛋白質溶解カスパーゼカスケードの活性化を誘発する。
別の結果は、シトクロムｃが高親和力でミトコンドリア内膜上のカルジオリピンと相互作用して、電子輸送において非生産的なカルジオリピンと複合体を形成しながら、カルジオリピン特異性オキシゲナーゼ／ペルオキシダーゼとして作用することである。事実、カルジオリピンとシトクロムｃとの相互作用は、インタクトなシトクロムｃよりも通常のレドックス能が約マイナス（−）４００ｍＶ負になる複合体を生じる。その結果、シトクロムｃ／カルジオリピン複合体は、ミトコンドリア複合体IIIから電子を受容することができず、スーパーオキシドの生成が増進されて、その不均化によりＨ2Ｏ2を生じる。シトクロムｃ／カルジオリピン複合体は、スーパーオキシドからも電子を受容することができない。さらに、カルジオリピンとシトクロムｃとの高親和力での相互作用により、シトクロムｃを、多価不飽和分子カルジオリピンの過酸化に向かう選択的触媒活性を有するカルジオリピン特異性ペルオキシダーゼに活性化させる。シトクロムｃ／カルジオリピン複合体のペルオキシダーゼ反応は、酸化均等物の供給源としてＨ2Ｏ2により誘導される。最終的にこの活性は、カルジオリピン酸化産物、つまり主にカルジオリピン−ＯＯＨと、その還元産物カルジオリピン−ＯＨを蓄積させる。先に記述された通り、酸素化されたカルジオリピン種は、ミトコンドリア膜透過およびプロアポトーシス性因子（シトクロムｃそのものを含む）の放出において役割を担うことが示されている。例えば、参照により本明細書に組み入れられる、Ｋａｇａｎ ｅｔ ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ，６１（２００９）１３７５−１３８５；Ｋａｇａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｍｏｌ．Ｎｕｔｒ．Ｆｏｏｄ Ｒｅｓ．２００９ Ｊａｎｕａｒｙ；５３（１）：１０４−１１４を参照されたい。
シトクロムｃに関連して、シトクロムｃは、球状蛋白質であり、その主な機能は、ミトコンドリア電子伝達系において複合体III（シトクロムｃリダクターゼ）から複合体IV（シトクロムｃオキシダーゼ）への電子キャリアとして機能することである。補欠ヘム分子族は、Ｃｙｓ１４およびＣｙｓ１７でシトクロムｃに付着され、二配位の軸リガンドＨｉｓ１８およびＭｅｔ８０によって更に結合されている。Ｍｅｔ８０への６番目の配位結合が、Ｆｅと他のリガンド、例えばＯ2、Ｈ2Ｏ2、ＮＯなどとの相互作用を防止する。
シトクロムｃのプールは膜間腔に分布され、残りは静電的相互作用および疎水性相互作用の両方を介してミトコンドリア内膜（ＩＭＭ）と会合している。シトクロムｃは、静電的相互作用を介してＩＭＭ上でアニオン性リン脂質カルジオリピンに緩く結合することができる高カチオン性の蛋白質（中性ｐＨで８の正味正電荷）である。そして先に記述された通り、シトクロムｃは、疎水性相互作用を介してカルジオリピンに強固に結合することもできる。カルジオリピンへのシトクロムｃのこの強固な結合は、脂質膜の外側、およびシトクロムｃの内部の疎水性チャネル内に伸長する、カルジオリピンのアシル鎖の伸長によるものである（Ｔｕｏｍｉｎｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００１；Ｋａｌａｎｘｈｉ ＆ Ｗａｌｌａｃｅ，２００７；Ｓｉｎａｂａｌｄｉ ｅｔ ａｌ．，２０１０）。これにより、ソーレー帯領域内の負のコットンピークの消失により示される通り、シトクロムｃヘムポケット内のＦｅ−Ｍｅｔ８０結合が破壊されて、ヘム環境内が変化する（Ｓｉｎａｂａｌｄｉ ｅｔ ａｌ．，２００８）。これにより、ヘムＦｅもＨ2Ｏ2およびＮＯに暴露される。
本来のシトクロムｃは、６番目の配位のせいで、極わずかのペルオキシダーゼ活性を有する。しかしカルジオリピンへの疎水性結合により、シトクロムｃは構造変化を受けて、Ｆｅ−Ｍｅｔ８０配位を破壊して、ヘムＦｅのＨ2Ｏ2への暴露を増加させ、ｃｙｔ Ｃが電子キャリアからペルオキシダーゼに切り替わり、カルジオリピンは一次基質となる（Ｖｌａｄｉｍｉｒｏｖ ｅｔ ａｌ．，２００６；Ｂａｓｏｖａ ｅｔ ａｌ．，２００７）。先に記載された通り、カルジオリピンの過酸化は、ミトコンドリア膜構造を変化させて、ＩＭＭからシトクロムｃを放出させ、カスパーゼを介した細胞死を開始させる。
つまり一部の実施形態において、本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチド（例えば、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、またはそれらの医薬的に許容可能な塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩）は、必要とする対象に投与される。理論に束縛されるのを望むものではないが、ペプチドがシトクロムｃ、カルジオリピンもしくはその両方と接触すること（例えばそれらを標的とすること）、カルジオリピン−シトクロムｃ相互作用を妨害すること、カルジオリピン／シトクロムｃ複合体のオキシゲナーゼ／ペルオキシダーゼ活性を阻害すること、カルジオリピン−ヒドロペルオキシドの形成を阻害すること、カルジオリピンの、その外膜への移動を阻害すること、ならびに／またはＩＭＭからのシトクロムｃの放出を阻害すること、が考えられる。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチドは、以下の特性または機能の１つ以上を含む：（１）細胞透過性があり、ミトコンドリア内膜を標的とすること；（２）静電的相互作用を介してカルジオリピンに選択的に結合して、ペプチドとシトクロムｃとの相互作用を促進すること；（３）遊離しているシトクロムｃ、およびカルジオリピンに緩く、または強固に結合したシトクロムｃと相互作用すること；（４）シトクロムｃの疎水性ヘムポケットを防御し、そして／またはカルジオリピンがＦｅ−Ｍｅ８０結合を破壊するのを阻害すること；（５）ヘムポルホリンとのπ−π*相互作用を促進すること；（６）シトクロムｃペルオキシダーゼ活性を阻害すること；（７）シトクロムｃ還元の反応速度を促進すること；（８）カルジオリピンによる引き起こされたシトクロムｃ還元阻害を予防すること；（９）ミトコンドリア電子伝達系およびＡＴＰ合成における電子フラックスを促進すること。一部の実施形態において、ペプチドが電子輸送を促進する能力は、ペプチドがシトクロムｃ／カルジオリピン複合体のペルオキシダーゼ活性を阻害する能力と相関しない。つまり一部の実施形態において、投与されたペプチドは、カルジオリピンとシトクロムｃとの相互作用を阻害、遅延または低減する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、投与されたペプチドは、シトクロムｃ／カルジオリピン複合体の形成を阻害、遅延または低減する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、投与されたペプチドは、シトクロムｃ／カルジオリピン複合体のオキシゲナーゼ／ペルオキシダーゼ活性を阻害、遅延または低減する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、投与されたペプチドは、アポトーシスを阻害、遅延または低減する。
芳香族カチオン性ペプチドの予防的および治療的使用
本明細書に記載の芳香族カチオン性ペプチドは、疾患の予防または処置に有用である。具体的に本開示では、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、疾患のリスクがある（あるいは罹患し易い）対象を処置する予防的および治療的方法の両方を提供する。したがって本発明の方法は、必要とする対象に芳香族カチオン性ペプチドの有効量を投与することにより、対象における疾患の予防および／または処置を提供する。
一態様において、本開示は、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の有効量を必要とする哺乳動物に投与することを含む、前記哺乳動物において、ミトコンドリア透過性遷移（ＭＰＴ）を受けるミトコンドリアの数を低減する方法、またはミトコンドリア透過性遷移を予防する方法を提供する。別の態様において、本開示は、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の有効量を必要とする哺乳動物に投与することを含む、前記哺乳動物において、ＡＴＰ合成速度を上昇させる方法を提供する。更に別の態様において、本開示は、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の有効量を必要とする哺乳動物に投与することを含む、前記哺乳動物において、酸化的損傷を低減する方法を提供する。
酸化的損傷。先に記載されたペプチドは、必要とする哺乳動物の酸化的損傷を低減することにおいて有用である。酸化的損傷の低減を必要とする哺乳動物は、酸化的損傷に関連する疾患、状態または処置を有する哺乳動物である。酸化的損傷は典型的には、活性酸素種（ＲＯＳ）および／または活性窒素種（ＲＮＳ）などのフリーラジカルによって引き起こされる。ＲＯＳおよびＲＮＳの例としては、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）およびペルオキシ亜硝酸アニオンが挙げられる。先に記載された芳香族カチオン性ペプチドの有効量の投与後に、哺乳動物、摘出臓器、または細胞内の酸化的損傷の量が減少すれば、酸化的損傷は「低減した」と見なされる。典型的に、ペプチドを用いた処置を受けていない対照的対象と比較して、酸化的損傷が少なくとも約１０％、少なくとも約２５％、少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、または少なくとも約９０減少すれば、酸化的損傷が低減されたと見なされる。
一部の実施形態において、処置を受ける哺乳動物は、酸化的損傷に関連する疾患または状態を有する哺乳動物であってもよい。酸化的損傷は、哺乳動物の任意の細胞、組織、または臓器にも起こる可能性がある。ヒトにおいて、酸化ストレスは、多くの疾患に関与する。例としては、アテローム性硬化症、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、脆弱性Ｘ症候群、および慢性疲労症候群が挙げられる。
一実施形態において、哺乳動物は、酸化的損傷に関連する処置を受け得る。例えば、哺乳動物は、再灌流を受け得る。再灌流は、血流が減少または遮断されている任意の臓器または組織への血流の回復を指す。再灌流中に血流が回復すると、呼吸バーストおよびフリーラジカルの形成につながる。
一実施形態において、哺乳動物は、低酸素症または虚血のために血流が減少または遮断される場合がある。例えば、低酸素症または虚血の間に血液供給を停止または重度減少させることが、例えば血栓塞栓性卒中、冠動脈アテローム性硬化症、または末梢血管疾患の原因となり得る。数多くの臓器および組織が、虚血または低酸素に供される。そのような臓器の例としては、脳、心臓、腎臓、腸、および前立腺が挙げられる。罹患した組織は典型的に、心筋、骨格筋、または平滑筋などの筋肉である。例えば、心筋の虚血または低酸素症は一般に、アテローム性硬化症性または血栓性の閉塞によって引き起こされ、心臓動脈および毛細血管血液供給による心臓組織への酸素供給の減少または停止につながる。そのような心虚血または低酸素症が、罹患した心筋の疼痛および壊死を引き起こす可能性があり、最終的に心不全につながる可能性がある。
該方法は、任意の神経変性疾患または神経変性状態に関連する酸化的損傷の低減においても使用することができる。神経変性疾患は、中枢神経系および末梢神経系の任意の細胞、組織、または臓器に影響を与え得る。そのような細胞、組織、および臓器の例としては、脳、脊髄、ニューロン、神経節、シュワン細胞、星状膠細胞、オリゴデンドロサイト、およびミクログリアが挙げられる。神経変性状態は、卒中、外傷性脳損傷または脊髄損傷などの急性疾患状態であってもよい。別の実施形態において、神経変性疾患または神経変性状態は、慢性神経変性抗体であってもよい。慢性神経変性症状において、フリーラジカルは、例えば蛋白質への損傷を引き起こす可能性がある。そのような蛋白質の例は、アミロイドβ−蛋白質である。フリーラジカルによる損傷に関連する慢性神経変性疾患の例としては、パーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン病、および筋萎縮性側索硬化症（ルー・ゲーリック病としても公知）が挙げられる。
処置され得る他の症状としては、子癇前症、糖尿病、ならびに黄斑変性症、しわなどの加齢に関連する症状および状態が挙げられる。
ミトコンドリア透過性遷移。先に記載されたペプチドは、ミトコンドリア透過性遷移（ＭＰＴ）に関連する任意の疾患または状態の処置に有用である。そのような疾患および状態としては、限定するものではないが、組織または臓器の虚血および／または再灌流、低酸素症、ならびに複数の神経変性疾患が挙げられる。ＭＰＴの阻害または予防を必要とする哺乳動物は、これらの疾患または状態に罹患した哺乳動物である。
アポトーシス。先に記載されたペプチドは、アポトーシスに関連する疾患または状態を処置することにおいて有用である。例示的な疾患または状態としては、限定するものではないが、大腸癌、神経膠腫、肝臓癌、神経芽細胞腫、白血病、リンパ腫および前立腺癌などの癌；重症筋無力症、全身エリテマトーデス、炎症性疾患、気管支喘息、炎症性腸疾患、肺炎症などの自己免疫疾患；アデノウイルスおよびバキュロウイルスおよびＨＩＶ−ＡＩＤなどのウイルス感染；アルツハイマー病、筋萎縮性側索硬化症、パーキンソン病、網膜色素変性およびてんかんなどの神経変性疾患；再生不良性貧血、骨髄異形成症候群、Ｔ ＣＤ４＋リンパ球減少症、およびＧ６ＰＤ欠損などの血液疾患；心筋梗塞、脳血管障害、虚血性腎障害、および多発性嚢胞腎による誘発されるような組織障害が挙げられる。つまり一部の実施形態において、本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチド（例えば、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、またはそれらの医薬的に許容可能な塩、例えば酢酸塩もしくはトリフルオロ酢酸塩）は、必要とする対象（例えばヒトなどの哺乳動物）に投与される。先に記述された通り、ペプチドがシトクロムｃ、カルジオリピンもしくはその両方と接触すること（例えばそれらを標的とすること）、カルジオリピン−シトクロムｃ相互作用を妨害すること、カルジオリピン−ヒドロペルオキシド形成を阻害すること、カルジオリピンの、その外膜への移動を阻害すること、ならびに／またはオキシゲナーゼ／ペルオキシダーゼ活性を阻害すること、が考えられる。つまり一部の実施形態において、投与されたペプチドは、カルジオリピンとシトクロムｃとの相互作用を阻害、遅延または低減する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、投与されたペプチドは、シトクロムｃ／カルジオリピン複合体の形成を阻害、遅延または低減する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、投与されたペプチドは、シトクロムｃ／カルジオリピン複合体のオキシゲナーゼ／ペルオキシダーゼ活性を阻害、遅延または低減する。上記に加えて、あるいは上記に代えて、一部の実施形態において、投与されたペプチドは、アポトーシスを阻害、遅延または低減する。
芳香族カチオン性ペプチドに基づく治療法の生物学的効果の決定。様々な実施形態において、特定の芳香族カチオン性ペプチドに基づく治療法の効果、およびその投与が処置として適応されるかについて決定するために、適切なインビトロまたはインビボアッセイが、実施される。様々な実施形態において、所与の芳香族カチオン性ペプチドに基づく治療法が疾患の予防または処置に所望の効果を発揮するかを決定するために、代表的な動物モデルを用いてインビトロアッセイを行うことができる。治療に使用される化合物は、ヒト対象において試験する前に、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、ウサギなどの適切な動物モデル系で試験することができる。同様に、インビボ試験の場合、ヒト対象に投与する前に、当該技術分野で公知の動物モデル系のいずれかを使用することができる。
予防方法。一態様において、本発明は、状態の開始または進行を予防する芳香族カチオン性ペプチドを対象に投与することで、対象の疾患を予防する方法を提供する。予防的適用において、芳香族カチオン性ペプチドの医薬組成物または薬剤が、疾患または状態を受け易い、またはそのリスクのある対象に、疾患の生化学的、組織学的、および／または行動的な症状、その合併症、ならびにその疾病の発症時に現れる中期病理学的表現型をはじめとする、疾患のリスクを排除もしくは低減する、重症度を低下させる、または発生を遅延させるために十分な量で投与される。予防的な芳香族カチオン薬の投与は、疾患もしくは障害が予防されるように、またはその進行が遅延されるように、異常の症状特性が発現する前に行うことができる。適切な化合物は、先に記載された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。
治療方法。本技術の別の態様は、治療目的で対象の疾患を処置する方法を含む。治療的適用において、組成物または薬剤は、その疾患の疑いがある、または既に罹患している対象に、その合併症および疾病の発症における中期病理学的表現型をはじめとし、疾患の症候を治癒する、または少なくとも部分的に停止させるのに十分な量で投与される。
投与の様式および有効な投薬
細胞、臓器、または組織をペプチドと接触させるための当業者に公知の任意方法を、適用することができる。適切な方法としては、インビトロ、エクスビボ、またはインビボの方法が挙げられる。インビボ法として、典型的には哺乳類、適切にはヒトへの、先に記載された芳香族カチオン性ペプチドの投与が挙げられる。治療のためにインビボで使用される場合、芳香族カチオン性ペプチドは、有効量（即ち、所望の治療効果を有する量）で対象に投与される。用量および投薬レジメンは、対象の傷害の程度、使用される特定の芳香族カチオン性ペプチドの特性、例えば治療指数、対象、および対象の病歴に依存する。
有効量は、内科医および臨床医に熟知された方法によって前臨床試験および臨床試験の間に決定されてもよい。本発明の方法に有用となるペプチドの有効量が、医薬化合物を投与するための多くの周知方法のいずれかにより、必要とする哺乳動物に投与されてもよい。該ペプチドは、全身または局所投与することができる。
該ペプチドは、医薬的に許容可能な塩として配合することができる。用語「医薬的に許容可能な塩」は、哺乳動物などの患者に投与することが許容され得る塩基または酸から調製された塩（例えば、所与の投薬レジメンに対して許容可能な哺乳動物の安全性を有する塩）を意味する。しかし、塩が医薬的に許容可能な塩、例えば患者への投与を意図されていない中間体化合物の塩などである必要はないことは、理解されたい。医薬的に許容可能な塩を、医薬的に許容可能な無機塩基または有機塩基、および医薬的に許容可能な無機酸または有機酸とから誘導することが可能である。さらにペプチドが、アミン、ピリジンまたはイミダゾールなどの塩基性部分と、カルボン酸またはテトラゾールなどの酸性部分と、の両方を含む場合、両性イオンが形成される場合があり、両性イオンは本明細書で使用される用語「塩」に含まれる。医薬的に許容可能な無機塩基から誘導される塩としては、アンモニア、カルシウム、銅、第二鉄、第一鉄、リチウム、マグネシウム、第二マンガン、第一マンガン、カリウム、ナトリウム、および亜鉛の塩などが挙げられる。医薬的に許容可能な有機塩基から誘導される塩としては、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、リシン、メチルグルカミン、モルホリン、ピペラリジン、ピペリジン、ポリアミン樹脂、プロカイン、プリン類、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、トロメタミンなど、置換アミン、環状アミン、天然由来アミンなどをはじめとする第一級、第二級、および第三級アミンの塩が挙げられる。医薬的に許容可能な無機酸から誘導される塩としては、ホウ酸、炭酸、ハロゲン化水素酸（臭化水素酸、塩酸、フッ化水素酸、またはヨウ化水素酸）、硝酸、リン酸、スルファミン酸、および硫酸の塩が挙げられる。医薬的に許容可能な有機酸から誘導される塩としては、脂肪族ヒドロキシ酸（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、および酒石酸）、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、およびトリフルオロ酢酸）、アミノ酸（例えば、アスパラギン酸およびグルタミン酸）、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、ゲンチシン酸、馬尿酸、およびトリフェニル酢酸）、芳香族ヒドロキシ酸（例えば、ｏ−ヒドロキシ安息香酸、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、ｌ−ヒドロキシナフタレン−２−カルボン酸、および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、およびコハク酸）、グルクロン酸、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、およびｐ−トルエンスルホン酸）、キシナホ酸などの塩が挙げられる。一部の実施形態において、塩は、酢酸塩である。上記に加えて、あるいは上記に代えて、他の実施形態において、塩は、トリフルオロ酢酸塩である。
本明細書に記載の芳香族カチオン性ペプチドは、本明細書に記載の障害の処置または予防のために単独または併用で対象に投与するための医薬組成物に組み込むことができる。そのような組成物は典型的には、活性薬剤および医薬的に許容可能な担体を含む。本明細書で用いられる用語「医薬的に許容可能な担体」としては、医薬の投与に適合する生理食塩水、溶媒、分散媒体、コーティング、抗菌および抗真菌剤、等張および吸収遅延剤などが挙げられる。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。
医薬組成物は、典型的には意図された投与経路に適合するように配合される。投与経路の例としては、非経口（例えば、静脈内、皮内、腹腔内、または皮下）、経口、吸入、経皮（局所）、眼内、イオン泳動的、および経粘膜投与が挙げられる。非経口、皮内、または皮下適用に使用される溶液または懸濁液は、以下の成分を含むことができる：注射用水、生理食塩水溶液、不揮発性油、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、または他の合成溶剤などの滅菌希釈剤；ベンジルアルコールまたはメチルパラベンなどの抗菌剤；アスコルビン酸または重亜硫酸ナトリウムなどの酸化防止剤；エチレンジアミン四酢酸などのキレート剤；酢酸塩、クエン酸塩、またはリン酸塩などの緩衝剤；および塩化ナトリウムまたはデキストロースなどの張度の調整用薬剤。ｐＨは、酸または塩基、例えば塩酸および水酸化ナトリウムで調整することができる。非経口調製剤を、ガラス製またはプラスチック製のアンプル、使い捨て注射器、または複数回投与用バイアルに封入できる。患者または処置を行っている内科医の都合上、投薬配合剤を、処置経過（例えば、処置の７日間）で必要な全ての器具（例えば、薬物のバイアル、希釈剤のバイアル、注射器、および針）を含むキットで提供することができる。
注射可能な使用に適した医薬組成物は、滅菌水溶液（水溶性の場合）または分散液と、滅菌注射溶液または分散液を即座に調製できる滅菌粉末と、を含むことができる。静脈内投与の場合、適切な担体としては、生理食塩水、静菌性水、Ｃｒｅｍｏｐｈｏｒ ＥＬ（商標）（ＢＡＳＦ，ニュージャージー州パーシッパニー所在）またはリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）が挙げられる。全ての例で、非経口投与用の組成物は滅菌性であり、容易な注射可能性が存在する程度に流動性がなければならない。それは、製造および貯蔵の条件下で安定していなければならず、バクテリアおよび真菌などの微生物の汚染作用から予防されなければならない。
芳香族カチオン性ペプチド組成物は、担体を含むことができ、その担体は、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、および液体ポリエチレングリコールなど）、およびそれらの適切な混合物を含む溶媒または分散媒体であってもよい。例えば、レシチンなどのコーティングの使用、分散液の場合には必要な粒径の維持、および界面活性剤の使用により、適切な流動性を保持することができる。微生物の作用の防止は、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、チオメルサールなどの様々な抗菌および抗真菌剤によって実現することができる。酸化を防止するために、グルタチオンおよび他の酸化防止剤を含ませることができる。多くの場合、等張剤、例えば糖類、マンニトール、ソルビトールなどのポリアルコール類、または塩化ナトリウムを、組成物に含めることが、好ましくなり得る。注射可能な組成物の持続的吸収は、吸収を遅延させる薬剤、例えばモノステアリン酸アルミニウムまたはゼラチンを組成物に含めることによって得られる。
滅菌注射可能溶液は、先に列挙された原材料の１つまたは組み合わせと共に、適切な溶媒に活性化合物を必要量で組み込み、必要に応じて、その後に濾過滅菌することで調製することができる。一般的に分散剤は、塩基性分散媒体や先に列挙されたその他の必要な原材料を含む滅菌ベヒクルに、活性化合物を組み入れることで調製される。滅菌注射可能溶液の調製用の滅菌粉末の場合、調製の典型的な方法としては、真空乾燥や凍結乾燥が挙げられ、これらによって、事前に滅菌濾過された溶液から、有効成分の粉末に加えて、任意の更なる所望の原材料を生成させることができる。
