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Proposal and application of new microbial culture method focused on the headspace conditions of shake-flask

Research Project

Project/Area Number 16J00800
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied microbiology
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

高橋 将人  筑波大学, 生命環境系, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords振盪フラスコ培養 / 二酸化炭素 / 酸素 / 集積培養 / 純粋培養 / モニタリング / サンプリング / 二酸化炭素換気 / 二酸化炭素換気能
Outline of Annual Research Achievements

振盪培養中のフラスコ内の気相環境のガス成分の変化が、培養微生物群集や単一菌株に及ぼす影響はほとんど研究されておらず、未解明である。平成29年度は、申請者が発見した新奇な現象(振盪フラスコ培養中の間欠的な気相環境への操作が集積される培養微生物群集に影響を及ぼす)を対象に、平成28年度に実施した課題①【新奇な現象のメカニズムの解析】と課題②【単一菌を用いた振盪フラスコ培養法の解析】に対して詳細な解析を行い、課題③【Automatic Aeration Flask System(AAFS)の改良】を行い、以下の点を明らかにした。
課題①に対して:従来法では、設定培養温度と同じ至適培養温度である微生物が優先化するが、振盪フラスコ培養中に間歇的な通気を行い一時的な溶存CO2濃度の低下をもたらすことで、至適培養温度が低い微生物が優先化することが明らかとなった。これらの微生物種は、本来の至適培養温度下と異なる性質を有することが示唆され、近年、改めて定義された微生物種が含まれていた。
課題②に対して:坂口フラスコと三角フラスコを用いた振盪培養結果から、気相部のCO2を除去することで、従来法と比べてEscherichia coliの増殖が改善することが明らかとなった。また、Saccharomyces cerevisiaeの増殖は改善できなかったが、S. cerevisiaeを用いてフラスコ気相部のCO2濃度やO2濃度が鉛直方向に濃度勾配が形成していることを見出した。
課題③に対して:予めCO2ガスと新鮮空気を混合ガス容器内に充填させ、コンプレッサーの代わりに混合ガス容器をAAFSに接続し、フラスコ気相部に一定速度で通気できる定速制御型と、コンプレッサーの代わりに純CO2ガスボンベをAAFSに接続し、フラスコ気相部への通気口の上流に設けた電磁弁とCDMSSをPID制御で接続した変速フィードバック型を開発した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Effect of intermittent opening of breathable culture plugs and aeration of headspace on the structure of microbial communities in shake-flask culture2018

    • Author(s)
      Takahashi Masato、Aoyagi Hideki
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: in press Issue: 1 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2018.01.009

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Practices of shake-flask culture and advances in monitoring CO2 and O22018

    • Author(s)
      Masato Takahashi, Hideki Aoyagi
    • Journal Title

      Applied Microbiology and Biotechnology

      Volume: in press Issue: 10 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1007/s00253-018-8922-8

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Development of a circulation direct sampling and monitoring system for O2 and CO2 concentrations in the gas-liquid phases of shake flask systems during microbial cell culture2017

    • Author(s)
      Masato Takahashi, Yoshisuke Sawada, Hideki Aoyagi
    • Journal Title

      AMB Express

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 163-163

    • DOI

      10.1186/s13568-017-0464-4

    • NAID

      120007134876

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 振盪フラスコ培養中のフラスコ気相部が培養微生物群集に及ぼす影響の解析2017

    • Author(s)
      高橋 将人、青柳秀紀
    • Organizer
      第69回日本生物工学会 ポスター発表
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 従来の微生物培養法の特性:問題点と解決策の提案2017

    • Author(s)
      青柳秀紀、高橋将人、斎藤涼、長谷川智弘、小林和輝、高野力
    • Organizer
      第69回日本生物工学会 シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 種々のフラスコを用いた振盪培養法の解析2016

    • Author(s)
      高橋 将人
    • Organizer
      日本生物工学会東日本支部 第11回学生発表討論会
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス(東京都・八王子市)
    • Year and Date
      2016-11-04
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Behavior analysis of CO2 and O2 in gas-liquid phases of shake flask during cultivation2016

    • Author(s)
      Masato TAKAHASHI
    • Organizer
      SBJ2016 第68回日本生物工学会
    • Place of Presentation
      ANAクラウンプラザホテル富山(富山県・富山市)
    • Year and Date
      2016-09-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 振盪フラスコ培養中の気相および液相のCO2とO2の挙動解析2016

    • Author(s)
      高橋 将人
    • Organizer
      SBJ2016 日本生物工学会若手会
    • Place of Presentation
      富山国際会議場(富山県・富山市)
    • Year and Date
      2016-09-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] フラスコの気相環境に着目した自動通気振盪フラスコ培養システムの開発と利用2016

    • Author(s)
      高橋 将人
    • Organizer
      日本生物工学会若手会 夏のセミナー
    • Place of Presentation
      ホテルコンチネンタル府中(東京都・府中市)
    • Year and Date
      2016-07-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of novel microbial culture system focused on the headspace of the shake flask2016

    • Author(s)
      Masato TAKAHASHI
    • Organizer
      International Symposium on New Frontiers in Microbiology and Biotechnology
    • Place of Presentation
      筑波大学(茨城県・つくば市)
    • Year and Date
      2016-07-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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