経口組成物は、一般的に不活性希釈剤または食用担体を含む。経口治療的投与の目的で、活性化合物が賦形剤と共に組み込まれることができ、そして錠剤、トローチ、またはゼラチンカプセルなどのカプセルの形態で使用することができる。洗口液として使用される液体担体を用いて、経口組成物を調製することもできる。医薬的に適合する結合剤、および／または補助材料を、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、トローチなどは、以下の原材料または同様の性質の化合物のいずれかを含有することができる：微結晶性セルロース、トラガカントゴム、もしくはゼラチンなどの結合剤；デンプンもしくはラクトースなどの賦形剤；アルギン酸、Ｐｒｉｍｏｇｅｌ、もしくはコーンスターチなどの崩壊剤；ステアリン酸マグネシウムもしくはＳｔｅｒｏｔｅなどの滑沢剤；コロイド状二酸化ケイ素などの滑剤；スクロースもしくはサッカリンなどの甘味剤；またはペパーミント、サリチル酸メチル、もしくはオレンジ香料などの着香剤。
吸入による投与の場合、該化合物は、適切な噴射剤、例えば二酸化炭素などの気体を含む加圧容器もしくはディスペンサーから、またはネブライザーから、エアロゾルスプレーの形態で送達することができる。そのような方法としては、米国特許第６，４６８，７９８号に記載されたものが挙げられる。
本明細書に記載の治療化合物の全身投与は、経粘膜的または経皮的手段によるものであってもよい。経粘膜または経皮投与の場合、浸透されるバリアに適した浸透剤が、配合剤中で使用される。そのような浸透剤は、一般的に当該技術分野で公知であり、例えば、経粘膜投与の場合には、洗浄剤、胆汁酸塩、およびフシジン酸誘導体を含む。経粘膜投与は、鼻腔スプレーの使用を通じて達成することができる。経皮投与の場合、活性化合物は、一般的に当該技術分野で公知の軟膏、膏薬、ゲル、またはクリームに配合される。一実施形態において、経皮投与は、イオン泳動により実施されてもよい。
治療用蛋白質またはペプチドは、担体系に配合することができる。担体は、コロイド系であってもよい。コロイド系は、リポソーム、リン脂質二重層ベヒクルであってもよい。一実施形態において、治療用ペプチドは、ペプチドの完全性を維持しながらリポソームでカプセル化される。当業者に認識される通り、リポソームを調製する方法には様々なものがある（Ｌｉｃｈｔｅｎｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．，Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ａｎａｌ．，３３：３３７−４６２（１９８８）；Ａｎｓｅｌｅｍ ｅｔ ａｌ．，Ｌｉｐｏｓｏｍｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ（１９９３）参照）。リポソーム配合剤は、クリアランスを遅延させ、細胞取り込みを増加させることができる（Ｒｅｄｄｙ，Ａｎｎ．Ｐｈａｒｍａｃｏｔｈｅｒ．，３４（７−８）：９１５−９２３（２０００）参照）。活性剤は、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、または胃保持型のポリマーまたはリポソームをはじめとし、医薬的に許容可能な原材料から調製された粒子内に投入することもできる。そのような粒子としては、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、ナノスフェア、生分解性ナノスフェア、ミクロスフェア、生分解性ミクロスフェア、カプセル、エマルジョン、リポソーム、ミセル、およびウイルスベクター系が挙げられる。
担体は、ポリマー、例えば生分解性生体適合性ポリマーマトリックスであってもよい。一実施形態において、治療用ペプチドは、蛋白質の完全性を維持しながらポリマーマトリックスに埋め込むことができる。ポリマーは、ポリペプチド、蛋白質、または多糖類などの天然、またはポリα−ヒドロキシ酸などの合成であってもよい。例としては、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、硝酸セルロース、多糖類、フィブリン、ゼラチン、およびそれらの組み合わせなどから作製される担体が挙げられる。一実施形態において、ポリマーは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）または乳酸／グリコール酸共重合体（ＰＧＬＡ）である。ポリマーマトリックスは、ミクロスフェアおよびナノスフェアをはじめとし、様々な形態およびサイズで調製および単離することができる。ポリマー配合剤は、治療効果の期間を延長させる可能性がある（Ｒｅｄｄｙ，Ａｎｎ．Ｐｈａｒｍａｃｏｔｈｅｒ．，３４（７−８）：９１５−９２３（２０００）参照）。臨床試験では、ヒト成長ホルモン（ｈＧＨ）用のポリマー配合剤が、使用されてきた（ＫｏｚａｒｉｃｈおよびＲｉｃｈ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ，２：５４８−５５２（１９９８）参照）。
ポリマーミクロスフェアの徐放性配合剤の例は、ＰＣＴ公報第ＷＯ９９／１５１５４号（Ｔｒａｃｙら）、米国特許第５，６７４，５３４号および同第５，７１６，６４４号（両者とも、Ｚａｌｅら）、およびＰＣＴ公報第ＷＯ９６／４００７３号（Ｚａｌｅら）、およびＰＣＴ公報第ＷＯ００／３８６５１号（Ｓｈａｈら）に記載される。米国特許第５，６７４，５３４号および同第５，７１６，６４４号およびＰＣＴ公報第ＷＯ９６／４００７３号には、塩との凝集に対して安定化させたエリスロポエチンの粒子を含むポリマーマトリックスが記載される。
一部の実施形態において、治療化合物は、治療化合物が体内から急速に排出されるのを防御する担体と共に調製され、例えば、インプラントおよびマイクロカプセル化送達系をはじめとする制御放出性配合剤である。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、およびポリ乳酸などの生分解性生体適合性ポリマーを使用することができる。そのような配合剤は、公知の技術を用いて調製することができる。材料は、Ａｌｚａ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎおよびＮｏｖａ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．などからも商業的に得ることができる。医薬的に許容可能な担体として、リポソーム懸濁液（細胞特異性抗原に対するモノクローナル抗体によって特異的細胞に標的とされるリポソームを含む）を使用することができる。これらは、例えば、米国特許第４，５２２，８１１号に記載された通り、当業者に公知の方法に従って調製することができる。
治療化合物は、細胞内送達を増進するように配合させることもできる。例えば、リポソーム送達系が、当該技術分野で公知であり、例えば、Ｃｈｏｎｎ ａｎｄ Ｃｕｌｌｉｓ，"Ｒｅｃｅｎｔ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｌｉｐｏｓｏｍｅ Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ"，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ６：６９８−７０８（１９９５）；Ｗｅｉｎｅｒ，"Ｌｉｐｏｓｏｍｅｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ：Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ"，Ｉｍｍｕｎｏｍｅｔｈｏｄｓ，４（３）：２０１−９（１９９４）；およびＧｒｅｇｏｒｉａｄｉｓ，"Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌｉｐｏｓｏｍｅｓ ｆｏｒ Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ：Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ"，Ｔｒｅｎｄｓ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，１３（１２）：５２７−３７（１９９５）を参照されたい。Ｍｉｚｇｕｃｈｉ ｅｔ ａｌ．，Ｃａｎｃｅｒ Ｌｅｔｔ．，１００：６３−６９（１９９６）には、インビボおよびインビトロの両方で細胞に蛋白質を送達するために膜融合性リポソームを使用することが記載される。
治療薬の投薬量、毒性、および治療効能は、例えばＬＤ５０（母集団の５０％が死に至る用量）およびＥＤ５０（母集団の５０％で治療的に有効となる用量）を決定するために、細胞培養または実験動物での標準的医薬手順により決定することができる。毒性と治療効果との用量比が治療指数であり、ＬＤ５０／ＥＤ５０の比で表すことができる。高い治療指数を示す化合物が、好ましい。毒性副作用を示す化合物が使用されてもよいが、非感染細胞に対する潜在的損傷を最小限に抑え、それにより副作用を低減するために、そのような化合物に罹患組織の部位を標的化させるように、送達系の設計には注意を払わなければならない。
細胞培養アッセイおよび動物試験から得られたデータは、ヒトに使用される幅広い投薬量を配合するのに使用することができる。そのような化合物の投薬量は、好ましくは毒性をあまり示さない、または毒性のないＥＤ５０を含む幅広い循環濃度内に入る。投薬量は、採用される剤形および利用される投与経路に応じてこの範囲内で様々であってもよい。該方法で使用される任意の化合物について、治療有効用量は最初、細胞培養アッセイから推定することができる。用量は、細胞培養で決定されたＩＣ５０（即ち、症状の最大阻害の半量に達する試験化合物の濃度）を含む循環血漿濃度範囲に達成するように、動物モデルに処方することができる。そのような情報は、ヒトに有用な用量をより正確に決定するために使用することができる。血漿中のレベルは、例えば、高速液体クロマトグラフィーで測定されてもよい。
典型的には、治療または予防効果を実現するのに十分な芳香族カチオン性ペプチドの有効量は、約０．０００００１ｍｇ／ｋｇ体重／日〜約１０，０００ｍｇ／ｋｇ体重／日の範囲内である。適切には投薬量の範囲は、約０．０００１ｍｇ／ｋｇ体重／日〜約１００ｍｇ／ｋｇ体重／日である。例えば投薬量は、毎日、２日毎、もしくは３日毎に１ｍｇ／ｋｇ体重または１０ｍｇ／ｋｇ体重であるか、または毎週、２週間毎、もしくは３週間毎に１〜１０ｍｇ／ｋｇ体重の範囲内であってもよい。一実施形態において、ペプチドの単回投薬量は、０．１〜１０，０００μｇ／ｋｇ体重の範囲内である。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、０．２〜２０００μｇ／ｍＬ送達量の範囲内である。例示的な処置レジメンでは、１日あたり１回または１週あたり１回の投与が課せられる。治療用途では、疾患の進行が低減または停止されるまで、好ましくは対象が疾患の症状の部分的または完全な寛解を示すまで、比較的短い間隔で比較的高い用量が必要になることがある。その後、患者は、予防レジメンを施されてもよい。
一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドの治療的有効量が、１０-12〜１０-6モル、例えば約１０-7モルの、標的組織でのペプチドの濃度として定義することができる。この濃度が、０．０１〜１００ｍｇ／ｋｇの全身用量または体表面積で同等の用量で送達されてもよい。標的組織で治療濃度を維持するように、最も好ましくは連続投与（例えば、非経口注入または経皮的適用）を含む１日１回または週に１回の投与により、投与計画が最適化されることになる。
一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドの投薬量は、約０．００１〜約０．５ｍｇ／ｋｇ／ｈであり、適切には約０．０１〜約０．１ｍｇ／ｋｇ／ｈで提供される。一実施形態において、約０．１〜約１．０ｍｇ／ｋｇ／ｈであり、適切には約０．１〜約０．５ｍｇ／ｋｇ／ｈである。一実施形態において、用量は、約０．５〜約１０ｍｇ／ｋｇ／ｈであり、適切には約０．５〜約２ｍｇ／ｋｇ／ｈで提供される。
限定するものではないが疾患または障害の重症度、過去の処置、対象の全体的な健康および／または年齢、ならびに存在する他の疾患をはじめとする特定の因子が、対象を効果的に処置するために必要となる投薬量およびタイミングに影響を及ぼし得ることは、当業者に認識されよう。その上、本明細書に記載の治療組成物の治療有効量での対象の処置は、単回処置または一連の処置を含み得る。
本発明の方法に従って処置される哺乳動物は、例えば、ヒツジ、ブタ、ウシ、およびウマなどの家畜；イヌおよびネコなどの愛玩動物；ラット、マウス、およびウサギなどの実験動物をはじめとし、任意の哺乳動物であってもよい。好ましい実施形態において、哺乳動物は、ヒトである。
電子移動における芳香族カチオン性ペプチド
ミトコンドリアＡＴＰ合成は、ミトコンドリア内膜（ＩＭＭ）の電子伝達系（ＥＴＣ）を介した電子流動により誘導される。伝達系を通る電子流動は、一連の酸化／還元工程として説明することができる。電子は、電子供与体（ＮＡＤＨまたはＱＨ２）から一連の電子受容体（複合体Ｉ〜IV）を通り、最終的に末端の電子受容体である酸素分子に至る。シトクロムｃ（ｃｙｔ ｃ）は、ＩＭＭに緩く会合しており、複合体IIIとIVの間で電子を移動させる。
ＥＴＣを介した電子の急速な入れ替えが、電子脱出およびフリーラジカル中間体の発生につながる短絡を防止するために重要である。電子供与体と電子受容体の間の電子移動（ＥＴ）の速度が、それらの間の距離に対して指数関数的に低下し、超交換ＥＴが、２０Åに限定される。長距離ＥＴが、多段階の電子ホッピング工程において実現することができ、供与体と受容体の間の全体的距離が、一連のより短い、つまりより急速なＥＴステップに分割される。ＥＴＣにおいて、長距離にわたる効率的ＥＴは、ＦＭＮ、ＦｅＳクラスター、およびヘムをはじめとするＩＭＭに沿って戦略的に局在化されたコファクターにより支援される。Ｐｈｅ、ＴｙｒおよびＴｒｐなどの芳香族アミノ酸は、重複するπクラウドを介してヘムへの電子移動を促進することもでき、これはｃｙｔ ｃに関して具体的に示された（実験的実施例を参照）。適切な酸化電位を有するアミノ酸（Ｔｙｒ、Ｔｒｐ、Ｃｙｓ Ｍｅｔ）は、中間体電子キャリアとして機能することにより手段として作用し得る。さらにＴｙｒのヒドロキシル基は、電子を運搬する際にプロトンを減小させることができ、Ｌｙｓなど付近の塩基性基の存在が、より効率的なプロトン共役ＥＴをもたらし得る。
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、マウスの加齢を改善し（例えば、症状を低減し）、寿命を延長することが示されてきた。これらの例によって、ミトコンドリア酸化ストレスを減らし、ミトコンドリア機能を保護することができる「ドラッガブルな」化学的化合物を同定する。ミトコンドリアは、細胞内活性酸素種（ＲＯＳ）の主要な供給源であるため、ミトコンドリアＤＮＡ、電子伝達系（ＥＴＣ）の蛋白質、およびミトコンドリア脂質膜に対する酸化的損傷を制限するために、抗酸化物質をミトコンドリアに送達しなければならない。本発明者らは、ミトコンドリア内膜（ＩＭＭ）内で、選択的に標的化および濃縮する合成芳香族カチオン性テトラペプチドのファミリーを発見した。これらのペプチドの一部は、一電子酸化を受け、ミトコンドリアを標的とする抗酸化剤として挙動し得る、レドックス活性アミノ酸を含む。本明細書に開示のペプチド、例えばペプチドＤ−Ａｒｇ−２’６’−Ｄｍｔ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2などの本明細書に開示のペプチドは、細胞および動物試験でミトコンドリアＲＯＳを減少させて、ミトコンドリア機能を防御する。近年の試験において、このペプチドが、ミトコンドリアカタラーゼ過剰発現で観察されるものに匹敵する、ミトコンドリア酸化ストレスへの防御を付与し得ることが示されている。ラジカルスカベンジングは、酸化ストレスを減少させるために最も一般的に用いられるアプローチであるが、電子漏出を減少させるための電子移動の促進、およびミトコンドリア還元電位の改善をはじめとし、使用され得る他の潜在的メカニズムが存在する。
豊富な状況証拠から、酸化ストレスが、正常な加齢および複数の主要な疾患、例えば心血管疾患、糖尿病、神経変性疾患および癌などの転帰の多くに寄与することが示されている。酸化ストレスは一般に、酸化促進物質と抗酸化物質の不均衡として定義される。しかし、酸化的組織損傷の増加を裏づける豊富な科学的証拠があるにもかかわらず、抗酸化剤を用いた大規模な臨床研究で、これらの疾患における著しい健康利益は実証されていない。理由の１つは、入手可能な抗酸化剤が酸化促進物質を生成する部位に到達できないためである可能性がある。
ミトコンドリア電子伝達系（ＥＴＣ）は、ＲＯＳの主要な細胞内産生体であり、ミトコンドリア自体は、酸化ストレスを最も受け易い。そのため、ミトコンドリア機能を保護することが、ミトコンドリア酸化ストレスによって引き起こされる細胞死を防ぐための必須条件になる。ペルオキシソームを標的とするカタラーゼ（ｐＣＡＴ）ではなく、ミトコンドリアを標的としたカタラーゼ（ｍＣＡＴ）を過剰発現する利点によって、加齢の有害作用を克服するためにミトコンドリアを標的とする抗酸化剤が必要になるという概念実証が示された。しかし、ＩＭＭに対する化学的抗酸化物質の適切な送達には、依然として課題がある。
１つのペプチド類似体、Ｄ−Ａｒｇ−２’６’−Ｄｍｔ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2は、修飾されたチロシン残基がレドックス活性であり、一電子酸化を受け得るため、本質的な抗酸化能力を有する。本発明者らは、このペプチドがＨ2Ｏ2、ヒドロキシルラジカル、およびペルオキシ亜硝酸塩を中和し、脂質過酸化を阻害し得ることを示した。該ペプチドは、虚血再灌流傷害、神経変性疾患、およびメタボリックシンドロームの動物モデルで著しい効能を実証した。
ミトコンドリア標的ペプチドの設計では、次の作用機序の１つ以上を組み込んで強化する：（ｉ）過剰なＲＯＳのスカベンジング、（ii）電子移動を促進することによるＲＯＳ産生の低減、または（iii）ミトコンドリア還元能の増加。ペプチド分子の利点は、ミトコンドリア標的化に必要な芳香族カチオン性モチーフを維持しながら、レドックス中心として機能すること、電子移動を促進すること、またはスルフヒドリル基を増加させること、が可能な天然または非天然アミノ酸を組み入れることが可能なことである。
電子および光検知のための芳香族カチオン性ペプチド
実施例に示すように、試料中の本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチド、例えばアミノ酸配列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）またはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）を含むペプチドの濃度を変動させることで、ｃｙｔ ｃの電気的性質およびフォトルミネッセンス性が変化する。具体的にはｃｙｔ ｃに対して芳香族カチオン性ペプチド濃度を増加させることで、導電率およびフォトルミネッセンスの効率を増加させる。芳香族カチオン性ペプチド濃度の適切な範囲としては、限定するものではないが０〜５００ｍＭ；０〜１００ｍＭ；０〜５００μｍ；０〜２５０μｍ；および０〜１００μｍが挙げられる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
導電率およびフォトルミネッセンス効率におけるこれらの変動は、以下に記載される通りｃｙｔ ｃからの発光を伝導するため、検知するため、切替えるため、そして／または増強するために活用することができる。例えばｃｙｔ ｃ、脂質、芳香族カチオン性ペプチド、および／またはペプチドもしくは脂質がドープされたｃｙｔ ｃを用いて、センサー；圧力／温度／ｐＨ−電流変換器；発光トランジスタを含む電界効果トランジスタ；発光デバイス、例えばダイオードおよびディスプレイ；バッテリー；ならびにソーラー電池を作製および／または増強することができる。芳香族カチオン性ペプチド濃度レベル（例えばｃｙｔ ｃ中）は、空間的に変動して異なるバンドギャップを有する領域を生成することもでき；これらのバンドギャップの変動を利用して、前述のセンサー、トランジスタ、ダイオードおよびソーラー電池に組み込んでそれらの性能を向上させ得るヘテロ接合、量子井戸、傾斜バンドギャップ領域などを作製することもできる。
芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃセンサー
図８は、本明細書に開示のペプチドのいずれか、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）またはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）が単独で、またはカルジオリピンと共にドープされたｃｙｔ ｃの層１１０の導電率（抵抗）の変動を測定することにより、検査基板１３０のｐＨおよび／または温度の変化を検出する例示的センサー１００を示す。一部の実施形態において、ｃｙｔ ｃ層は、カルジオリピンがドープされている。基板１３０の温度および／またはｐＨが変化すると、芳香族カチオン性ペプチド、カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンとが、ドープされたｃｙｔ ｃ層１１０内に、またはそこから拡散し、その一方でドープされたｃｙｔ ｃ層１１０の導電率を変化させる。計量器１２０は、アノード１２２およびカソード１２４を通してｃｙｔ ｃ層１１０に電位（電圧）を印加することにより、導電率の変動を測定する。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の間を流れる電流が減少する。別のセンサーが、より感度の高い抵抗測定のための追加的電気端子（即ち、アノードおよびカソード）を含んでいてもよい。例えば別のセンサーが、抵抗のケルビン検知測定のための４つの電気端子を含んでいてもよい。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
図９は、ペプチドがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされた、またはカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ層１１０のフォトルミネッセンスの変化を測定することにより、検査基板１３０のｐＨおよび／または温度の変化を検出する別のセンサー１０１を示す。レーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源１４０は、５３２．８ｎｍなどの励起波長でドープされたｃｙｔ ｃ層１１０を照射する。図３Ａに示すように、励起波長でのドープされたｃｙｔ ｃ層１１０の照射は、電子を価電子帯から励起状態に励起する。（当業者に理解される通り、価電子帯と励起状態とのギャップは、励起波長に比例する。）短い緩和時間の後、電子が励起状態から伝導帯に減衰する。電子が伝導帯から価電子帯に緩和すると、ドープされたｃｙｔ ｃ層１１０は、価電子帯と伝導帯の間のギャップにより固定された６５０ｎｍなどの発光波長で光子を放出する。
図３Ｂに示すように、一定励起強度の間ｃｙｔ ｃにより放出される（光源１４０から）光の強度は、芳香族カチオン性ペプチドの濃度に応じて非直線的に変動し；芳香族カチオン性ペプチドの濃度が０μＭから５０μＭに増加すると、発光波長での発光強度が約４２００ＣＰＳから約４９００ＣＰＳに増加するが、芳香族カチオン性ペプチドの濃度が５０μＭから１００μＭに倍増すると、発光波長での発光強度は約４９００ＣＰＳから約７０００ＣＰＳに増加する。つまりドープされたｃｙｔ ｃ層１１０における芳香族カチオン性ペプチド、または芳香族カチオン性ペプチド／カルジオリピン、またはカルジオリピンの濃度は、検査基板１３０のｐＨおよび／または温度の変化に応じて変動するため、発光波長での強度もまた変動する。この強度の変動を光検出器１５０で検出すれば、検査基板１３０のｐＨおよび／または温度の表示が得られる。
場合によっては、ペプチド、カルジオリピン、またはカルジオリピンとペプチドの濃度の変化が、ルミネセンス発光の強度変化の代わりまたは追加として、ルミネセンス発光の波長を変化させることができる。これらの発光波長の変化は、放出された光を、ドープされた層１１０と検出器１５０の間に配置されたフィルター１５２でフィルタリングすることにより検出することができる。フィルター１５２は、通過帯域内の光を伝送し、通過帯域外の光を反射および／または吸収する。発光波長がｐＨおよび／または温度によるペプチド、カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンの濃度変化により通過帯域から外れれば、検出器１５０は、任意の光、つまりペプチドおよび／またはカルジオリピン濃度の変化を測定するために活用され得る効果を検出しない。あるいはペプチドおよび／またはカルジオリピンによる発光波長の変化は、例えば光検出器１５０の代わりに光スペクトル分析機（不図示）を用いて、フィルターにかけられなかった発光のスペクトルを分析することにより測定することができる。
カルジオリピンおよび本明細書に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）またはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）のうちの１つ以上を用いて、光学的および／または電気的に刺激されたｃｙｔ ｃから放出された光の波長を増強および／または調整することもできる。例えばｃｙｔ ｃを１００μＭの濃度のペプチドでドープすると、図３Ｂに示すように、６５０ｎｍで放出される光の強度がほぼ倍増する。つまり図９のセンサー１０１は、増強された発光素子として用いることもできる。半導体ＬＥＤおよびディスプレイとは異なり、ドープされたｃｙｔ ｃに基づく増強された発光素子は、任意の形状で、そして可撓性基板上で作製することができる。さらに該ペプチドおよびカルジオリピン濃度は、所望の発光レベルおよび／または発光波長を与えるように設定することができる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
ｃｙｔ ｃ、カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ、芳香族カチオン性ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃ、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃを用いて作製されたセンサーを用いて、圧力、温度、ｐＨ、印加電界、および／または導電率に影響を及ぼす他の特性の変化を検出することができる。例えば、センサー１００および１０１を用いて、ｃｙｔ ｃにおけるカルジオリピンおよび芳香族カチオン性ペプチドのうちの１つ以上の濃度に影響を及ぼす圧力の変化を検出することができ；圧力変化が芳香族カチオン性ペプチドをｃｙｔ ｃ内に拡散させると、導電率および／または発光強度が増加する、またはその逆もある。ｃｙｔ ｃにおけるペプチドおよび／またはカルジオリピン濃度に影響を及ぼす温度およびｐＨの変化は、同様の結果を生じる。ｃｙｔ ｃにおけるペプチドおよび／またはカルジオリピン濃度を変化させる印加電界、例えば電磁界も、測定される導電率、発光強度、および発光波長を変化させる。
カルジオリピン、カルジオリピンと芳香族カチオン性ペプチド、または芳香族カチオン性ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃセンサーを用いて、本明細書に開示の生物学的および／または化学的活性を検知することもできる。例えば例示的センサーを用いて、芳香族カチオン性ペプチド、カルジオリピンおよび／またはｃｙｔ ｃに結合した他の分子および／または原子、ならびにドープされたｃｙｔ ｃの電気的性質およびルミネセンス性を変化させる他の分子および／または原子を同定してもよい。例えば場合によっては、単一ペプチド分子、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）もしくは Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）がドープされたｃｙｔ ｃの単一分子、またはペプチドとカルジオリピンとがドープされたｃｙｔ ｃの単一分子が、そのものとしてｃｙｔ ｃ分子に結合している、またはそのものとしてｃｙｔ ｃ分子から遊離している、カルジオリピン、ペプチド、またはカルジオリピンとペプチドにより引き起こされた圧力、温度、ｐＨ、印加電界などの微小変動を検出することも可能となり得る。限定するものではないが酵素分析（例えば、グルコースまたは乳酸塩アッセイ）、ＤＮＡ解析（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応およびハイスループットシーケンシング）、およびプロテオミクスをはじめとする適用例において前述の性能のいずれかを検出するために、単一分子センサー（および／または多分子センサー）を、規則的な（例えば、周期的な）または不規則なアレイに配列させてもよい。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
マイクロフルイディクスにおける芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃ
さらに、カルジオリピンがドープされた、カルジオリピン／ペプチドがドープされた、またはペプチドがドープされたｃｙｔ ｃのセンサーを、マイクロフルイディクスおよびオプトフルイディックデバイスにおいて用いて、例えばハイブリッド生物学的／化学的／電子的プロセッサにおいて使用するために圧力、温度、ｐＨ、印加電界などの変動を電流および／または電圧に変換することができる。それらは、例えば全体として参照により本明細書に組み入れられる、米国特許出願公開第２００９／０２０１４９７号、同第２０１０／００６０８７５号、および同第２０１１／００３９７３０号に記載されるようなマイクロフルイディクスおよびオプトフルイディックデバイスにおいて用いることもできる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
オプトフルイディクスは、マイクロメータ〜ナノメータスケールでの、流体を用いた光のマニピュレーションまたはその逆を指す。マイクロフルイディックマニピュレーションの利点を取り入れることにより、流体の光学特性を正確かつ柔軟に制御して、他ではソリッドステート技術での実践が困難または不可能であるリコンフィギュアブルな光学部品を実現することができる。さらに、マイクロ／ナノスケールでの流体の特有の挙動は、光を用いて流体をマニピュレーションする可能性を与えた。芳香族カチオン性ペプチド、カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃに基づくオプトフルイディックデバイスの適用例としては、限定するものではないが、補償光学素子；微小共振器を用いた検出；流体の導波管；蛍光マイクロフルイディック光源；ナノフォトニクスとミクロフルイディクスの統合；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；非直線性光学適用のためのマイクロフルイディクス；オプトフルイディック顕微鏡法；リコンフィギュラブルフォトニクスおよび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；ナノ粒子カクテルを用いた光学メモリー；ならびに統合されたオプトフルイディクス適用のための試験管マイクロキャビティーレーザが挙げられる。
芳香族カチオン性ペプチドとカルジオリピン、または芳香族カチオン性ペプチド、またはカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃを含むセンサーをマイクロフルイディックプロセッサで用いて、流体の流れの変化による圧力変動を、先に記載された通り従来の電気検出器および光検出器を用いて即座に検出され得る電気および／または光シグナルに変換することができる。カルジオリピン／ペプチドがドープされた、またはペプチドがドープ、またはカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃの変換器を用いて、マイクロフルイディックポンプ、プロセッサ、および調整可能なマイクロレンズアレイをはじめとする他のデバイスを制御することができる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
スイッチおよびトランジスタのための芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃ
芳香族カチオン性ペプチドとカルジオリピン、または芳香族カチオン性ペプチド、またはカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃは、図１０に示すように電気的または光学スイッチ、例えばスイッチ２１０として、またはそれらの内部で使用することもできる。スイッチ２０１は、導管２２１およびチャネル２１０を介してｃｙｔ ｃまたはドープされたｃｙｔ ｃ１１０と流体連通している、カルジオリピン、芳香族カチオン性ペプチド２００とカルジオリピン、また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）またはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）を受けるリザーバ２２０を含む。操作の際、導管２２１を開けて、カルジオリピン、またはペプチド２００、またはペプチドとカルジオリピンを方向２１２でチャネル２１０に流す。チャネル２１０とｃｙｔ ｃ１３０の間の境界を横断する温度および／またはｐＨ勾配を生成することにより、スイッチ２０１を作動させる。勾配の方向に応じて、カルジオリピン、またはペプチド２００、またはペプチドとカルジオリピンとが、ｃｙｔ ｃ１３０内へ、またはそこから拡散して、導電率およびフォトルミネッセンス性を先に記載された通り変化させる。ペプチドまたはカルジオリピン濃度の増減による導電率の変化を利用して、アノード２２２とカソード２２４の間の電流を調節することができる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
図１０に示されたスイッチ２０１は、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）として作用し、それはチャネル２１０とｃｙｔ ｃ１３０の間の境界を横断する温度および／またはｐＨ勾配に対応する「電界」の変化に応答して電流を調節する。各トランジスタは、ｃｙｔ ｃチャネル層、または芳香族カチオン性ペプチドとカルジオリピン、もしくは芳香族カチオン性ペプチド、もしくはカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃチャネル層と、ソースと、ドレインと、を含む。チャネル層は、低い方の基板の上に配置されている。ソースおよびドレインは、チャネル層の上に配置され、それぞれチャネル層の２つの向き合った側に接触している。ゲートは、チャネル層の上に配置され、ソースとドレインの間に位置している。先の有機エレクトロルミネセンスデバイスは、ソースからチャネル層を介して出力される電流を受けて、電流の規模に応じて放出するために、ドレインに電気的に接続されている。
従来のトランジスタに比較して、本発明のトランジスタ、例えばペプチド／カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ ＯＦＥＴは、製造を簡便にすることができる。従来の無機トランジスタは、高温（例えば、５００〜１，０００℃）を要求するが、ＯＦＥＴは、室温〜２００℃で作製することができる。ＯＦＥＴは、加熱により損傷し易いプラスチック基板上でも形成することができる。ＯＦＥＴを利用して、軽量で薄く可撓性の素子要素を実現し、それらを様々な特有のデバイス、例えば可撓性ディスプレイおよびセンサーにおいて使用することができる。
ＯＦＥＴを用いて、デジタル信号処理に必要な基本的論理演算を実行することができる。例えばトランジスタを用いて、デジタル信号を処理するために一緒に連結され得る（非線形）論理ゲート、例えばＮＯＴおよびＮＯＲゲートを作製することができる。ペプチド／カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃトランジスタを、限定するものではないがエミッタフォロア（例えば、電圧調節）、電流源、カウンター、アナログ−デジタル変換などをはじめとする適用例、ならびに一般的な目的の計算および用途に即した処理の両方、例えばコンピュータネットワーキング、ワイヤレス通信（例えば、ソフトウエア無線）などの処理において使用することができる。トランジスタの更なる適用例については、全体として参照により本明細書に組み入れられる、Ｐ．ＨｏｒｏｗｉｔｚおよびＷ．Ｈｉｌｌの“Ｔｈｅ Ａｒｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”を参照されたい。
トランジスタは、１つの特性、例えばｐＨの小さな変化を別の特性、例えば導電率の大きな変化に変換することによりシグナルを増幅するのにも用いることができ、より良く理解される通り、増幅は、ワイヤレス（無線）伝送、録音再生、および（アナログ）信号処理をはじめとする様々な用途に用いることができる。ペプチド／カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃトランジスタは、反転増幅器、非反転増幅器、フィードバックループ、発振器などにおいて用いられる演算増幅器（オペアンプ）を作製するために用いることもできる。全体として参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第７，７９５，６１１号；同第７，７６８，００１号；同第７，１２６，１５３号；および同第７，８１６，６７４号を参照されたい。
ランダムアクセスメモリーのための芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃ
ｃｙｔ ｃおよび／または本明細書に開示のカルジオリピン、芳香族カチオン性ペプチド、もしくはカルジオリピンと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）もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）がドープされたｃｙｔ ｃに基づくトランジスタは、デジタル計算において使用される情報を保存するスタティックまたはダイナミックランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）などのメモリーを実行するために用いることもできる。より良く理解される通り、６個のトランジスタを一緒に連結して、周期的な再生を必要とせずに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。ｃｙｔ ｃおよび／またはカルジオリピン、もしくは芳香族カチオン性ペプチド、もしくはカルジオリピンと芳香族カチオン性ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃに基づくトランジスタは、デジタル計算のためのダイナミックランダムアクセスメモリー（ＤＲＡＭ）などの他のタイプのメモリーを実行するのに用いることもできる。より良く理解される通り、ＲＡＭを用いて、先に記載されたような適用例でデジタル計算を実行することができる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
従来のトランジスタを集積回路内に形成させるのとまさしく同様に、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃトンランジスタをプログラム可能な、または予めプログラムされた、生物学的アレイ内に形成させてもよい。ペプチドまたはカルジオリピンの活性によるｃｙｔ ｃの導電率の変化が十分に高い場合、例示的トランジスタ（スイッチ）は、単一ペプチド分子、単一カルジオリピン分子、または単一ペプチド分子と単一カルジオリピン分子がドープされた単一ｃｙｔ ｃ分子で作製することができる。単一分子ｃｙｔ ｃトランジスタのアレイを形成させて、信じられないほど小さく実装密度の高い論理回路を作製させることができる。
発光トランジスタのための発明性のある芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃ
ｃｙｔ ｃ、および／あるいはは本明細書に開示のカルジオリピン、また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）もしくは Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）、またはカルジオリピンとペプチドがドープされたｃｙｔ ｃを用いて、コンピュータチップ上のより安価なデジタルでディスプレイおよび高速スイッチング光源を提供し得る有機発光トランジスタ（ＯＬＥＴ）を作製することができる。ＯＬＥＴに基づく光源は、ダイオードよりもかなり迅速に切り替わり、平面設計であるためコンピュータチップ上により容易に集積することができ、銅製ワイヤーよりも急速にチップを隔てたデータ変換を与える。効率をより高める鍵は、互いの最上部に薄層を積層させた三層構造である。電流が、最上層と最下層を通り水平に流れ（一方は電子を、他方は正孔を担い）、中心層に流れるキャリアが再結合して、光子を放出する。チャネル内の接合領域の位置は、ゲートおよびドレインの電圧に依存するため、発光領域は調整することができる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
図１６に示されたＯＬＥＴなどの例示的ＯＬＥＴは、酸化インジウムスズでコーティングされた透明な基板（例えば、ガラス）基板上に構築させることができ、一般的な絶縁材料であるポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）でコーティングされたトランジスタのゲートとして作用する。電子輸送材料（例えば、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ）のフィルム、発光材料のフィルムおよび正孔輸送材料を含み得る多層有機構造が、ＰＭＭＡ上に堆積される。最後に、金属接点が、有機構造の最上部に堆積されて、ソースおよびドレインを提供する。ＯＬＥＴ内の光が、ＯＬＥＤ内と同様に接点を通して上方ではなくむしろ発光層に沿って縞状に放出される。発光層の形状を変動させて、放出された光を、光ファイバー、導波管および他の構造により容易につなぐことができる。
２００３年にＨｅｐｐらにより開発された有機発光トランジスタ（ＯＬＥＴ）は、単極ｐ型方式で動作し、金のドレイン電極（電子注入）の接近した緑色エレクトロルミネッセンスを生成する。しかしＨｅｐｐのデバイスの発光領域は、単極動作方式によりモジュレートすることができない。均衡のとれたアンバイポーラ輸送が、ＯＬＥＴの量子効率を改善するのに非常に望ましく、単一成分およびヘテロ構造トランジスタの両方に重要である。
アンバイポーラＯＬＥＴは、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃなど、正孔輸送材料と電子輸送材料のヘテロ構造に基づいていてもよい。アンバイポーラＯＬＥＴの光強度は、ドレイン−ソース電圧とゲート電圧の両方により制御することができる。同一材料（例えば、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ）に基づくＯＬＥＴのキャリア移動度およびエレクトロルミネッセンス性は、２成分の比率を変化させることにより調整することができる。高濃度の正孔輸送材料は、非発光アンバイポーラＦＥＴを提供し得るが、高濃度のカルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ（またはｃｙｔ ｃ中ペプチドまたはカルジオリピン濃度が高濃度のｃｙｔ ｃ）は、発光単極ｎ−チャネルＦＥＴを提供し得る。
２成分層状構造に基づくＯＬＥＴは、正孔輸送材料および電子輸送材料を順次付着させることにより、実現することができる。形態学的分析により、２つの有機フィルムの間の連続界面が示され、それはその界面の品質および得られたＯＬＥＴの光電子特性を制御するのに重要となる。重複するｐ−ｎヘテロ構造は、連続堆積工程の間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の内側に制限することができる。発光領域（即ち、重複領域）は、正孔および電子のソース電極から離れていて、金属電極での励起子および光子のクエンチングを回避する。ＯＬＥＴは、ＯＬＥＤと、トップ−ゲート静電誘導トランジスタまたは三極管と類似のトップ−ゲート型ＯＬＥＴと、横向きに配列されたヘテロ接合構造およびダイオード／ＦＥＴハイブリッドを有するＯＬＥＴと、の水平コンビネーション静電誘導トランジスタをはじめとし、別のヘテロ構造において実現することもできる。有機発光トランジスタの更なる詳細は、全体として参照により本明細書に組み入れられる、Ｍｅｎｇらによる米国特許第７，７９１，０６８号、およびＫｉｄｏらによる米国特許第７，６３３，０８４号に見出すことができる。
代わりまたは追加として、芳香族カチオン性ペプチド、またはカルジオリピン、またはペプチド／カルジオリピンの濃度を用いて、ｃｙｔ ｃ１１０により放出された光の強度および／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としては、限定するものではないが０〜５００ｍＭ；０〜１００ｍＭ；０〜５００μｍ；０〜２５０μｍ；および０〜１００μｍが挙げられる。カルジオリピン濃度の適切な範囲としては、限定するものではないが０〜５００μｍ；０〜１００ｍＭ、０〜５００μｍ、０〜２５０μｍ；および０〜１００μｍが挙げられる。実際に、図３Ｂに示された発光強度の非直線的変化から、ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃ１１０がバイナリー（デジタル）スイッチングに十分に適することが示され、ペプチド濃度が所定の閾値、例えば５０μＭ未満であれば、発光強度は、所与のレベル、例えば５０００ＣＰＳ未満になる。閾値、例えば１００μＭを超える芳香族カチオン性ペプチド濃度では、発光強度は、例えば約７０００ＣＰＳに跳ね上がる。非直線的な挙動を活用して、ｃｙｔ ｃ１１０、ならびに／またはｃｙｔ ｃ１１０と熱および／もしくは流体連通する層もしくは物質のｐＨまたは温度の対応する変化を検出する、またはそれに応答することができる。カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンとの組み合わせが、同等の挙動を提供することが予測される。
発光ダイオードおよびエレクトロルミネッセンスディスプレイのための芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃ
ｃｙｔ ｃ、および／あるいはカルジオリピン、または本明細書に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）もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）、またはカルジオリピンとペプチドがドープされたｃｙｔ ｃを、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびエレクトロルミネッセンスディスプレイにおいて用いることができる。ＯＬＥＤは、様々な消費者向け製品、例えば腕時計、電話、ラップトップコンピューター、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、および計算機において有用である。ＯＬＥＤを含むディスプレイは、従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を超える数多くの利点を有する。ＯＬＥＤに基づくディスプレイは、バックライトを必要としないため、深黒レベルを表示することができ、広角であっても比較的高いコントラスト比を実現することができる。それらは、電力消費の大きなバックライトを必要とするＬＣＤよりも、薄く効率的で明るくなることもできる。これらの特色を組み合わせた結果、ＯＬＥＤは、ＬＣＤディスプレイよりも軽量で、小さな空間を取り込む。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
ＯＬＥＤは、典型的には図１７に示すように２つの電極、つまりアノードとカソードの間に挿入された発光素子を含む。発光素子は、典型的には正孔輸送層と、発光層と、電子輸送層と、を含む薄い有機層の積層を含む。ＯＬＥＤは、追加的層、例えば正孔注入層および電子注入層を含むこともできる。ｃｙｔ ｃ発光層を芳香族カチオン性ペプチドで（および可能ならば他のドーパント、例えばカルジオリピンなども）ドーピングすることで、ＯＬＥＤのエレクトロルミネッセンス効率を向上させて、色出力を制御することができる。カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃは、電子輸送層として用いることもできる。
ＯＬＥＤにおいて、カルジオリピン、また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）もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）、またはカルジオリピンと芳香族カチオン性ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃの層が、コーティング（例えばスピンコーティング）されているか、または他の方法で２つの電極の間に配置されていて、電極の少なくとも一方は透明になっている。例えばＯＬＥＤに基づくディスプレイは、スクリーン印刷されていても、インクジェットプリンターで印刷されていても、または剛性基板および可撓性基板の両方を含む任意の適切な基板上に回転蒸着法（ｒｏｌｌ−ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用して堆積されていてもよい。典型的な基板は、電磁スペクトルの可視領域に少なくとも一部透過性である。例えば透明基板（および電極層）は、電磁スペクトルの可視領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光について少なくとも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。基板の例としては、限定するものではないが、シリコン、二酸化シリコンの表面層を有するシリコン、およびガリウムヒ素などの半導体材料；石英；石英ガラス；酸化アルミニウム；セラミックス；ガラス；金属ホイル；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、およびポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などのポリオレフィン；ポリテトラフルオロエチレンおよびポリフッ化ビニルなどのフルオロカーボンポリマー；Ｎｙｌｏｎなどのポリアミド；ポリイミド類；ポリ（メタクリル酸メチル）およびポリ（エチレン２，６−ナフタレンジカルボキシラート）などのポリエステル；エポキシ樹脂；ポリエーテル；ポリカルボナート；ポリスルホン；ならびにポリエーテルスルホンが挙げられる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
典型的には基板の少なくとも一表面は、第一の電極でコーティングされており、第一の電極は、透明材料、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または任意の他の適切な材料であってもよい。第一の電極層は、ＯＬＥＤ内でアノードまたはカソードとして機能し得る。アノードは、典型的には高仕事関数の（＞４ｅＶ）金属、合金、または酸化金属、例えば酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、ニッケル、および金から選択される。カソードは、低仕事関数の（＜４ｅＶ）金属、例えばＣａ、Ｍｇ、およびＡｌ；先に記載された高仕事関数の（＞４ｅＶ）金属、合金、もしくは酸化金属；または低仕事関数の金属と、高もしく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、およびＡｌ−Ｃａであってもよい。ＯＬＥＤの製作においてアノード層およ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、またはＲＦスパッタリングは、当該技術分野で周知である。
ｃｙｔ ｃ、および／またはカルジオリピンがドープされた、もしくは芳香族カチオン性ペプチドがドープされた、もしくはカルジオリピンと芳香族カチオン性ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃを含む活性層が、透明電極にコーティングされていて、発光素子を形成している。発光素子は、正孔輸送層および発光／電子輸送層を含み、正孔輸送層および発光／電子輸送層は、互いに直接接しており、正孔輸送層は、以下に記載された硬化ポリシロキサンを含む。発光素子の配向は、ＯＬＥＤ内のアノードおよびカソードの相対的位置に依存する。正孔輸送層は、アノードと発光／電子輸送層の間に配置され、発光／電子輸送層は、正孔輸送層とカソードの間に配置されている。正孔輸送層の厚さは、２〜１００ｎｍ、あるいは３０〜５０ｎｍであってもよい。発光／電子輸送層の厚さは、２０〜１００ｎｍ、あるいは３０〜７０ｎｍの厚さであってもよい。
ＯＬＥＤディスプレイは、パッシブ−マトリックスまたはアクティブ−マトリックス駆動スキームのいずれかで駆動することができ、それらは両者とも周知である。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アレイおよび複数の薄層トランジスタ（ＴＦＴ）を含んでいてもよく、それらはそれぞれカルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピンおよびペプチドがドープされたｃｙｔ ｃトランジスタ（先に記載された通り）として実行されてもよい。アクティブマトリックスピクセルアレイは、活性層を含む基板の間に配置されている。アクティブマトリックスピクセルアレイは、複数のピクセルを含む。各ピクセルは、第一のスキャンラインおよびそれに隣接する第二のスキャンラインに加え、第一のデータラインおよびそれに隣接する第二のデータラインにより画定され、それらは両者とも低い方の基板上に配置されている。ピクセルの非ディスプレイ領域の内側に配置されたＴＦＴが、対応するスキャンラインおよびデータラインに電気的に接続している。ピクセル内のＴＦＴをスキャンラインおよびデータラインと切り替えることで、対応するピクセルを作動させる（即ち発光させる）。
さらに活性層（例えば、ｃｙｔ ｃ、および／またはカルジオリピンがドープされた、もしくはペプチドがドープされた、もしくはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃ）は、ほとんど任意の形状およびサイズで配列させることができ、任意の形状にかたどることができる。それらは、更にドープされて、特定の波長で光を発生させることもできる。有機発光ダイオードおよび有機発光ディスプレイの更なる詳細は、全体として参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第７，３５８，６６３号；同第７，８４３，１２５号；同第７，５５０，９１７号；同第７，７１４，８１７号；および同第７，５３５，１７２号に見出すことができる。
ヘテロ接合のための芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃ
ｃｙｔ ｃ活性層中の芳香族カチオン性ペプチド、カルジオリピン、またはペプチドとカルジオリピンの濃度レベルは、全体として参照により本明細書に組み入れられる米国特許第７，８９７，４２９号に記載され図１８および１９の太陽光電池内に示すように、空間および／または時間の関数として変動させて、異なるエネルギーギャップの２つの半導体材料の界面であるヘテロ接合を提供してもよい。芳香族カチオン性ペプチド濃度の適切な範囲としては、限定するものではないが、０〜５００ｍＭ；０〜１００ｍＭ；０〜５００μＭ；０〜２５０μＭ；および０〜１００μＭが挙げられる。カルジオリピン濃度の適切な範囲としては、限定するものではないが、０〜５００ｍＭ；０〜１００ｍＭ；０〜５００μＭ；０〜２５０μＭ；および０〜１００μＭが挙げられる。例えばヘテロ接合を利用して、ＯＬＥＤおよび他のデバイス内での発光を増強するために複数の量子井戸構造を作製することができる。有機ヘテロ接合は、ｐ型およびｎ型の薄い結晶フィルムの活性層で構築された有機ヘテロ接合トランジスタで高導電率であることが発見された後、ますます注目を集めてきた。無機ヘテロ接合内に形成する空乏層とは異なり、電子および正孔蓄積層は、有機ヘテロ接合界面の両側に観察され得る。導電率の高いヘテロ接合フィルムは、電荷注入バッファー層として、そしてタンデムダイオードのための連結ユニットとして用いることができる。アンバイポーラトランジスタおよび発光トランジスタ（先に記載された）は、有機ヘテロ接合フィルムを活性層として用いて実現することができる。
有機ヘテロ構造は、ＯＬＥＤ（前述）、ＯＦＥＴ（前述）、および有機太陽光（ＯＰＶ）電池（後述）内で用いられて、デバイスの性能を改善することができる。典型的な二重層ＯＬＥＤ構造において、有機ヘテロ接合は、立ち上がり電圧を低下させて、照明効率を改善する。有機ヘテロ接合を用いて、単層電池よりも一桁、ＯＰＶ電池の電力変換効率を改善することもできる。アンバイポーラＯＦＥＴ（前述）は、電子および正孔の両方が印加電圧に応じてデバイスチャネル内に蓄積および輸送されることを必要とし、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃをはじめとする有機ヘテロ構造を活性層として導入することにより実現することができる。有機ヘテロ構造は、有機電子デバイスを引き続き開発する上で重要な役割を有する。
有機ヘテロ構造をＯＦＥＴ内のバッファー層として用いて、電極と有機層の接触を改善することもできる。例えばｃｙｔ ｃ、および／またはカルジオリピンがドープされた、もしくはペプチドがドープされた、もしくはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃの薄層が、電極と半導体層の間に挿入されることで、より良好なキャリア注入および移動度の改善を得ることができる。導電率の高い（例えば、カルジオリピンがドープされた、または芳香族カチオン性ペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃの使用による）有機ヘテロ接合は、ＯＦＥＴ内のバッファー層として用いて、金属と有機半導体の間の接触を改善し、それにより電界効果移動度を改善することもできる。カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃに基づく他のヘテロ構造は、ＯＰＶ電池内のＯＦＥＴ内の電気接触を改善するため、そして積層されたＯＰＶ電池およびＯＬＥＤ内の連結ユニットとして用いることができる。
有機ヘテロ構造の導入は、デバイス性能を有意に改善し、多くの適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の電子および正孔蓄積層を観察すると、ヘテロ接合界面での相互作用がキャリア再分布およびバンド曲がりを導き得ることが示唆される。有機ヘテロ接合のアンバイポーラ輸送挙動が、高い量子効率を有するＯＬＥＤ ＦＥＴを組み立てる可能性を与える。バッファー層は有機層と金属電極との接触を改善するため、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃで形成されたヘテロ構造をはじめとする有機ヘテロ構造の適用も議論される。有機半導体における電荷輸送は、多くの因子により影響を受けるが、このレビューでは、意図的にドープされたｎおよびｐ型有機半導体の使用を強調し、バンド輸送挙動を示す結晶有機フィルムで構成された有機ヘテロ接合を主に検討している。
一般にＯＦＥＴは、蓄積方式で動作する。正孔蓄積方式のＯＦＥＴにおいて、例えば負電圧がソース電極（接地される）に対するゲートに印加された場合には、正電圧（正孔）の形成が、絶縁層付近の有機層内に導入される。印加されたゲート電圧が、閾値電圧（ＶT）を超えると、導入された正孔が導電性チャネルを形成し、ソース電極に対してドレイン電極に印加された電位バイアス（ＶDC）の下で、電流をドレインからソースに流す。ＯＦＥＴ内のチャネルは、移動可能な自由正孔を含み、閾値電圧は、導電性チャネルの形成を導入するのに必要となる最小限のゲート電圧である。それゆえＯＦＥＴは、蓄積方式で動作するか、または「ノーマリーオフ」デバイスとして動作する。しかし場合によっては、ＯＦＥＴは、ゼロゲート電圧の下でオープンチャネルを有することができ、つまり反対のゲート電圧がデバイスを停止させる必要となる。これらのデバイスは、それゆえ、「ノーマリーオン」または「空乏方式」のトランジスタと呼ばれる。
ノーマリーオンＣｕＰｃ／Ｆ16ＣｕＰｃヘテロ接合トランジスタのための導電性チャネル内の電荷−キャリア型は、最下層の半導体（絶縁体付近の有機層）に依存する。電荷蓄積は、ｐ型材料における上方バンド曲がりおよびバルクから界面までのｎ型材料における下方バンド曲がりを導く可能性があり、それは従来の無機ｐ−ｎ型接合の場合とは異なる。自由電子および正孔は、有機ヘテロ接合フィルム内に共存し得るため、有機ヘテロ接合フィルムは、ゲート電圧に応じて、電子または正孔のいずれかを輸送し得る可能性がある。実際に、膜厚およびデバイス構成を最適化した後、アンバイポーラ輸送挙動が観察された。
平面状ヘテロ接合におけるキャリア輸送は、ＯＦＥＴの場合と同様にヘテロ接合界面と平行であり、ヘテロ接合フィルムの導電率に直接反映される。二重層構造を有するダイオードの導電率は、単層デバイスよりも約１桁高くなる可能性があり、ヘテロ接合を形成するのに用いられるｃｙｔ ｃ層内の芳香族カチオン性ペプチドの濃度を変化させることにより更に向上させることができる。芳香族カチオン性ペプチド濃度の適切な範囲としては、限定するものではないが、０〜５００ｍＭ；０〜１００ｍＭ；０〜５００μｍ；０〜２５０μｍ；および０〜１００μｍが挙げられる。例えばノーマリーオンＯＦＥＴでは、導入される電子および正孔は、フィルム内に導電性チャネルを形成して高い導電率を導く。界面の粗度が高いことによる導電率の低下は、先に記載された通りペプチドドーピング濃度を変化させることにより補正することができる。
ｎおよびｐ型半導体内に導入された電子および正孔は、ヘテロ接合界面で空間電荷領域を形成し、ｎおよびｐ型半導体からのビルトイン電界を与えることができる。そのようなビルドアップは、水平構造を有するダイオードの電子特性において明らかになる。水平ヘテロ接合ダイオードは、正電位バイアスの下で小さな電流を、そして負バイアスでは大きな電流を発生する。無機ｐ−ｎ型ダイオードとは異なり、有機ヘテロ接合ダイオードは、逆整流特性を示し得る。正バイアスは、バンド曲がりを強化してキャリアの流れを制限するが、負バイアスの下での印加電界は、ビルトイン電界に反発し、電位バリアの低下を引き起こす。それゆえバンド曲がりは、負バイアスの下で弱まり、接合を介した電流が支援される。
有機ヘテロ接合界面の両側の電荷キャリア蓄積は、ＯＦＥＴの閾値電圧をシフトするのに用いられ得るビルトイン電界を生成する。ｎチャネル有機接合トランジスタにおいて、例えば閾値電圧は、ｎ型層におけるトラップ密度と相関する。導入された電子は、トラップを満たすことができ、それゆえ一定したｎ型層厚の条件下では、閾値電圧は、電子密度上昇に応じて減少する。中性条件下では、ｐ型層に導入された正孔の数は、ｎ型層のものと等しく、ｐ型層厚に応じて増加して飽和に向かう傾向がある。それゆえ有機ヘテロ接合トランジスタの閾値電圧は、ｐ型層厚の増加に応じて減少し得る。ｐ型層厚が増加しても閾値電圧が変動しなくなったポイントから、電荷蓄積の厚さが推定され得る。
ヘテロ接合を構成する２つの半導体の仕事関数の差によって、空間電荷領域内の様々な電子状態が得られる。半導体ヘテロ接合は、ヘテロ接合を形成する２つの半導体の導電性のタイプによっても分類される。２つの半導体が、同じタイプの導電性を有する場合、接合は、アイソタイプヘテロ接合と呼ばれ、その他にアニソタイプヘテロ接合が公知である。電子および正孔は、同時に蓄積することができ、２成分のフェルミ準位の差によりアニソタイプヘテロ接合の両側で空乏化することができる。ｐ型半導体の仕事関数が、ｎ型半導体よりも大きい場合（ψp＞ψn）、電子および正孔の空乏層は、ヘテロ接合のいずれかの側に存在し、空間電荷領域は、移動不能な陰および陽イオンで構成される。このタイプのヘテロ接合は、空乏ヘテロ接合としても公知であり、従来のｐ−ｎ型ホモ接合をはじめとし、ほとんどの無機ヘテロ接合が、この分類のヘテロ接合に属する。
バッテリーのための芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃ
ｃｙｔ ｃ、および／あるいはカルジオリピンがドープされた、また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）もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）がドープされた、またはカルジオリピンと芳香族カチオン性ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃは、バッテリーの内部抵抗を減少させるのに用いることもでき、それにより放電の間にバッテリーをほぼ一定の電圧に維持することができる。当該技術分野で理解される通り、バッテリーは、化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換するデバイスである。それは、複数のボルタ電池を含み、その一方でその電池のそれぞれが、アニオンおよびカチオンを含む導電性電解質によって直列で接続された２つの半電池を含む。一方の半電池は電解質と、アニオン（負に帯電したイオン）が移動する電極、即ちアノードまたは負電極とを含み、他方の半電池は電解質と、カチオン（正に帯電したイオン）が移動する電極、即ちカソードまたは正電極とを含む。バッテリーを作動させるレドックス反応において、カチオンはカソードで還元され（電子が付加され）、アニオンはアノードで酸化される（電子が除去される）。電極は互いに接触しておらず、電解質により電気的に接続している。一部の電池は、異なる電解質を含む２つの半電池を使用する。半電池の間のセパレータにより、イオンを流しながら電解質の混合を防ぐことができる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
各半電池は、電流を電池の内部から外部に誘導する能力により決定される起電力（またはｅｍｆ）を有する。電池の正味ｅｍｆは、半電池のｅｍｆ間の差である。それゆえ電極がｅｍｆを有する場合、半反応の還元電位間の差。カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃを用いて、適用例に応じて、可変性またはあらかじめ設定された導電性により電流を電池の内部から外部に移動させて、ｅｍｆおよび／または帯電時間を増加させる（または減少させる）ことができる。
電池の端子を横切る電気駆動力は、端子電圧（差）として公知であり、ボルトで測定される。充電または放電のいずれもしていない電池の端子電圧は、開路電圧と呼ばれ、電池のｅｍｆと等しい。内部抵抗のせいで、放電している電池の端子電圧は、開路電圧よりも規模が小さく、充電している電池の端子電圧は、開路電圧を超えている。理想的な電池は、無視できる程度の内部抵抗を有し、そのため使い果たすまで一定の端子電圧を維持し、その後ゼロに降下する。実際の電池において、内部抵抗は、放電下では増加し、開路電圧も、放電下で減少する。電圧および抵抗を時間に対してプロットすると、得られたグラフは、典型的には曲線になり、曲線の形状は、用いられる化学的性質および内部配列に応じて変動する。ｃｙｔ ｃ、および／またはカルジオリピンがドープされた、もしくは芳香族カチオン性ペプチドがドープされた、もしくはカルジオリピンとペプチドがドープされたｃｙｔ ｃを用いて、より良好な性能を提供するためにバッテリーの内部抵抗を減少させることができる。有機バッテリーについてのより詳細については、例えば全体として参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第４，５８５，７１７号を参照されたい。
単一分子ペプチドまたはカルジオリピンでドープされたｃｙｔ ｃバッテリー
ｃｙｔ ｃの単一分子は、充電および／または放電時間が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）もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）、カルジオリピン、またはカルジオリピンとペプチドにより調節され得る分子バッテリーとして用いることもできる。本明細書に記載の通り、ｃｙｔ ｃは、帯電した酸素および窒素原子の膜の反対側に炭素および硫黄を有する膜蛋白質である。湿性環境が好適である、帯電した酸素および窒素でコーティングされた領域は、膜の反対の面に突き出している。この配列は、酸素から水への反応を利用して分子ポンプを作動させる、ｃｙｔ ｃにより実施される動作に好適である。酸素が消費されると、水素イオンを膜の一方の側から他方の側に押し出すことにより、エネルギーが蓄積される。その後、エネルギーを利用してＡＴＰを構築するか、または水素イオンを膜から再度漏出させることによりモータを作動させることができる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
太陽光（ソーラー）電池のための芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃ
有機太陽光電池（ＯＰＶ）は、顕著な低価格設定および審美性に加え、低照度条件で優れた効率を保証する。ＯＰＶ材料は、可撓性で、形状に合わせることもできる。ＯＰＶは、潜在的に様々な材料を包み込むこと、またはそれに塗装することができる。現行のＯＰＶの効率は、５％〜６．２５％である。これらの効率は、電力発生の従来の形態に取って代わるのに十分とはなり得ないが、ＯＰＶは、著しい効率を必要としない用途に適し、特に高コストの半導体ソーラー電池を与える。例えばＯＰＶ電池を用いて、連続トリクル充電設定で、事務所、家庭またはカンファレンス室の設定と同様に低い照度条件下で、携帯電話を動作させることができる。
図１８および１９に示されるようなＯＰＶ電池も、かなり低温（２０〜２００℃）で簡単に加工されるため、無機電池よりも安価で組立てが容易である。例えば有機染料および液体電解質と共に二酸化チタンを用いた電子化学的ソーラー電池は、既に６％電力変換効率を超えており、比較的低い生産コストのおかげで市場に参入しようとしている。ＯＰＶは、スピンまたはブレードコーティングと類似した簡単で、それゆえ安価な堆積法を利用して、室温での溶液から可撓性基板上に加工することもできる。可能な用途は、小型の使い捨てソーラー電池から電力付きのスマートプラスチック（クレジット、デビット、テレフォンなどの）カードまでの範囲に及び、例えば広い面積のスキャナーまたは医療画像における光検出器に、そして不均一表面でのソーラーパワー用途において、残量を表示することができる。
ＯＰＶ電池（ＯＰＶＣ）は、光の吸収および電荷輸送のために、有機エレクトロニクス、例えばｃｙｔ ｃ、および／あるいはカルジオリピンがドープされた、また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）もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）がドープされた、またはカルジオリピンとペプチドがドープされたｃｙｔ ｃを使用する太陽光電池である。ＯＰＶＣは、可視光を直流（ＤＣ）電流に電気的に変換する。一部の太陽光電池は、赤外（ＩＲ）線または紫外（ＵＶ）線をＤＣに変換することもできる。活性層（例えば、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃ）のバンドギャップは、ＯＰＶＣの吸収バンドを決定する。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
これらの有機バンドギャップ材料が光子を吸収すると、励起状態が生成されて、光子を吸収する分子または分子領域に限定される。励起状態は、静電相互作用により共に結合された電子正孔対と見なすことができる。太陽光電池において、励起子は、実行電界により自由電子−正孔対になる。実行電界は、２つの異なる材料の間にヘテロ接合を作製することにより設定される。実行電界は、電子を吸収体の伝導帯から受容体分子の伝導帯に降下させることにより、励起子を破壊する。受容体材料が、吸収体材料よりも低い伝導帯端を有することが、必要となる。
単層ＯＰＶＣは、２種の金属伝導体の間、典型的には高仕事関数の酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の層と低仕事関数の金属、例えばＡｌ、Ｍｇ、またはＣａの層の間に、有機電子材料（例えば、ｃｙｔ ｃ、および／またはカルジオリピンがドープされた、もしくは芳香族カチオン性ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃ）またはカルジオリピンおよびペプチドの層を挟むことにより、作製することができる。２つの導体の仕事関数の差により、有機層に電界が設定される。有機層が光を吸収すると、電子が伝導帯に励起されて、価電子帯内に正孔が残留して励起子が形成される。異なる仕事関数により生成された電位が、励起子対の分離を援助し、電子をカソードへ、そして正孔をアノードへ引き付ける。この工程から得られた電流および電圧を利用して、作業を進めることができる。
実際に単層ＯＰＶＣは、低量子効率（＜１％）および低電力効率（＜０．１％）を有する。それらの主要な問題は、２つの導電性電極の差から生じた電界が光発生励起子を破壊するのに十分となることがほとんどないということである。
有機ヘテロ接合を利用して、ＯＰＶＣの性能を向上させるためにビルトイン電界を生成することができる。ヘテロ接合は、導電性電極間に２つ以上の異なる層を組み入れることにより実行される。これらの２層以上の材料は、２層間の界面に静電力を導入する、例えばペプチド濃度、カルジオリピン濃度、またはペプチドとカルジオリピンの濃度による、電子親和力およびイオン化エネルギーにおける差を有する。その材料が適切に選択されれば、十分に大きな差が生じ、それによりこれらの局所的電界が強くなり、単層太陽光電池よりもかなり効率的に励起子を破壊することができる。より高い電子親和力（例えば、より高いペプチドドーピング濃度）およびイオン化電位を有する層が電子受容体であり、他方の層が電子供与体である。この構造は、平面供与体・受容体ヘテロ接合とも呼ばれる。
電子供与体と受容体は、一緒に混合されて、バルクヘテロ接合ＯＰＶＣを形成することができる。ブレンドされた供与体および受容体の長さ寸法が、励起子の拡散距離と類似していれば、いずれかの材料において生成された励起子のほとんどが、界面に達して励起子を効率的に破壊することができる。電子は、受容体ドメインに移動し、その後、デバイスを介して運搬されて、一方の電極に収集され、正孔は逆方向に引き付けられてもう一方の側で収集される。
有機太陽光電池に関連する課題として、有機材料の大きなバンドギャップを大部分の原因とする、無機太陽光電池デバイスに比較した低い量子効率（〜３％）が挙げられる。酸化および還元、再結晶化、ならびに温度変動に対する不安定性により、デバイスの分解および時間の経過に伴う性能低下に陥る可能性もある。これは、異なる組成のデバイスでは異なる程度で起こり、活発な研究が行われている分野である。他の重要な要因としては、励起子の拡散距離；電荷分離および電荷収集；ならびに電荷輸送および移動度が挙げられ、それらは不純物の存在により影響を受ける。有機太陽光電池のより詳細については、例えば全体として参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第６，６５７，３７８号；同第７，６０１，９１０号；および同第７，７８１，６７０号を参照されたい。
例示的芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃの薄膜塗布
電子分野の当業者に十分に理解される通り、前述のデバイスのいずれも、堆積、成長、または他の方法で材料の薄層を提供して適切な構造を形成させることにより、作製することができる。例えばトランジスタ、ダイオード、および太陽光電池のためのヘテロ接合は、互いに隣接する、または層をなした、異なるバンドギャップエネルギーを有する材料の層を堆積させることにより形成することができる。層状の薄膜構造を形成することに加えて、異なるバンドギャップを有する有機材料を混合して、材料の不均一混合物を堆積させることにより、図１９（ａ）および１９（ｂ）に示すように、様々な空間配列でヘテロ接合を形成することができる。そのような不均一混合物としては、限定するものではないが、ｃｙｔ ｃと、芳香族カチオン性ペプチドと、様々なレベルのカルジオリピン、または芳香族カチオン性ペプチド、例えば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）もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）がドープされたｃｙｔ ｃと、の混合物を挙げることができる。例示的な芳香族カチオン性ペプチドレベルとしては、限定するものではないが、０〜５００ｍＭ；０〜１００ｍＭ；０〜５００μＭ；０〜２５０μＭ；および０〜１００μＭを挙げることができる。これらの薄膜を用いて、例えば電極の導電率を上昇させ、そして／または熱消散を減少させることにより、従来の電子デバイスの性能を構造させることもできる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
先に記載された通り、励起子が拡散距離内で界面を見出す可能性が高いため、供与体−受容体有機材料の分散されたヘテロ接合は、平面ヘテロ接合に比較して高い量子効率を有する。フィルムの形態も、デバイスの量子効率に対して劇的影響を有し得る。粗面および空隙の存在は、直列抵抗と短絡の機会も増加させ得る。フィルムの形態および量子効率は、約１０００Åの厚さを有する金属カソードによりデバイスを覆った後、デバイスのアニーリングにより改善することができる。有機フィルムの最上部の金属膜は、有機フィルムに応力を加え、有機フィルム内の形態学的緩和の予防を補助する。これにより、高密に包装された膜が与えられ、同時に有機薄膜のバルクの内側で相分離された相互浸透性供与体−受容体界面の形成が可能になる。
ヘテロ接合の成長を制御することで、供与体−受容体材料の位置全体のより良好に制御が与えられ、平面および高度に無配向な（ｄｉｓｏｒｉｅｎｔｅｄ）ヘテロ接合よりもかなり大きな電力効率（入力電力に対する出力電力の比）を与える。これは、電荷分離が供与体−受容体界面で起こるためであり、電荷は電極に移動するため、無秩序な相互浸透性有機材料に捕捉および／または再結合されるようになり、低いデバイス効率を与えることができる。適切な加工パラメータを選択して構造およびフィルムの形態をより良好に制御すれば、望ましくない早期捕捉および／または再結合を軽減する。
芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃの堆積
太陽光電池および他の適用のための、ｃｙｔ ｃ、芳香族カチオン性ペプチド、あるいはカルジオリピンがドープされた、また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）もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）がドープされた、またはカルジオリピンおよびペプチドがドープされたｃｙｔ ｃをはじめとする有機フィルムは、スピンコーティング、気相堆積、ならびに全体として参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第６，７３４，０３８号；同第７，６６２，４２７号；および同第７，７９９，３７７号に記載された方法により付着させてもよい。スピンコーティング技術を利用して、より大きな表面積を高速でコーティングすることができるが、一層のための溶媒を用いて、任意の既存のポリマー層を分解することができる。スピンコーティングされた材料は、別個のパターン化ステップでパターン化しなければならない。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
図２０（ａ）に示された真空熱蒸着（ＶＴＥ）は、有機材料を真空で加熱することを含む堆積技術である。基板は、蒸着源から数センチメートル離れて配置されるため、蒸発された材料を基板に直接堆積させることができる。ＶＴＥは、異なる材料の多くの層を付着させながら、異なる層間で化学的相互作用を起こさせないために有用である。
図２０（ｂ）に示された有機気相堆積（ＯＶＰＤ）は、真空熱蒸着よりもフィルムの構造および形態に対してより良好な制御を与える。ＯＰＶＤは、不活性キャリアガスの存在下で基板上に有機材料を蒸着させることを含む。気体の流速および蒸着源の温度を変化させることにより、得られるフィルムの形態を変化させることができる。キャリア気圧を低下させて、気体の速度および平均自由工程を増加させ、境界層厚を減少させることにより、均質なフィルムを成長させることができる。ＯＶＰＤにより製造された電池は、チャンバーの壁が暖かく、分子を粘着させずに壁上にフィルムを生成させるため、チャンバーの壁から生じる薄片の混入に関する問題を有さない。成長パラメータ（例えば、蒸着源の温度、ベースの圧力、およびキャリアガスのフラックスなど）に応じて、堆積されたフィルムは、本質的に結晶性または非晶質であってもよい。ＯＶＰＤを用いて作製されたデバイスは、ＶＴＥを用いて作製されたデバイスよりも高い短絡電流密度を示す。電池の最上部にある供与体−受容体ヘテロ接合の余分な層が、電子の伝導を可能にしながら励起子を遮断して、電池効率を改善させる。
効率を上昇させるための例示的芳香族カチオン性ペプチドもしくはカルジオリピン、またはそれらの両方がドープされたｃｙｔ ｃ
先に記載された通り、カルジオリピン、または例示的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）もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）は、単独で、またはカルジオリピンと一緒に用いて、導電率を上昇させることができる。その結果、例示的芳香族カチオン性ペプチドおよびカルジオリピンを用いて、（廃）熱エネルギーの生成による損失を低下させながら電流を伝導させることができる。この効果は、バッテリー電力デバイス、例えば消費者向け電子製品、および大型電化製品、例えば送電適用物の動作寿命を延長させるために活用することができる。廃熱の生成を減少させることで、冷却の必要性も低下し、効率を更に上昇させて、導電性材料、例えば本発明のカルジオリピン、または芳香族カチオン性ペプチド、またはカルジオリピンおよびペプチドがドープされたｃｙｔ ｃにより電力を伝えられた電子デバイスの寿命を延長する。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
ｃｙｔ ｃバイオセンサー適用のための芳香族カチオン性ペプチド
本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチドを用いて、ｃｙｔ ｃバイオセンサー内の電子流動を増加させること、および感度レベルを上昇させることができる。実施例により示される通り、本明細書に開示のペプチド、例えばＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドは、ｃｙｔ ｃの還元を促進し（図１）、ｃｙｔ ｃを通して電子流動を増加させる（図２）。
ｃｙｔ ｃは、電子化学的観点からの有望なバイオセンサー候補である。しかしヘムとベア電極の間の電子移動は通常、緩やかである。あるいは小型のメディエータを用いて、レドックス活性中心と電極の間の電子移動を間接的に促進してもよい。上記に加えて、あるいは上記に代えて、直接的な電子移動法を用い、それによりレドックス活性酵素を電極表面に直接固定してもよい。例えばｐＨ７で正に帯電していてヘムエッジの周囲に多数のＬｙｓ残基を含むｃｙｔ ｃは、例えばカルボキシ末端のアルカンチオールを自己組織化することにより、作製された負に帯電した表面に吸着される。一部の実施形態において、＋１５０ｍＶの一定した電位で、ｃｙｔ ｃ電極は、ｎＭ濃度範囲のスーパーオキシドに感受性がある。
一部の実施形態において、本開示は、ｃｙｔ ｃバイオセンサーの感度を上昇させるための方法および組成物を提供する。一部の実施形態において、ｃｙｔ ｃバイオセンサーは、本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチドの１種以上を含む。一部の実施形態において、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃは、バイオセンサー内でレドックス活性酵素と電極の間のメディエータとして機能する。一部の実施形態において、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃは、バイオセンサーの電極に直接固定されている。一部の実施形態において、ペプチドおよびカルジオリピンのうちの１つ以上は、バイオセンサー内でｃｙｔ ｃに結合している。別の実施形態において、ペプチドおよびカルジオリピンのうちの１つ以上は、ｃｙｔ ｃに結合していない。一部の実施形態において、ペプチド、カルジオリピンおよび／またはｃｙｔ ｃのうちの１つ以上は、バイオセンサーの表面に固定されている。他の実施形態において、ペプチド、カルジオリピンおよび／またはｃｙｔ ｃのうちの１つ以上は、バイオセンサー内で自由に拡散可能である。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよび／またはＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2を含む。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチドは、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）（ここで（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）（ここでＡｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ここで（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）（ＳＳ−１７）を含む。
図１１は、芳香族カチオン性ペプチドおよびｃｙｔ ｃがレドックス活性酵素から電極への電子流動のメディエータとして機能するバイオセンサー内の電子流動を示す。一部の実施形態において、バイオセンサーは、カルジオリピンを含む。連続的なレドックス反応において、電子は、基板３００からレドックス活性酵素３１０まで、酵素３１０からカルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ３２０まで、およびカルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ３２０から電極３３０まで移動する。
図１２は、芳香族カチオン性ペプチドおよびｃｙｔ ｃが電極に直接固定されている、バイオセンサー内の電子流動を示す。一部の実施形態において、バイオセンサーは、カルジオリピンを含む。連続的なレドックス反応において、電子は、基板３４０からレドックス活性酵素３５０まで、そして酵素３５０から、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃ３２０まで、およびカルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃが固定された電極３６０まで移動する。
環境汚染のバイオレメディエーションにおける芳香族カチオン性ペプチド
本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチドは、環境汚染のバイオレメディエーションに有用である。特に該ペプチドは、バクテリアシトクロムｃにより環境汚染物質までの電子の移動を媒介し、それにより物質の価電子を変化させて、相対的毒性を低減する、バイオレメディエーション反応の速度および／または効率を上昇させるのに有用である。本明細書に開示の方法において、芳香族カチオン性ペプチドは、バクテリアシトクロムｃと相互作用し、電子輸送を促進する。一態様において、芳香族カチオン性ペプチドは、バクテリアシトクロムｃの還元を促進する。別の態様において、該ペプチドは、バクテリアシトクロムｃを介して電子の拡散を増進する。別の態様において、該ペプチドは、バクテリアシトクロムｃ内の電子の能力を増強する。別の態様において、該ペプチドは、電子拡散に好都合となる、バクテリアシトクロムのヘム群の周りの新規なπ−π相互作用を導入する。最終的に芳香族カチオン性ペプチドとバクテリアシトクロムｃとの相互作用は、環境汚染物質の異化的還元を促進および／または増進する。
一態様において、本開示は、環境汚染物質のバイオレメディエーションのための方法および組成物を提供する。一般に該方法は、環境汚染物質を含有する試料を、試料中に存在する特定の汚染物質の異化的還元に寄与する条件下で、バイオレメディエーション組成物と接触させることを含む。一般にバイオレメディエーション組成物は、本明細書に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換えバクテリアを含む。
一部の実施形態において、本明細書に開示のバイオレメディエーション組成物は、外因性核酸からの本明細書に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換えバクテリアを含む。一部の実施形態において、核酸は、ペプチドをコードする。一部の実施形態において、ペプチドをコードする核酸は、バクテリアの形質転換を介してバクテリアにより取り込まれたプラスミドＤＮＡ上で運搬される。本明細書に記載の方法において用いられ得るバクテリア発現プラスミドの例としては、限定するものではないが、ＣｏｌＥ１、ｐＡＣＹＣ１８４、ｐＡＣＹＣ１７７、ｐＢＲ３２５、ｐＢＲ３２２、ｐＵＣ１１８、ｐＵＣ１１９、ＲＳＦ１０１０、Ｒ１１６２、Ｒ３００Ｂ、ＲＫ２、ｐＤＳＫ５０９、ｐＤＳＫ５１９、およびｐＲＫ４１５が挙げられる。
一部の実施形態において、バイオレメディエーション組成物は、安定したゲノムインサートからの本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチドを発現する組換えバクテリアを含む。一部の実施形態において、ゲノムインサートは、該ペプチドをコードする核酸配列を含む。一部の実施形態において、核酸配列は、バクテリアゲノム内に統合されるバクテリアトランスポゾンにより運搬される。本明細書に開示の方法において用いられ得るバクテリアトランスポゾンの例としては、限定するものではないが、Ｔｎ１、Ｔｎ２、Ｔｎ３、Ｔｎ２１、γδ（Ｔｎ１０００）、Ｔｎ５０１、Ｔｎ５５１、Ｔｎ８０１、Ｔｎ９１７、Ｔｎ１７２１ Ｔｎ１７２２ Ｔｎ２３０１が挙げられる。
一部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する核酸配列は、バクテリアプロモータの制御下にある。一部の実施形態において、該プロモータは、誘導性プロモータを含む。本明細書に記載の方法において用いられ得る誘導性プロモータの例としては、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−Ｌ−チオガラクトピラノシド（ＩＰＴＧ）誘導性プロモータ、およびテトラサイクリン（Ｔｅｔ）誘導性プロモータが挙げられる。
一部の実施形態において、該プロモータは、構成性プロモータである。本明細書に記載の方法において用いられ得る構成性プロモータの例としては、限定するものではないが、ｓｐｃリボソーム蛋白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）、λファージのＰＬプロモータ、複製制御プロモータ ＰＲＮＡＩおよびＰＲＮＡII、ならびにｒｒｎＢリボソーム ＲＮＡオペロンのＰ１およびＰ２プロモータが挙げられる。
一部の実施形態において、組換えバクテリアは、Ｓｈｅｗｅｎｅｌｌａ属を含む。一部の実施形態において、バクテリアは、Ｓ．ａｂｙｓｓｉ、Ｓ．ａｌｇａｅ、Ｓ．ａｌｇｉｄｉｐｉｓｃｉｃｏｌａ、Ｓ．ａｍａｚｏｎｅｎｓｉｓ、Ｓ．ａｑｕｉｍａｒｉｎａ、Ｓ．ｂａｌｔｉｃａ、Ｓ．ｂｅｎｔｈｉｃａ、Ｓ．ｃｏｌｗｅｌｌｉａｎａ、Ｓ．ｄｅｃｏｌｏｒａｔｉｏｎｉｓ、Ｓ．ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｓ．ｄｏｎｇｈａｅｎｓｉｓ、Ｓ．ｆｉｄｅｌｉｓ、Ｓ．ｆｒｉｇｉｄｉｍａｒｉｎａ、Ｓ．ｇａｅｔｂｕｌｉ、Ｓ．ｇｅｌｉｄｉｍａｒｉｎａ、Ｓ．ｇｌａｃｉａｌｉｐｉｓｃｉｃｏｌａ、Ｓ．ｈａｆｎｉｅｎｓｉｓ、Ｓ．ｈａｌｉｆａｘｅｎｓｉｓ、Ｓ．ｈａｎｅｄａｉ、Ｓ．ｉｒｃｉｎｉａｅ、Ｓ．ｊａｐｏｎｉｃａ、Ｓ．ｋａｉｒｅｉｔｉｃａ、Ｓ．ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎｅｎｓｉｓ、Ｓ．ｌｏｉｈｉｃａ、Ｓ．ｍａｒｉｎｉｎｔｅｓｔｉｎａ、Ｓ．ｍａｒｉｓｆｌａｖｉ、Ｓ．ｍｏｒｈｕａｅ、Ｓ．ｏｌｌｅｙａｎａ、Ｓ．ｏｎｅｉｄｅｎｓｉｓ、Ｓ．ｐａｃｉｆｉｃａ、Ｓ．ｐｅａｌｅａｎａ、Ｓ．ｐｉｅｚｏｔｏｌｅｒａｎｓ、Ｓ．ｐｎｅｕｍａｔｏｐｈｏｒｉ、Ｓ．ｐｒｏｆｕｎｄａ、Ｓ．ｐｓｙｃｈｒｏｐｈｉｌａ、Ｓ．ｐｕｔｒｅｆａｃｉｅｎｓ、Ｓ．ｓａｉｒａｅ、Ｓ．ｓｃｈｅｇｅｌｉａｎａ、Ｓ．ｓｅｄｉｍｉｎｉｓ、Ｓ．ｓｐｏｎｇｉａｅ、Ｓ．ｓｕｒｕｇｅｎｓｉｓ、Ｓ．ｖｉｏｌａｃｅａ、Ｓ．ｗａｋｓｍａｎｉｉ、またはＳ．ｗｏｏｄｙｉを含む。
一部の実施形態において、組換えバクテリアは、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ属を含む。一部の実施形態において、バクテリアは、Ｇ．ｆｅｒｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｇ．ｃｈａｐｅｌｌｅｉ、Ｇ．ｈｕｍｉｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｇ．ａｒｃｕｌｕｓ、Ｇ．ｓｕｌｌｆｕｒｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｇ．ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｐｈｉｌｕｓ、Ｇ．ｍｅｔａｌｌｉｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｇ．ａｒｇｉｌｌａｃｅｕｓ、Ｇ．ｂｅｍｉｄｊｉｅｎｓｉｓ、Ｇ．ｂｒｅｍｅｎｓｉｓ、Ｇ．ｇｒｂｉｃｉａｅ、Ｇ．ｐｅｌｏｐｈｉｌｕｓ、Ｇ．ｐｉｃｋｅｒｉｎｇｉｉ、Ｇ．ｔｈｉｏｇｅｎｅｓ、またはＧ．ｕｒａｎｉｉｒｅｄｕｃｅｎｓを含む。
一部の実施形態において、組換えバクテリアは、Ｄｅｓｕｌｆｕｒｏｍｏｎａｓ属を含む。一部の実施形態において、バクテリアは、Ｄ．ｐａｌｍｉｔａｔｉｓ、Ｄ．ｃｈｌｏｒｏｅｔｈｅｎｉｃａ、Ｄ．ａｃｅｔｅｘｉｇｅｎｓ、Ｄ．ａｃｅｔｏｘｉｄａｎｓ、Ｄ．ｍｉｃｈｉｇａｎｅｎｓｉｓ、またはＤ．ｔｈｉｏｐｈｉｌａ、Ｄ．ｓｐを含む。
一部の実施形態において、組換えバクテリアは、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ属を含む。一部の実施形態において、バクテリアは、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ａｆｒｉｃａｎｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｂａｃｕｌａｔｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｇｉｇａｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｈａｌｏｐｈｉｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｍａｇｎｅｔｉｃｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｍｕｌｔｉｓｐｉｒａｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｐｉｇｒａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｓａｌｉｘｉｇｅｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｓｐ．、またはＤｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｖｕｌｇａｒｉｓを含む。
一部の実施形態において、組換えバクテリアは、Ｄｅｓｕｌｆｕｒｏｍｕｓａ属を含む。一部の実施形態において、バクテリアは、Ｄ．ｂａｋｉｉ、Ｄ．ｋｙｓｉｎｇｉｉ、またはＤ．ｓｕｃｃｉｎｏｘｉｄａｎｓを含む。
一部の実施形態において、組換えバクテリアは、Ｐｅｌｏｂａｃｔｅｒ属を含む。一部の実施形態において、バクテリアは、Ｐ．ｐｒｏｐｉｏｎｉｓｕｓ、Ｐ．ａｃｅｔｙｌｉｎｉｃｕｓ、Ｐ．ｖｅｎｅｔｉａｎｕｓ、Ｐ．ｃａｒｂｉｎｏｌｉｃｕｓ、Ｐ．ｃｉｄｉｇａｌｌｉｃｉ、Ｐ．ｓｐ．Ａ３ｂ３、Ｐ．ｍａｓｓｅｌｉｅｎｓｉｓ、またはＰ．ｓｅｌｅｎｉｉｇｅｎｅｓを含む。
一部の実施形態において、組換えバクテリアは、Ｔｈｅｒｍｏｔｏｇａ ｍａｒｉｔｉｍａ、Ｔｈｅｒｍｏｔｅｒｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｆｅｒｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｄｅｆｅｒｒｉｂａｃｔｅｒ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ、Ｇｅｏｖｉｂｒｉｏ ｆｅｒｒｉｒｅｄｕｃｅｎｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒ ｐｒｏｐｉｏｎｉｃｕｓ、Ｇｅｏｓｐｉｒｉｌｌｉｕｍ ｂａｒｎｓｅｉｉ、Ｆｅｒｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｎｅｔｉｃｕｍ，Ｇｅｏｔｈｒｉｘ ｆｅｒｍｅｎｔｅｎｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｉｎｆｅｒｎｕｓ、Ｔｈｅｒｍａｓ ｓｐ．ＳＡ−０１、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ、Ｐｒｏｔｅｕｓ ｍｉｒａｂｉｌｉｓ、Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｃａｐｓｕｌａｔｕｓ、Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｐａｒａｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、またはＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐを含む。
一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、金属の異化的還元に関する。一部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、またはＢｉを含む。一部の実施形態において、該方法は、可溶性酸化物を形成させる。一部の実施形態において、該方法は、Ｃｒ（VI）からＣｒ（III）への還元および不溶性沈殿物を形成させる。一部の実施形態において、金属のバイオレメディエーションの方法は、金属を、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操作された表７に列挙されたバクテリアを含むバイオレメディエーション組成物と接触させることを含む。
一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、非金属の異化的還元に関する。一部の実施形態において、非金属は、硫酸塩である。一部の実施形態において、該方法は、硫酸塩の還元および硫化水素を形成させる。一部の実施形態において、硫酸塩のバイオレメディエーションの方法は、硫酸塩を、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操作された表７に列挙されたバクテリアを含むバイオレメディエーション組成物と接触させることを含む。
一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、過塩素酸塩の異化的還元に関する。一部の実施形態において、過塩素酸塩は、ＮＨ4ＣｌＯ4、ＣｓＣｌＯ4、ＬｉＣｌＯ4、Ｍｇ（ＣｌＯ4）2、ＨＣｌＯ4、ＫＣｌＯ4、ＲｂＣｌＯ4、ＡｇＣｌＯ4、またはＮａＣｌＯ4を含む。一部の実施形態において、該方法は、過塩素酸塩から亜塩素酸塩への還元を引き起こす。一部の実施形態において、過塩素酸塩のバイオレメディエーションの方法は、過塩素酸塩を、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操作されたＥ．ｃｏｌｉ、Ｐｒｏｔｅｕｓ ｍｉｒａｂｉｌｉｓ、Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｃａｐｓｕｌａｔｕｓ、またはＲｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓを含むバイオレメディエーション組成物と接触させることを含む。一部の実施形態において、過塩素酸塩のバイオレメディエーションの方法は、過塩素酸塩を、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操作された表７に列挙されたバクテリアを含むバイオレメディエーション組成物と接触させることを含む。
一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、硝酸塩の異化的還元に関する。一部の実施形態において、硝酸塩は、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、またはＡｌ（ＮＯ3）3を含む。一部の実施形態において、該方法は、硝酸塩から亜硝酸塩への還元を引き起こす。一部の実施形態において、硝酸塩のバイオレメディエーションの方法は、硝酸塩を、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操作されたＴｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｐａｒａｏｃｃｕｓ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐ．、またはＥ．ｃｏｌｉを含むバイオレメディエーション組成物と接触させることを含む。一部の実施形態において、硝酸塩のバイオレメディエーションの方法は、硝酸塩を、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操作された表７に列挙されたバクテリアを含むバイオレメディエーション組成物と接触させることを含む。

一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、放射線核種の異化的還元に関する。一部の実施形態において、放射線核種は、アクチニドを含む。一部の実施形態において、放射線核種は、ウラン（Ｕ）を含む。一部の実施形態において、該方法は、Ｕ（VI）からＵ（IV）への還元および不溶性沈殿物を形成させる。一部の実施形態において、該方法は、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル（ＭＴＢＥ）、塩化ビニル、またはジクロロエチレンの異化的還元に関する。一部の実施形態において、バイオレメディエーションの方法は、これらの汚染物質を、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操作された表７に列挙されたバクテリアを含むバイオレメディエーション組成物と接触させることを含む。
一部の実施形態において、本明細書に開示の方法は、環境汚染の部位に投与される。一部の実施形態において、該方法は、エクスサイチュのバイオレメディエーションを含み、それにより汚染された材料が本来の場所から除去されて、他の場所で処理される。
一部の実施形態において、エクスサイチュのバイオレメディエーションは、ランドファーミングを含み、それにより汚染された土壌を本来の場所から掘り出し、本明細書に記載のバイオレメディエーション組成物と混和して、準備された床の上に広げて、汚染物質が許容可能なレベルまで除去または低減されるまで定期的に耕す。一部の実施形態において、エクスサイチュのバイオレメディエーションは、コンポスティングを含み、それにより汚染された土壌を本来の場所から掘り出し、本明細書に記載のバイオレメディエーション組成物および非有害性有機材料と混和して、汚染物質が許容可能なレベルまで除去または低減されるまでコンポスティング容器に保持する。一部の実施形態において、エクスサイチュのバイオレメディエーションは、バイオリアクター中での汚染除去を含み、それにより汚染された土壌または水を設計された格納システムに入れて、本明細書に記載のバイオレメディエーション組成物と混和して、汚染物質が許容可能なレベルまで除去または低減されるまで保持する。
本明細書に記載の組換えバクテリアを生成する方法は、当該技術分野で周知である。多数の従来の分子生物学技術を利用して、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドをコードするバクテリア性プラスミドを生成させてもよいことを、当業者は理解するであろう。例えば該ペプチドをコードする核酸配列が合成されて、制限酵素およびライゲーション酵素を用いて選択されたプラスミドにクローニングされてもよい。多量の産物を生成させるために、ライゲーション産物が、Ｅ．ｃｏｌｉ中に形質転換してもよく、その後、選択されたバイオレメディエーションバクテリアに形質転換されてもよい。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運搬するバクテリアトランスポゾンを生成させるため、および選択されたバイオレメディエーションバクテリアにトランスポゾンを形質転換するための方策を用いてもよい。
バクテリア学の日常的方法を用いて、大規模なバイオレメディエーション操作で使用される本明細書に記載の多量の組換えバクテリアを生成させ得ることも、当業者は理解するであろう。正確な培養条件が使用される特定のバクテリア種に応じて変動すること、および様々なバイオレメディエーション用バクテリアの培養条件を当該技術分野で容易に入手され得ることを、当業者は理解するであろう。
バイオレメディエーションおよび他の関連する適用の一般的引用文献は、以下の引用文献に示され、それらは全体として参照により本明細書に組み入れられる：米国特許第６，９１３，８５４号；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）；およびＺｈａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，”Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｏｆ ａ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ，”Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１７ Ｎｏ．８，ｐｐ．８０９−８１４（Ａｕｇ．，１９９５）。
ナノワイヤー適用における芳香族カチオン性ペプチド、カルジオリピンおよびシトクロムｃ
本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチド、シトクロムｃ、および／またはカルジオリピンがドープされた、もしくはペプチドがドープされた、もしくはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃは、ナノワイヤー適用において有用である。典型的にはナノワイヤーは、ナノメータ（１０-9メーター）の規模の孔径を有するナノ構造である。あるいはナノワイヤーは、数十ナノメーター未満に限定された厚さまたは口径と、非制限的長さとを有する構造として定義することができる。これらの寸法では、量子力学的効果が機能するようになる。金属（例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ）、半導体（例えば、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＮなど）、および絶縁体（例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２）をはじめとし、多くの異なるタイプのナノワイヤーが存在する。分子ナノワイヤーは、有機（例えば、ＤＮＡ、本明細書に開示の芳香族カチオン性ペプチド、シトクロムｃ、および／またはカルジオリピンもしくはペプチドもしくはペプチド／カルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃなど）または無機（例えば、Ｍｏ６Ｓ９−ｘＩｘ）のいずれかの反復分子単位で構成される。本明細書に開示のナノワイヤーは、例えば構成要素を極めて小さい回路内に結び付けるのに、有用である。ナノテクノロジーを用いれば、該構成要素が、化学的化合物から作製される。
ナノワイヤーの合成
ナノワイヤーを合成するために、トップダウンアプローチおよびボトムアップアプローチの２つの基本的アプローチが存在する。トップダウンアプローチでは、材料の大きな断片が、リソグラフィーおよび電気泳動などの異なる手段により、小さな断片に切り詰められる。一方ボトムアップアプローチでは、ナノワイヤーが、構成するアドアトムと組み合わせることにより合成される。その合成技術のほとんどは、ボトムアップアプローチに基づく。
ナノワイヤー構造は、懸濁、堆積（電気化学または他の方法）、およびＶＬＳ成長をはじめとする複数の一般的な実験技術により成長される。
懸濁されたナノワイヤーは、長手方向の先端に保持された高真空チャンバー内で製造されたワイヤーである。懸濁されたナノワイヤーは、化学エッチング、またはより大きなワイヤーの衝撃（典型的には高エネルギーイオンによる）；融点付近の金属表面でＳＴＭのチップに窪みをつけること；およびその後、引っ込めること、により製造することができる。
ナノワイヤーを作製するための別の一般的技術は、蒸気液体固体（ＶＬＳ）合成法である。この技術は、レーザアブレーションされた粒子または供給ガス（シランなど）のいずれかを供給材料として使用する。供給源を、その後、触媒に暴露する。ナノワイヤーの場合、最良の触媒は、液体金属（金など）のナノクラスターであり、それはコロイド形態で購入して基板に堆積させるか、またはデウェッティングにより薄膜から自己組織化させることができる。この工程は、多くの場合、半導体材料の場合には結晶ナノワイヤーを製造することができる。供給源を、これらのナノクラスターに導入して、それの飽和を開始する。過飽和に達したら、供給源を固化して、ナノクラスターから外側に成長させる。最終生成物の長さは、単に供給源を遮断することにより調整することができる。代わりの材料の超格子を有する複号ナノワイヤーを、成長期を続けながら供給源を切り替えることにより作製することができる。一部の実施形態において、芳香族カチオン性ペプチド、ｃｙｔ ｃおよび／またはカルジオリピンもしくはペプチドもしくはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃなどの供給材料を、用いてもよい。Ｍｏ６Ｓ９−ｘＩｘなどの無機ナノワイヤー（あるいはクラスターポリマーとして観察される）は、高温での一段階蒸気層反応において合成される。
さらに、多くのタイプの材料のナノワイヤー、例えば芳香族カチオン性ペプチド、シトクロムｃおよび／またはカルジオリピンもしくはペプチドもしくはカルジオリピン／ペプチドがドープされたｃｙｔ ｃは、溶液中で成長させることができる。溶液相合成は、表面でナノワイヤーを製造する方法と比較して、非常に多量のナノワイヤーを製造するように規模拡大し得るという利点を有する。エチレングリコールが溶媒および還元剤の両方となるポリオール合成は、Ｐｂ、Ｐｔおよび銀のナノワイヤーを製造する際に特に多用途になることが立証された。
一般的方法
シトクロムｃの還元：芳香族カチオン性ペプチドの量を増加させながら、酸化ｃｙｔ ｃの溶液に添加した。還元されたｃｙｔ ｃの形成を、５００ｎｍの吸収によりモニタリングした。ｃｙｔ ｃ還元の割合を、非線形解析（Ｐｒｉｚｍのソフトウエア）により決定した。
時間分解ＵＶ可視吸収分光法を利用して、ペプチドの存在下、ｃｙｔ ｃの電子輸送工程を試験した。還元されたｃｙｔ ｃを、広帯域スペクトル範囲（２００〜１１００ｎｍ）での吸収によりモニタリングした。１または２ｍｍの路程の石英セル中、ＵＶ／可視分光光度計（Ｕｌｔｒｏｓｐｅｃ ３３００ ｐｒｏ，ＧＥ）を用いて記録した。Ｎ−アセチルシステイン（ＮＡＣ）およびグルタチオンを電子供与体として用いて、酸化されたｃｙｔ ｃを還元した。ｃｙｔ ｃの還元の速度定数は、様々な濃度のペプチドを添加することにより推定した。ペプチドの用量依存性をｃｙｔ ｃ還元率と相関させた。
ミトコンドリアＯ2消費およびＡＴＰ生成：新鮮なミトコンドリアを、前述のようにラット腎臓から単離した。電子フラックスを、Ｃ１（グルタミン酸塩／マレイン酸塩）、Ｃ２（コハク酸塩）、およびＣ３（ＴＭＰＤ／アスコルビン酸塩）を用い、前述のようにＯ2消費（Ｏｘｙｇｒａｐｈ Ｃｌａｒｋ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）により測定した。酵素反応の飽和を回避するために、アッセイを低基質条件下で実施した。単離されたミトコンドリア中のＡＴＰ生成を、９６ウェルルミネッセンスプレートリーダー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ）で、ルシフェラーゼ法（Ｂｉｏｔｈｅｒｍａ）を利用して反応速度論的に決定した。ＡＴＰ合成の初期最大速度を、最初の１分間に決定した。
サイクリックボルタンメトリー：ＮＨＥ（Ｂｉｏｍｅｔｒａ，Ｇｏｔｔｉｎｇｅｎ，ドイツ）に対して＋０．２３７Ｖの電位のＡｇ／ＡｇＣｌ／１Ｍ ＫＣｌ参照電極および白金カウンター電極を用いたＢｉｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ＣＶ−５０Ｗ Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを使用して、サイクリックボルタンメトリーを実施した。金のワイヤー電極を、確立されたプロトコルに従って洗浄した。溶液中のｃｙｔ ｃの電気化学的試験を、メルカプトプロパノール修飾電極（２０ｍＭメルカプトプロパノール中で２４時間インキュベート）を用いて実施した。１Ｍ ＫＣｌおよび１０ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液ｐＨ７．４／７．８中の２０μＭ ｃｙｔ ｃでのサイクリックボルタモグラムを記録した。ランドレス−セブシック式により、異なるスキャン速度（１００〜４００ｍＶ／ｓ）と、異なるスキャン速度でのピーク電流による拡散係数とで、式量電位をアノードピーク電位とカソードピーク電位の間の中点として計算した。
本発明を以下の実施例により更に例示するが、実施例は限定として解釈されるべきではない。
実施例１．芳香族カチオン性ペプチドの合成
固相ペプチド合成を利用し、全てのアミノ酸誘導体は市販される。ペプチド組織化の完了後に、ペプチドを通常の手法で樹脂から切断する。粗ペプチドを分取逆相クロマトグラフィーにより精製する。ペプチドの構造同一性を、ＦＡＢ質量分析法により確認し、その純度を、３つの異なるシステムの分析的逆相ＨＰＬＣおよび薄層クロマトグラフィーにより評価する。９８％を超える純度に達するであろう。典型的には、樹脂５ｇを用いた合成実験で、純粋なペプチド約２．０〜２．３ｇが得られる。
実施例２．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）はシトクロム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ｃｙｔ ｃ還元をモジュレートするかについて決定した（図１）。グルタチオンによるｃｙｔ ｃの還元を、５５０ｎｍの目立ったシフトと共に、Ｑバンド（４５０〜６５０ｎｍ）での複数のシフトに関連づけられる。ＳＳ−３１の添加により、５５０ｎｍに顕著なスペクトル重みのシフトを生じた（図１Ａ）。時間依存的な分光光度法から、ＳＳ−３１がｃｙｔ ｃ還元の割合を増加させたことが示される（図１Ｂ）。これらのデータから、ＳＳ−３１がｃｙｔ ｃの電子構造を変化させて、Ｆｅ３＋ヘムからＦｅ２＋ヘムへの還元を増進したことが示唆される。
実施例３．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）は、シトクロムｃを介した電子拡散を増進する
サイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）を実施して、ＳＳ−３１がｃｙｔ ｃの電子流動および／または還元／酸化電位を変化させるかについて決定した（図２、上図）。ＣＶを、Ａｕ作用電極、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極、およびＰｔ補助電極を利用して実施した。ＳＳ−３１は、ｃｙｔ ｃの還元および酸化の両工程で電流を増加させた（図２、上図）。ＳＳ−３１は、還元／酸化電位を変化させないが（図２、上図）、むしろｃｙｔ ｃを通した電子流動を増加させており、ＳＳ−３１が複合体IIIからIVの間で抵抗を減少させることが示唆される。図２（下図）では、ボルタンメトリーの測定全てを、ＢＡＳｉ Ｃ３ Ｃｅｌｌ Ｓｔａｎｄに連結させたＢＡＳｉ−５０Ｗ Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて実施した。Ａｇ／ＡｇＣｌ電極を参照として使用し、ガラス状炭素および白金電極を標準測定用に使用した。各測定の前に、溶液を窒素で完全に脱気して、電極ファウリングを回避した。サイクリックボルタモグラムを、図２（下図）に示す通り、Ｔｒｉｓホウ酸塩−ＥＤＴＡ（ＴＢＥ）緩衝液、緩衝液＋ｃｙｔ ｃ、および緩衝液＋ｃｙｔ ｃ＋２種の異なるＳＳ−３１用量について得た。電流（電子拡散速度）は、ＳＳ−３１用量がｃｙｔ ｃに関して二倍になると（ｃｙｔ ｃ：ＳＳ−３１＝１：２）ほぼ２００％増加する。結果から、ＳＳ−３１がｃｙｔ ｃにおける電子拡散を促進し、該ペプチドがより感度の高いバイオディテクターを設計するのに有用となることが示される。
実施例４．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）はシトクロムｃにおける電子の能力を増進する
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を実施して、ｃｙｔ ｃのヘムの伝導帯の電子構造、つまり電子輸送を有するエネルギー状態に対するＳＳ−３１の影響を検討した（図３）。Ｎｄ：ＹＤＯ４レーザ（５３２．８ｎｍ）を用いて、ｃｙｔ ｃ中の電子を励起した（図２Ａ）。ｃｙｔ ｃ状態での強いＰＬ放出を、６５０ｎｍで明確に識別することができる（図２Ｂ）。ＰＬ強度は、ＳＳ−３１の添加に伴って用量依存的に上昇し、ｃｙｔ ｃにおける伝導帯の利用可能な電子状態の増加が示唆される（図２Ｂ）。これにより、ＳＳ−３１がｃｙｔ ｃの伝導帯の電子能力を増加させること、そして同時にＳＳ−３１を介してｃｙｔ ｃを通した電流が増加することが示唆される。
実施例５．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）はシトクロムｃヘムの周囲に新規なπ−π相互作用を導入する
円偏光二色性測定（Ｏｌｉｓ分光偏光計、ＤＳＭ２０）を実施して、ソレットバンド（４１５ｎｍでの負のピーク）を、ｃｙｔ ｃ中のπ−π*ヘム環境に関するプローブとしてモニタリングした（図４）。ＳＳ−３１は、このピークの４４０ｎｍへの「レッド」シフトを促進し、変性を伴わずに新規なヘム−チロシンπ−π*遷移を導入したことが示唆される（図４）。これらの結果から、ＳＳ−３１が電子トンネル効果のための追加のＴｙｒをヘムに提供すること、または内因性Ｔｙｒ残基とヘムとの距離を短縮させることにより、ヘムの周囲環境を改良するに違いないことが示唆される。ヘム周囲でのπ−π*相互作用の増加が、電子トンネル効果を増進し、それにより電子拡散に好適となろう。
実施例６．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）はミトコンドリアＯ2消費を増加させる
単離されたラット腎臓ミトコンドリアの酸素消費を、オキシグラフを用いて決定した（図５）。呼吸速度を、状態２（４００μＭ ＡＤＰのみ）、状態３（４００μＭ ＡＤＰおよび５００μＭ 基質）および状態４（基質のみ）で、異なる濃度のＳＳ−３１の存在下で測定した。実験は全て、ｎ＝４〜７の三重測定で実施した。結果から、ＳＳ−３１がミトコンドリアを脱共役させずに、酸素への電子輸送を促進したことが示される（図５）。
実施例７．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（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
４００ｍＭ ＡＤＰの添加後１分目に、単離されたミトコンドリアから採取された呼吸緩衝液中のＡＴＰを測定することにより、ミトコンドリアＡＴＰ合成の割合を決定した（図６）。ＡＴＰは、ＨＰＬＣによりアッセイした。実験は全て、ｎ＝３の三重測定で実施した。単離されたミトコンドリアにＳＳ−３１を添加すると、ＡＴＰ合成の割合が用量依存的に増加した（図６）。これらの結果から、ＳＳ−３１による電子移動の増進がＡＴＰ合成に結び付くことが示される。
実施例８．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）はシトクロムｃ除去ミトプラストの呼吸を増進する
ミトコンドリア呼吸へのＳＳ−３１の作用におけるｃｙｔ ｃの役割を実証するために、ミトコンドリアＯ2消費に及ぼすＳＳ−３１の影響を、一度凍結されたラット腎臓ミトコンドリアから作製されたｃｙｔ ｃ除去ミトプラストにおいて決定した（図７）。呼吸の速度は、１００μＭ ＳＳ−３１を含む、または含まない５０μＭ コハク酸塩の存在下で測定した。実験は、ｎ＝３の三重測定で実施した。これらのデータから、１）ＳＳ−３１がＩＭＭと強固に結合したｃｙｔ ｃを介して機能すること；２）ＳＳ−３１が機能的ｃｙｔ ｃの低下から守り得ること、が示唆される。
実施例９．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）およびＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）はシトクロムｃの還元を促進する
ＳＳ−３１およびＳＳ−２０は、還元剤としてのグルタチオン（ＧＳＨ）により導入されたｃｙｔ ｃ還元の反応速度を促進することができる（図１３）。ｃｙｔ ｃの還元を、５５０ｎｍの吸収の増加によりモニタリングした。ＧＳＨの添加により、５５０ｎｍでの吸収が時間依存的に増加した（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）を用いることで得られた（不図示）。１００μＭ濃度のＳＳ−３１単独の添加は、ｃｙｔ ｃを還元せず、ＳＳ−３１がＮＡＣにより誘導されたｃｙｔ ｃ還元の速度を用量依存的に上昇させており、ＳＳ−３１が電子を供与せず電子移動を迅速化し得ることが示唆される。
実施例１０．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）およびＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）はミトコンドリア電子フラックスおよびＡＴＰ合成を増加する
ＳＳ−２０およびＳＳ−３１の両方は、単離されたラット腎臓ミトコンドリア中のＯ2消費により測定される通り、電子フラックスを促進し得る（図１４）。ＳＳ−２０またはＳＳ−３１を、１００μＭ濃度で、０．５ｍＭコハク酸塩（複合体II基質）および４００μＭ ＡＤＰを含む呼吸緩衝液中の単離されたミトコンドリアに添加した。低濃度の複合体Ｉ基質（グルタミン酸塩／マレイン酸塩）を用いた場合に、Ｏ2消費における同様の増加が観察された（不図示）。電子フラックスの増加は、低濃度のコハク酸塩でエネルギー供給された単離されたミトコンドリアにおけるＡＴＰ生成の割合の有意な上昇と相関した（図１５）。これらのデータから、ＳＳ−２０およびＳＳ−３１にＩＭＭを標的化させることで、特に還元基質供給の条件下では、電子伝達系における電子フラックスが促進し、ＡＴＰ合成が改善し得ることが示唆される。
実施例１１．シトクロムｃの単離および精製
シトクロムｃを単離および精製する方法は、当該技術分野で公知である。１つの例示的で非限定的な方法を示す。シトクロムｃは、複数の正に帯電した基を有し、それをおよそ１０のｐＩに与える。つまりシトクロムｃは通常、膜上のリン脂質の負電荷へのイオン引力により、ミトコンドリア膜に結合する。組織およびミトコンドリアは、最初、硫酸アルミニウム溶液中、低ｐＨでブレンダー内でのホモジネーションにより破壊される。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り膜からシトクロムｃを脱離させて、溶液中に蛋白質を放出することができる。ｐＨが８．０に上昇することにより、過剰な硫酸アルミニウムが除去され、アルミニウムが水酸化アルミニウムの形態で沈殿する。
沈殿した水酸化アルミニウムを濾過により排除した後、イオン交換クロマトグラフィーを利用してそれらの電荷の機能として蛋白質を分離する。シトクロムｃは、複数の正に帯電した基を有し、典型的にはカラムは、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＣＧ−５０、負に帯電した樹脂または陽イオン交換樹脂で構成される。
溶離液が回収されたら、硫酸アンモニウム沈殿法を利用して、シトクロムｃ調製物中に残留する混入蛋白質を選択的に沈殿させる。ほとんどの蛋白質が、硫酸アンモニウム中に８０％飽和で沈殿するが、シトクロムｃは、可溶性のままである。溶液中に存在する過剰な塩は、その後、サイズに基づいて蛋白質を分離するゲル濾過クロマトグラフィーにより除去される。
精製を評価するために、調製物の試料を精製の各段階で回収する。これらの試料は、その後、ブラッドフォード法を利用して総蛋白質量についてアッセイし、シトクロムｃ濃度を分光光度法により測定する。
実施例１２．Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓによる可溶性硫酸塩の異化的還元
本明細書に記載のバイオレメディエーション組成物および方法を、以下の実施例により更に例示する。この実施例は、例示のみを目的として示されており、限定を意図するものではない。化学薬品および他の成分は、典型として示されている。本明細書に記載の方法および組成物の範囲内で前述の開示を考慮して改良を誘導してもよい。
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するオリゴヌクレオチドを、化学的に合成する。オリゴヌクレオチドは、いずれかの末端に特有の制限部位を含み、マルチプルクローニングサイトの上流に構成性プロモータを含むバクテリアプラスミドへの、定方向クローニングを実施させる。プラスミドは、オリゴヌクレオチドの末端にある制限部位に対応する酵素で制限消化することにより調製される。オリゴヌクレオチドをアニーリングして、分子生物学の従来技術を利用して調製されたプラスミドにライゲートする。ライゲーション産物を、選択培地上に生育させたＥ．ｃｏｌｉ内に形質転換させる。複数の陽性クローンを、当該技術分野で公知の方法を用いたＤＮＡ配列決定により、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させて、発現構築物の保存液を調製する。
Ｄ．ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓの形質転換：Ｄ．ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓの一夜培養物（ＯＤ600＝０．６）１００ｍｌを遠心分離して、ペレットを滅菌水で３回洗浄し、滅菌水の最終容量２００μｌに再懸濁させる。アリコット３０μｌをプラスミド調製物４μｌ（１μｇ）と混合して、エレクトロパルセーター装置により５，０００Ｖ／ｃｎ電気パルスに６ｍ秒間供する。組換えバクテリアを、組換えプラスミドにより付与された抗生物質耐性に基づいて選択する。
組換えＤ．ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓの硫酸塩還元酵素活性の決定：野生型および組換えＤ．ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓを、可溶性硫酸塩を還元する能力について検査する。バクテリアを、Ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ（Ｇｅｒｍａｎ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ ａｎｄ Ｃｅｌｌ Ｃｕｌｔｕｒｅｓ）により推奨された培地中、嫌気的条件下、３０℃で培養する。１２８０ｐｐｍ硫酸塩の水溶液を、野生型および組換えＤ．ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｃａｎｓに接種して、１２時間培養する。
硫酸塩の測定：硫酸塩濃度を、比濁法の技術（Ｉｃｇｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００６）を利用して測定する。硫酸塩を、塩化バリウムを含む塩酸培地中に沈殿させて、不溶性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）、および９５％イソプロピルアルコール（２０８．３３ｍＬ）を含む改良されたコンディショニング混合物を、新たに調製する。各反応物について、細胞を含まない上清２ｍＬを２５０ｍＬ三角フラスコ中のＭｉｌｉｐｏｒｅ水で１：５０に希釈して、コンディショニング混合物５ｍＬを添加する。懸濁液全体を、撹拌しながら十分に混合する。１分間撹拌し続けながら、塩化バリウム結晶およそ１グラムを添加する。混合物を静的条件下で２分間沈積させた後、濁度を分光光度計により４２０ｎｍで測定する。硫酸イオンの濃度を、Ｎａ2ＳＯ4 ０〜４０ｐｐｍの範囲内の標準を用いて作製された曲線から決定する。
結果：芳香族カチオン性ペプチドを発現する組換えバクテリアが、これらの条件下で異化的硫酸塩還元の速度上昇を示すことが、予測される。
実施例１３．Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）、およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）はカルジオリピン（ＣＬ）の疎水性ドメインと相互作用する
Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（ＳＳ−３７）のカチオンペプチドは、中性ｐＨで正味正電荷を含む。それらは、静電相互作用に基づくアニオン性リン脂質カルジオリピンに関連すると予測される。小ペプチドと脂質膜の相互作用を、蛍光分光法を利用して試験することができた（Ｓｕｒｅｗｉｃｚ ａｎｄ Ｅｐａｎｄ，１９８４）。本来備わるＴｒｐ残基の蛍光は、リン脂質ベシクルに結合させると量子収率の増加を示し、これはより疎水的環境においてＴｒｐ残基の取込みを示す最大発光のブルーシフトも伴った。極性感受性蛍光プローブをペプチドに取り込ませ、蛍光分光法を利用して、ＳＳ−１９、ＳＳ−３７およびＳＳ−３６がＣＬと相互作用するかについて決定した。結果を、図２１に示す。
Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−１９）は、ジアミノプロピオン酸に組み込まれたアントラニロイルを含む。アントラニロイル誘導体は、３２０〜３３０ｎｍで励起されると４１０〜４２０ｎｍの範囲内で蛍光を発する（Ｈｉｒａｔｓｕｋａ Ｔ，１９８３）。アントラニロイル誘導体の量子収率は、局所の環境に強く依存し、１０ｎｍ未満の発光最大（λmax）のブルーシフトと共に、水から８０％エタノールに変化すると５倍増加する（Ｈｉｒａｔｓｕｋａ Ｔ，１９８３）。ＳＳ−１９（１μＭ）単独および増加濃度（５〜５０μｇ／ｍｌ）のＣＬの存在下での蛍光発光スペクトルを、Ｈｉｔａｃｈｉ Ｆ−４５００蛍光分光光度計を用いて３２０ｎｍの励起に従ってモニタリングした。ＣＬ（５〜５０μｇ／ｍｌ）の添加により、ＳＳ−１９の量子収率を２倍増加させたが、λmaxは有意にシフトしなかった（図２１Ａ）。これらの知見から、ＳＳ−１９がＣＬの疎水性ドメインと相互作用することが示唆される。
Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３７）は、追加のアミノ酸アラダンを含み、それは環境の極性に特に感受性があることが報告されており、蛋白質の静電性を立証するのに用いられてきた（Ｃｏｈｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００２）。３５０ｎｍで励起されると、λmaxが水の５４２ｎｍからヘプタンの４０９ｎｍにシフトし、量子収率が有意に増加した（Ｃｏｈｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００１）。ＳＳ−３７（１μＭ）単独および増加濃度のＣＬの存在下での蛍光発光スペクトルを、３５０ｎｍの励起に従ってモニタリングした。ＣＬ（５〜５０μｇ／ｍｌ）の添加により、ＳＳ−３７の量子収率を３倍増加させ、λmaxがＣＬを含まない５２５ｎｍから５０μｇ／ｍｌ ＣＬの５００ｎｍへの明確なブルーシフトを生じた（図２１Ｂ）。これらの結果から、ＳＳ−３７がＣＬの疎水性ドメインと相互作用する証拠が提供される。
Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３６）は、Ｐｈｅの代わりにＡｌｄを含む3。ＳＳ−３６（１μＭ）単独および増加濃度のＣＬの存在下での蛍光発光スペクトルを、３５０ｎｍの励起に従ってモニタリングした。ＳＳ−３６は、ＣＬの添加に最も感受性があり、ＣＬのかなり少量の添加（１．２５〜５μｇ／ｍｌ）で量子収率が劇的に増加しブルーシフトが観察された。λmaxが、ＣＬを含まない５２５ｎｍから１．２５μｇ／ｍｌもの少量のＣＬでの５００ｎｍにシフトし、量子収率が５μｇ／ｍｌ ＣＬの添加により１００倍を超えて増加した（図２１Ｃ）。これらの結果から、ＳＳ−３６がＣＬの疎水性ドメインと大きく相互作用する証拠が提供される。
実施例１４．Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−１９）とシトクロムｃとの相互作用
蛍光クエンチングを利用して、ペプチドＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）とｃｙｔ Ｃとの相互作用を実証した。ＳＳ−１９の最大蛍光発光スペクトルを、Ｈｉｔａｃｈｉ Ｆ−４５００蛍光分光光度計を用いて３２０ｎｍの励起に従って４２０ｎｍでモニタリングした。結果を、図２２に示す。
ＳＳ−１９の蛍光（１０μＭ）は、０．２ｍｇ単離されたラット腎臓ミトコンドリアの連続添加によりクエンチされ（図２２Ａ、Ｍ＋矢印）、ミトコンドリアによるＳＳ−１９の取込みが示唆される。シトクロムｃ除去ミトプラスト（０．４ｍｇ）を添加した場合、ＳＳ−１９のクエンチングが有意に低下され、シトクロムｃがミトコンドリアによるＳＳ−１９のクエンチングにおいて重要な役割を担うことが示唆される（図２２Ｂ）。ＳＳ−１９の蛍光（１０μＭ）は、２μＭシトクロムｃの連続添加により同様にクエンチされた（図２Ｃ、Ｃ＋矢印）。シトクロムｃによるクエンチングは、ウシ血清アルブミンの連続添加では示されなかった（図２２Ｃ、Ａ＋矢印）（５００μｇ／ｍｌ）。これらのデータから、ＳＳ−１９がヘム環境においてシトクロムｃの内側で非常に深く相互作用する可能性が示される。ＳＳ−１９とシトクロムｃとの相互作用は、添加されたシトクロムｃの量に直線的に依存した（図２２Ｄ）。
実施例１５．Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−１９）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３７）およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３６）はシトクロムｃおよびＣＬと相互作用する
蛍光分光法を利用して、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−１９）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３７）およびＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３６）がＣＬの存在下でシトクロムｃと相互作用することを実証した。結果を図２３に示す。
ＳＳ−１９（１０μＭ）の蛍光発光を、Ｈｉｔａｃｈｉ Ｆ−４５００蛍光分光光度計を用いて実時間で（Ｅｘ／Ｅｍ＝３２０ｎｍ／４２０ｎｍ）モニタリングした。ｃｙｔ Ｃ（２μＭ）の添加により、蛍光シグナルの直後のクエンチングが得られた（図２３Ａ）。
ＳＳ−１９（１０μＭ）の蛍光発光を、Ｈｉｔａｃｈｉ Ｆ−４５００蛍光分光光度計を用いて実時間で（Ｅｘ／Ｅｍ＝３２０ｎｍ／４２０ｎｍ）モニタリングした。ｃｙｔ Ｃ（５０μｇ／ｍｌ）の添加により、ＳＳ−１９の蛍光の増加が得られたシトクロムｃ（２μＭ）の続いての添加により、ＣＬを含まないｃｙｔ Ｃの添加に比較してより大幅にＳＳ−１９の蛍光がクエンチングした（図２３Ｂ）。これらのデータから、ＳＳ−１９とシトクロムｃとの相互作用がＣＬの存在下で増進することが示される。ＣＬは、ＳＳ−１９とシトクロムｃという２種のカチオン性分子に対するアニオン性プラットフォームとして機能することにより、ＳＳ−１９とシトクロムｃとの相互作用を増強する可能性がある。
ＳＳ−３７の蛍光（１０μＭ）は、ＣＬの存在下での２μＭ シトクロムｃの連続添加により同様にクエンチされた（図２３Ｃ、Ｃ＋矢印）。シトクロムｃのクエンチングは、ウシ血清アルブミンの連続添加では示されなかった（５００μｇ／ｍｌ）（図２３Ｃ、Ａ＋矢印）。つまりこれらのペプチドとＣＬとの相互作用は、シトクロムｃの内側で非常に深く相互作用する能力と干渉しない。
ＳＳ−２６も、極性感受性の蛍光アミノ酸アラダンを含む。ＣＬ（２．５μｇ／ｍｌ）の添加により、ＳＳ−３６の蛍光の増加が得られた（図２３Ｄ）。続くシトクロムｃ（２μＭ）の添加後のＳＳ−３６の発光スペクトルは、ペプチドの蛍光を劇的にクエンチングすること、および発光最大の大きなブルーシフト（５１０ｎｍから４５０ｎｍへ）を示している（図２３Ｄ）。これらのデータから、該ペプチドがシトクロムｃ−ＣＬ複合体の内側の疎水性ドメインと深く相互作用していることが示唆される。
実施例１６．ペプチドＤｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（ＳＳ−１９）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−２０）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（ＳＳ−３６）およびＤ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＰＩ−２３１）はシトクロムｃのヘム環境をＣＬのアシル鎖から防御する
円偏光二色性（ＣＤ）を実施して、ｃｙｔ Ｃのヘム環境をＣＬのアシル鎖から防御することに対するペプチドの影響を検証した。ヘム蛋白質では、ソレットＣＤスペクトルは、ヘムポケットコンホメーションと厳密に相関する。特に負の４１６〜４２０ｎｍコットン効果は、本来のｃｙｔ ＣにおけるＦｅ（III）−Ｍｅｔ８０配位の診断と見なされる（Ｓａｎｔｕｃｃｉ ａｎｄ Ａｓｃｏｌｉ，１９９７）。コットン効果の消失から、軸性配位からヘム鉄へのＭｅｔ８０の交換を含むヘムポケット領域の変化が明らかとなる。ＣＤスペクトルは、ＡＶＩＶ ＣＤ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ｍｏｄｅｌ ４１０を用いて得られた。結果を図２４に示す。
ｃｙｔ Ｃ（１０μＭ）のソレットＣＤスペクトルの変化を、３０μｇ／ｍｌ ＣＬの非存在下（点線）および存在下（破線）、ならびに異なるペプチド（１０μＭ）の添加（実線）で記録した（図２４）。ＣＤの測定を、２０ｍＭ ＨＥＰＥＳ ｐＨ７．５、を用いて２５℃で実施して、モル楕円率（θ）（ｍＤｅｇ）として表した。ＣＬの添加は負のコットン効果の消失を引き起こし、これはこれらのペプチドの添加により完全に予防された。これらの結果から、ペプチドがシトクロムｃのヘムポケットと相互作用し、Ｆｅ−Ｍｅｔ８０配位を防御することの明確な証拠が提供される。
実施例１７．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）、Ｐｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）、およびＤ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＰＩ−２３１）はＣＬにより誘起されたシトクロムｃ還元の阻害を防御する
シトクロムｃは、ミトコンドリア中の呼吸複合体IIIとIVの間の電子キャリアである。シトクロムｃは、シトクロムｃリダクターゼから電子を受け取った後還元され（Ｆ2+）、その後、シトクロムｃオキシダーゼによりＦ3+に酸化される。ＣＬに会合したシトクロムｃは、レドックス電位を輸し、本来のシトクロムｃよりも有意に負値であり、シトクロムｃの還元は、ＣＬの存在下で有意に阻害される（Ｂａｓｏｖａ ｅｔ ａｌ．，２００７）。
シトクロムｃ（２０μＭ）の還元を、ＣＬの非存在下または存在下（１００μｇ／ｍｌ）でグルタチオン（５００μＭ）を添加することにより誘導した（図２５Ａ）。シトクロムｃの還元を、９６ウェルＵＶ−ＶＩＳプレートリーダー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ）を用いて５５０ｎｍでの吸収によりモニタリングした。ＣＬの添加により、シトクロムｃの還元率が半分に低下した。ＳＳ−３１（２０、４０または１００μＭ）の添加により、ＣＬの阻害作用が用量依存的に防止された（図２５Ａ）。
ＳＳ−３１は、５００μＭ ＧＳＨまたは５０μＭアスコルビン酸塩により誘導されたシトクロムｃ還元の速度に及ぼす阻害効果を用量依存的に克服した（図２５Ｂ）。ＳＳ−２０およびＳＰ−２３１は、５００μＭ ＧＳＨにより誘発されたｃｙｔ Ｃ還元のＣＬによる阻害も予防した（図２５Ｃ）。
実施例１８．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）およびＰｈｅ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−２０）は単離されたミトコンドリア中のＯ2消費を増進する
ＳＳ−２０およびＳＳ−３１の両方は、単離されたラット腎臓ミトコンドリア中でのＯ2消費により測定された通り、電子フラックスを促進し得る。ＳＳ−２０またはＳＳ−３１を１０μＭまたは１００μＭ濃度で、グルタミン酸塩／マレイン酸塩（複合体Ｉ基質）、０．５ｍＭコハク酸塩（複合体II基質）または３μＭ ＴＭＰＤ／１ｍＭ アスコルビン酸塩（ｃｙｔ Ｃの直接還元体）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。４００μＭ ＡＤＰを添加して、状態３の呼吸を開始させた。結果を図２６に示す。
ＳＳ−３１は、複合体Ｉまたは複合体II基質のいずれかにより、またはシトクロムｃがＴＭＰＤ／アスコルビン酸塩により直接還元された場合に、状態３の呼吸においてＯ2消費を増加させた（図２６Ａ）。ＳＳ−２０も、これらの基質が用いられた場合に、状態３の呼吸においてＯ2消費を増加させる（図２６Ｂ。グルタミン酸塩／マレイン酸塩およびＴＭＰＤ／アスコルビン酸塩でのデータは示さない）。
これらのデータから、ＳＳ−３１が電子伝達系における電子フラックスを増加させること、および作用部位がシトクロムｃと複合体IV（シトクロムｃオキシダーゼ）の間に存在することが、示唆される。
実施例１９．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）は単離されたミトコンドリアにおけるＡＴＰ合成を増加させる
電子伝達系における電子フラックスの増加は、ＡＴＰ合成の増加、または電子漏出およびフリーラジカル生成の増加のいずれかを引き起こし得る。単離されたミトコンドリアのケルＡＴＰ合成は、ＨＰＬＣによりアッセイした。ＳＳ−３１は、ＡＴＰ合成を用量依存的に増加させ、電子フラックスにおける増加が酸化的リン酸化に結び付くことが示唆される（図２７）。
実施例２０．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）はシトクロムｃ除去ミトプラストにおける呼吸を増進する
ミトコンドリア性カルジオリピンに強く結合したｃｙｔ Ｃのモデルを使用して、ミトコンドリアにおけるＳＳ−３１とシトクロムｃ−ＣＬ複合体との相互作用を検討した。ジギトニンによる外膜の除去の後、ミトプラストを１２０ｍＭ ＫＣｌで洗浄して全ての遊離したシトクロムｃ、および電気的に会合されたシトクロムｃを除去して、ＣＬに強く結合したシトクロムｃのみを残留させた。Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2（ＳＳ−３１）は、ミトプラスト内の複合体II呼吸を、内部ミトコンドリア膜に強く結合したシトクロムｃにより用量依存的手法で増進する（図２８）。これらのデータは、ＳＳ−３１がシトクロムｃ−ＣＬ複合体と直接相互作用し、複合体IIIから複合体IVへの電子伝達を促進することが示唆される。
実施例２１．Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド（ＳＳ−３１）はＣＬがシトクロムｃを電子キャリアからペルオキシダーゼ活性に切り替えるのを防ぐ
シトクロムｃにおけるヘムの６つの配位は、Ｈ２Ｏ２と触媒金属部位との直接の相互作用を防ぎ、溶液中の本来のシトクロムｃは、弱いペルオキシダーゼである。ＣＬとの相互作用の際、シトクロムｃは、Ｆｅ−Ｍｅｔ８０配位の崩壊を伴う構造変化を受ける。これによりＦｅ3+がＨ2Ｏ2に暴露され、ペルオキシダーゼが劇的に増加する（Ｖｌａｄｉｍｉｒｏｖ ｅｔ ａｌ．，２００６；Ｓｉｎｉｂａｌｄｉ ｅｔ ａｌ．，２００８）。シトクロムｃペルオキシダーゼの作用機序は、西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）などの他のペルオキシダーゼと類似している。つまりＡｍｐｌｅｘ Ｒｅｄ−ＨＲＰ反応を使用して、シトクロムｃペルオキシダーゼ活性を検討することが可能である。ペルオキシダーゼの存在下で、Ａｍｐｌｅｘ Ｒｅｄ（ＡＲ）はＨ2Ｏ2と反応して、赤色蛍光酸化生成物レゾルフィン（Ｅｘ／Ｅｍ＝５７１／５８５）を形成する。
シトクロムｃ（２μＭ）を、２０ｍＭ ＨＥＰＥＳ ｐＨ７．４中でＣＬ（２５μｇ／ｍｌ）および１０μＭ Ｈ2Ｏ2と混合した。その後、Ａｍｐｌｅｘ Ｒｅｄ（５０μＭ）を添加して、蛍光発光をＨｉｔａｃｈｉ Ｆ−４５００蛍光分光光度計を用いて実時間でモニタリングした。Ａｍｐｌｅｘ Ｒｅｄの添加は、レゾルフィン形成による蛍光シグナルの急速な増加を誘発し、シトクロムｃ／ＣＬ複合体のペルオキシダーゼ活性についての直接の証拠を提供している（図２９Ａ）。ＳＳ−３１の包含により、Ａｍｐｌｅｘ Ｒｅｄ過酸化の速度を低下させており、ＳＳ−３１がシトクロムｃと直接相互作用してＣＬによるペルオキシダーゼ活性を予防することが示唆される（図２９Ａ）。
ＳＳ−３１の添加により、シトクロムｃペルオキシダーゼ活性の反応速度を用量依存的に低下させたが（図２９Ｂ）、ＨＲＰ活性に対する影響を有さなかった（不図示）。図２９Ｃは、１０μＭの一定濃度でシトクロムｃペルオキシダーゼ活性を阻害する能力についての様々なペプチドの比較を示す。
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均等物
本発明は、本願に記載した特定の実施形態に関して限定されず、本発明の個別の態様の１つの説明となることを意図している。当業者に明白なように、その趣旨および範囲から逸脱することなく本発明の多くの変更および変形を行うことができる。本明細書に列挙される内容に加えて、本発明の範囲内の機能的に同等の方法および機器は、前述の説明から当業者には明白である。変更および変形は添付の特許請求の範囲に含まれるものとする。本発明は、特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲に関してのみ限定される。本発明が特定の方法、試薬、化合物、組成物、または生物系に限定されるものではなく、もちろん変動する可能性があることは理解されよう。また、本明細書で使用される用語論は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定するためのものではないことも理解されよう。
更に、開示の特徴または態様がマーカッシュ群の観点から記述される場合、それによって、マーカッシュ群のメンバーの個々のメンバーまたはサブグルーブの観点からも開示が記述されることを、当業者は認識するであろう。
当業者には明らかな通り、あらゆる目的のため、特に記載による説明の提供に関して、本明細書で開示される全ての範囲は、そのあらゆる考え得る部分的な範囲および部分的な範囲の組み合わせを包含する。少なくとも均等に半分、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分けられている同じ範囲を十分に説明および可能にしているため、いずれの記載される範囲も容易に認識することができる。非限定的例として、本明細書に開示の各範囲は、下部３分の１、中央３分の１、上部３分の１などに容易に分割することができる。同じく当業者に理解される通り、「最大」、「少なくとも」、「より大きい」、「より小さい」などの全ての言葉は、列挙される数字を含み、その後に上述のように部分的な範囲に分けることができる範囲である。最後に、当業者に理解される通り、範囲には個別の各数字を含む。したがって、例えば１〜３個の細胞を有する群は、１個、２個、または３個の細胞を有する群を指す。同様に、１〜５個の細胞を有する群は、１個、２個、３個、４個、または５個の細胞を有する群などを指す。
本明細書で参照または引用された全ての特許、特許出願、仮出願、および発行物は、全ての図および表を含み、本明細書の明示的教示と矛盾しない程度に、全体として参照により本明細書に組み入れられる。
他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に示される。
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〕シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃ還元を増大させる方法であって、前記試料を有効量のＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドと接触させる工程を含むことを特徴とする、方法。
〔２〕シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃを通る電子の拡散を増加させる方法であって、前記試料を有効量のＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドと接触させる工程を含むことを特徴とする、方法。
〔３〕シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃの周囲にπ−π相互作用を導入する方法であって、前記試料を有効量のＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドと接触させる工程を含むことを特徴とする、方法。
〔４〕あるレベルのカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、カルジオリピンおよびペプチドがドープされたシトクロムｃと、カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンの前記レベルの変化により誘導される前記シトクロムｃの特性変化を測定する計量器とを含むことを特徴とする、センサー。
〔５〕カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンの前記レベルが、前記シトクロムｃの温度および前記シトクロムｃのｐＨの少なくとも一方の変動に応答して変化する、前記〔４〕に記載のセンサー。
〔６〕前記特性が、導電率であり、前記計量器が、前記シトクロムｃと電気的に連通するアノードおよびカソードを含む、前記〔４〕に記載のセンサー。
〔７〕前記特性が、フォトルミネセンスであり、前記計量器が、前記シトクロムｃにより発光された光の強度および前記シトクロムｃにより発光された光の波長のうちの少なくとも一方の変化を測定する光検出器を含む、前記〔４〕に記載のセンサー。
〔８〕カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンのレベルの変化により誘導される、前記レベルのカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたシトクロムｃの特性の変化を測定する工程を含むことを特徴とする、検知方法。
〔９〕カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンの前記レベルが、前記シトクロムｃの温度および前記シトクロムｃのｐＨの少なくとも一方の変動に応答して変化する、前記〔８〕に記載のセンサー。
〔１０〕前記特性が、導電率、フォトルミネセンス強度、およびフォトルミネセンス波長のうちの少なくとも１つである、前記〔８〕に記載の方法。
〔１１〕シトクロムｃ；前記シトクロムｃと連通するカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンの供給源；ならびに、前記シトクロムｃと連通するカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンの量を制御するアクチュエータ、を含むスイッチ。
〔１２〕前記アクチュエータが、前記シトクロムｃの温度および前記シトクロム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。
〔１３〕シトクロムｃと連通するカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンのレベルを変化させる工程を含むことを特徴とする、切り替え方法。
〔１４〕カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンのレベルを変化させる工程が、前記シトクロムｃの温度および前記シトクロムｃのｐＨの少なくとも一方を変動させる工程を含む、前記〔１３〕に記載の方法。
〔１５〕有効量のカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたシトクロムｃ；および前記シトクロムｃからの発光を刺激する光源を含むことを特徴とする、発光素子。
〔１６〕有効量のカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたシトクロムｃを刺激する工程を含むことを特徴とする、発光方法。
〔１７〕前記試料が、センサー、導体、スイッチ、または発光素子の成分を含む、前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の方法。
〔１８〕カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたシトクロムｃを含むことを特徴とする、バイオセンサー。
〔１９〕カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピンおよびペプチドがドープされたシトクロムｃが、電極への電子流動におけるメディエータを含む、前記〔１８〕に記載のバイオセンサー。
〔２０〕カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピンおよびペプチドがドープされたシトクロムｃが、前記電極に直接固定されている、前記〔１８〕に記載のバイオセンサー。
〔２１〕カルジオリピン、もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、および／またはシトクロムｃが、前記バイオセンサー内の表面に固定されている、前記〔１８〕に記載のバイオセンサー。
〔２２〕カルジオリピン、もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、および／またはシトクロムｃが、前記バイオセンサー内で自由に拡散可能である、前記〔１８〕に記載のバイオセンサー。
〔２３〕試料中の基質を検出する方法であって、
ａ）前記試料を、
ｉ）前記基質に特異的なレドックス活性酵素、
ii）カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたシトクロムｃ、ならびに、
iii）電極、
を含むバイオセンサーと接触させる工程と、
ｂ）前記バイオセンサー内の電子流動を検出する工程と
を含むことを特徴とする、方法。
〔２４〕ペプチドがドープされた、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドとカルジオリピンとがドープされたシトクロムｃが、電極への電子流動におけるメディエータを含む、前記〔２３〕に記載の方法。
〔２５〕ペプチドがドープされた、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドとカルジオリピンとがドープされたシトクロムｃが、前記電極に直接固定されている、前記〔２３〕に記載の方法。
〔２６〕カルジオリピン、もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、および／またはシトクロムｃが、前記バイオセンサー内の表面に固定されている、前記〔２３〕に記載の方法。
〔２７〕カルジオリピン、もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 ペプチド、および／またはシトクロムｃが、前記バイオセンサー内で自由に拡散可能である、前記〔２３〕に記載の方法。
〔２８〕１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現する組換えバクテリアを含む、環境汚染物質のバイオレメディエーションにおいて使用するための組成物。
〔２９〕前記組換えバクテリアが、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〔２８〕に記載の組成物。
〔３０〕前記核酸配列が、誘導性プロモータの制御下で発現される、前記〔２９〕に記載の組成物。
〔３１〕前記核酸配列が、構成性プロモータの制御下で発現される、前記〔２９〕に記載の組成物。
〔３２〕前記核酸配列が、プラスミドＤＮＡを含む、前記〔２９〕に記載の組成物。
〔３３〕前記核酸配列が、ゲノムインサートを含む、前記〔２９〕に記載の組成物。
〔３４〕前記組換えバクテリアが、表７に列挙されたバクテリア種に由来する、前記〔２８〕に記載の組成物。
〔３５〕環境汚染物質を含有する材料を、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現する組換えバクテリアを含むバイオレメディエーション組成物と接触させる工程を含むことを特徴とする、環境汚染物質のバイオレメディエーションの方法。
〔３６〕前記環境汚染物質が、金属を含む、前記〔３５〕に記載の方法。
〔３７〕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、またはＢｉを含む、前記〔３６〕に記載の方法。
〔３８〕前記環境汚染物質が、非金属を含む、前記〔３５〕に記載の方法。
〔３９〕前記非金属が、硫酸塩を含む、前記〔３８〕に記載の方法。
〔４０〕前記環境汚染物質が、過塩素酸塩を含む、前記〔３５〕に記載の方法。
〔４１〕前記過塩素酸塩が、ＮＨ 4 ＣｌＯ 4 、ＣｓＣｌＯ 4 、ＬｉＣｌＯ 4 、Ｍｇ（ＣｌＯ 4 ） 2 、ＨＣｌＯ 4 、ＫＣｌＯ 4 、ＲｂＣｌＯ 4 、ＡｇＣｌＯ 4 、またはＮａＣｌＯ 4 を含む、前記〔４０〕に記載の方法。
〔４２〕前記環境汚染物質が、硝酸塩を含む、前記〔３５〕に記載の方法。
〔４３〕前記硝酸塩が、ＨＮＯ 3 、ＬｉＮＯ 3 、ＮａＮＯ 3 、ＫＮＯ 3 、ＲｂＮＯ 3 、ＣｓＮＯ 3 、Ｂｅ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｍｇ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｃａ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｓｒ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｂａ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｓｃ（ＮＯ 3 ） 3 、Ｃｒ（ＮＯ 3 ） 3 、Ｍｎ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｆｅ（ＮＯ 3 ） 3 、Ｃｏ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｎｉ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｃｕ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｚｎ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｐｄ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｃｄ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｈｇ（ＮＯ 3 ） 2 、Ｐｂ（ＮＯ 3 ） 2 、またはＡｌ（ＮＯ 3 ） 3 を含む、前記〔４２〕に記載の方法。
〔４４〕前記環境汚染物質が、放射線核種を含む、前記〔３５〕に記載の方法。
〔４５〕前記放射線核種が、アクチニドを含む、前記〔４４〕に記載の方法。
〔４６〕前記放射線核種が、ウランを含む、前記〔４４〕に記載の方法。
〔４７〕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、またはジクロロエチレンを含む、前記〔３５〕に記載の方法。
〔４８〕バイオレメディエーションが、インサイチュで実施される、前記〔３５〕に記載の方法。
〔４９〕バイオレメディエーションが、エクスサイチュで実施される、前記〔３５〕に記載の方法。
〔５０〕前記バクテリアが、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〔３５〕に記載の方法。
〔５１〕前記核酸配列が、誘導性プロモータの制御下で発現される、前記〔５０〕に記載の方法。
〔５２〕前記核酸配列が、構成性プロモータの制御下で発現される、前記〔５０〕に記載の方法。
〔５３〕前記核酸配列が、プラスミドＤＮＡを含む、前記〔５０〕に記載の方法。
〔５４〕前記核酸配列が、ゲノムインサートを含む、前記〔５０〕に記載の方法。
〔５５〕前記組換えバクテリアが、表７に列挙されたバクテリア種に由来する、前記〔３５〕に記載の方法。
〔５６〕前記芳香族カチオン性ペプチドが、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 を含む、前記〔３５〕〜〔５５〕のいずれか１項に記載の方法。
〔５７〕Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ 2 （（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ 2 （Ａｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ 2 （Ａｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ 2 （（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、またはその医薬的に許容可能な塩からなる群より選択される１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを含むことを特徴とする、組成物。
〔５８〕医薬的に許容可能な担体を含む、前記〔５７〕に記載の組成物。
〔５９〕シトクロムｃペルオキシダーゼ活性を阻害することを必要としている対象において、シトクロムｃペルオキシダーゼ活性を阻害する方法であって、治療有効量の芳香族カチオン性ペプチドまたはその医薬的に許容可能な塩を投与する工程を含むことを特徴とする、方法。
〔６０〕前記芳香族カチオン性ペプチドが、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ 2 （（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ 2 （Ａｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ 2 （Ａｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ 2 、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ 2 （（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、またはその医薬的に許容可能な塩からなる群より選択される、前記〔５９〕に記載の方法。
他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に示される。

Claims (60)

  1. シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃ還元を増大させる方法であって、前記試料を有効量のＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドと接触させる工程を含むことを特徴とする、方法。
  2. シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃを通る電子の拡散を増加させる方法であって、前記試料を有効量のＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドと接触させる工程を含むことを特徴とする、方法。
  3. シトクロムｃを含有する試料中のシトクロムｃの周囲にπ−π相互作用を導入する方法であって、前記試料を有効量のＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドと接触させる工程を含むことを特徴とする、方法。
  4. あるレベルのカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、カルジオリピンおよびペプチドがドープされたｃｙｔ ｃと、カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンの前記レベルの変化により誘導される前記ｃｙｔ ｃの特性変化を測定する計量器とを含むことを特徴とする、センサー。
  5. カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンの前記レベルが、前記ｃｙｔ ｃの温度および前記ｃｙｔ ｃのｐＨの少なくとも一方の変動に応答して変化する、請求項４に記載のセンサー。
  6. 前記特性が、導電率であり、前記計量器が、前記ｃｙｔ ｃと電気的に連通するアノードおよびカソードを含む、請求項４に記載のセンサー。
  7. 前記特性が、フォトルミネセンスであり、前記計量器が、前記ｃｙｔ ｃにより発光された光の強度および前記ｃｙｔ ｃにより発光された光の波長のうちの少なくとも一方の変化を測定する光検出器を含む、請求項４に記載のセンサー。
  8. カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンのレベルの変化により誘導される、前記レベルのカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃの特性の変化を測定する工程を含むことを特徴とする、検知方法。
  9. カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンの前記レベルが、前記ｃｙｔ ｃの温度および前記ｃｙｔ ｃのｐＨの少なくとも一方の変動に応答して変化する、請求項８に記載のセンサー。
  10. 前記特性が、導電率、フォトルミネセンス強度、およびフォトルミネセンス波長のうちの少なくとも１つである、請求項８に記載の方法。
  11. ｃｙｔ ｃ；前記ｃｙｔ ｃと連通するカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンの供給源；ならびに、前記ｃｙｔ ｃと連通するカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンの量を制御するアクチュエータ、を含むスイッチ。
  12. 前記アクチュエータが、前記ｃｙｔ ｃの温度および前記ｃｙｔ ｃのｐＨの少なくとも一方を制御する、請求項１１に記載のスイッチ。
  13. ｃｙｔ ｃと連通するカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンのレベルを変化させる工程を含むことを特徴とする、切り替え方法。
  14. カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンのレベルを変化させる工程が、前記ｃｙｔ ｃの温度および前記ｃｙｔ ｃのｐＨの少なくとも一方を変動させる工程を含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 有効量のカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ；および前記ｃｙｔ ｃからの発光を刺激する光源を含むことを特徴とする、発光素子。
  16. 有効量のカルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃを刺激する工程を含むことを特徴とする、発光方法。
  17. 前記試料が、センサー、導体、スイッチ、または発光素子の成分を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  18. カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃを含むことを特徴とする、バイオセンサー。
  19. カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピンおよびペプチドがドープされたｃｙｔ ｃが、電極への電子流動におけるメディエータを含む、請求項１８に記載のバイオセンサー。
  20. カルジオリピンがドープされた、またはペプチドがドープされた、またはカルジオリピンおよびペプチドがドープされたｃｙｔ ｃが、前記電極に直接固定されている、請求項１８に記載のバイオセンサー。
  21. カルジオリピン、もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、および／またはｃｙｔ ｃが、前記バイオセンサー内の表面に固定されている、請求項１８に記載のバイオセンサー。
  22. カルジオリピン、もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、および／またはｃｙｔ ｃが、前記バイオセンサー内で自由に拡散可能である、請求項１８に記載のバイオセンサー。
  23. 試料中の基質を検出する方法であって、
    ａ）前記試料を、
    ｉ）前記基質に特異的なレドックス活性酵素、
    ii）カルジオリピン、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、または、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチドおよびカルジオリピンがドープされたｃｙｔ ｃ、ならびに、
    iii）電極、
    を含むバイオセンサーと接触させる工程と、
    ｂ）前記バイオセンサー内の電子流動を検出する工程と
    を含むことを特徴とする、方法。
  24. ペプチドがドープされた、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドとカルジオリピンとがドープされたｃｙｔ ｃが、電極への電子流動におけるメディエータを含む、請求項２３に記載の方法。
  25. ペプチドがドープされた、カルジオリピンがドープされた、またはペプチドとカルジオリピンとがドープされたｃｙｔ ｃが、前記電極に直接固定されている、請求項２３に記載の方法。
  26. カルジオリピン、もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、および／またはｃｙｔ ｃが、前記バイオセンサー内の表面に固定されている、請求項２３に記載の方法。
  27. カルジオリピン、もしくはＤ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2ペプチド、および／またはｃｙｔ ｃが、前記バイオセンサー内で自由に拡散可能である、請求項２３に記載の方法。
  28. １種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現する組換えバクテリアを含む、環境汚染物質のバイオレメディエーションにおいて使用するための組成物。
  29. 前記組換えバクテリアが、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、請求項２８に記載の組成物。
  30. 前記核酸配列が、誘導性プロモータの制御下で発現される、請求項２９に記載の組成物。
  31. 前記核酸配列が、構成性プロモータの制御下で発現される、請求項２９に記載の組成物。
  32. 前記核酸配列が、プラスミドＤＮＡを含む、請求項２９に記載の組成物。
  33. 前記核酸配列が、ゲノムインサートを含む、請求項２９に記載の組成物。
  34. 前記組換えバクテリアが、表７に列挙されたバクテリア種に由来する、請求項２８に記載の組成物。
  35. 環境汚染物質を含有する材料を、１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを発現する組換えバクテリアを含むバイオレメディエーション組成物と接触させる工程を含むことを特徴とする、環境汚染物質のバイオエレメディエーションの方法。
  36. 前記環境汚染物質が、金属を含む、請求項３５に記載の方法。
  37. 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、またはＢｉを含む、請求項３６に記載の方法。
  38. 前記環境汚染物質が、非金属を含む、請求項３５に記載の方法。
  39. 前記非金属が、硫酸塩を含む、請求項３８に記載の方法。
  40. 前記環境汚染物質が、過塩素酸塩を含む、請求項３５に記載の方法。
  41. 前記過塩素酸塩が、ＮＨ4ＣｌＯ4、ＣｓＣｌＯ4、ＬｉＣｌＯ4、Ｍｇ（ＣｌＯ4）2、ＨＣｌＯ4、ＫＣｌＯ4、ＲｂＣｌＯ4、ＡｇＣｌＯ4、またはＮａＣｌＯ4を含む、請求項４０に記載の方法。
  42. 前記環境汚染物質が、硝酸塩を含む、請求項３５に記載の方法。
  43. 前記硝酸塩が、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、またはＡｌ（ＮＯ3）3を含む、請求項４２に記載の方法。
  44. 前記環境汚染物質が、放射線核種を含む、請求項３５に記載の方法。
  45. 前記放射線核種が、アクチニドを含む、請求項４４に記載の方法。
  46. 前記放射線核種が、ウランを含む、請求項４４に記載の方法。
  47. 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、またはジクロロエチレンを含む、請求項３５に記載の方法。
  48. バイオレメディエーションが、インサイチュで実施される、請求項３５に記載の方法。
  49. バイオレメディエーションが、エクスサイチュで実施される、請求項３５に記載の方法。
  50. 前記バクテリアが、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、請求項３５に記載の方法。
  51. 前記核酸配列が、誘導性プロモータの制御下で発現される、請求項５０に記載の方法。
  52. 前記核酸配列が、構成性プロモータの制御下で発現される、請求項５０に記載の方法。
  53. 前記核酸配列が、プラスミドＤＮＡを含む、請求項５０に記載の方法。
  54. 前記核酸配列が、ゲノムインサートを含む、請求項５０に記載の方法。
  55. 前記組換えバクテリアが、表７に列挙されたバクテリア種に由来する、請求項３５に記載の方法。
  56. 前記芳香族カチオン性ペプチドが、Ｄ−Ａｒｇ−Ｄｍｔ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2を含む、請求項３５〜５５のいずれか１項に記載の方法。
  57. Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（Ａｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（Ａｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、またはその医薬的に許容可能な塩からなる群より選択される１種以上の芳香族カチオン性ペプチドを含むことを特徴とする、組成物。
  58. 医薬的に許容可能な担体を含む、請求項５７に記載の組成物。
  59. シトクロムｃペルオキシダーゼ活性を阻害することを必要としている対象において、シトクロムｃペルオキシダーゼ活性を阻害する方法であって、治療有効量の芳香族カチオン性ペプチドまたはその医薬的に許容可能な塩を投与する工程を含むことを特徴とする、方法。
  60. 前記芳香族カチオン性ペプチドが、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ａｔｎ）Ｄａｐ−ＮＨ2（（ａｔｎ）Ｄａｐは、β−アントラニロイル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ａｌｄ−Ｌｙｓ−ＮＨ2（Ａｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−Ｌｙｓ−Ａｌｄ−ＮＨ2（Ａｌｄは、β−（６’−ジメチルアミノ−２’−ナフトイル）アラニンである）、Ｄ−Ａｒｇ−Ｔｙｒ−Ｌｙｓ−Ｐｈｅ−ＮＨ2、Ｄｍｔ−Ｄ−Ａｒｇ−Ｐｈｅ−（ｄｎｓ）Ｄａｐ−ＮＨ2（（ｄｎｓ）Ｄａｐは、β−ダンシル−Ｌ−α，β−ジアミノプロピオン酸である）、またはその医薬的に許容可能な塩からなる群より選択される、請求項５９に記載の方法。
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