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Dynamic Processes of Bacterial Stress Response: Development of Novel Bacterial Identification Method Inspired by Electronics

Research Project

Project/Area Number 19H02196
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

Ishii Hiromu  豊橋技術科学大学, 研究推進アドミニストレーションセンター, 特任教授 (20506175)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 齋藤 光正  産業医科大学, 医学部, 教授 (00315087)
町田 克之  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任教授 (90597676)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
KeywordsBio-MEMS / 細菌 / フォトゲート / レジオネラ属菌 / 反応化学 / 細菌センサ / 蛍光 / ストレス応答 / 細菌叢 / レジオネラ / 細菌同定
Outline of Research at the Start

本研究は、光、化学物質などの環境条件の変化に対する細菌の適応行動(ストレス応答)の動的過程を、光センサとMEMSデバイスを組合せた集積化MEMSセンサによって観測し、細菌動態を生物学的、医学的に解明することと、その知見を基に新しい最近同定法を構築することを目的とする。具体的には、集積化MEMS技術の特徴である多次元化の利用と、細菌のストレス応答に伴う産生物質からの蛍光を観測することにより、細菌の同定を可能とする。これによって、いまだ不明な点が多い感染症発生メカニズムの解明に寄与し感染症予防など医学の進展に貢献する。

Outline of Final Research Achievements

Legionella species, one of the pathogenic bacteria that are endemic to the environment such as biofilms, was used as a model bacterium to elucidate the dynamic process of bacteria. The dynamic process of the stress response of Legionella species to UV light was described by the reaction kinetics as the decrease and increase of intracellular fluorescent substances. We also developed a bacterial sensor system by hybridizing a photogate-type bacterial sensor with a MEMS microfluidic. That is, we developed a compact and portable bacterial sensor system of about 3.5x13 cm2 by mounting a photogate-type bacterial sensor and a MEMS microfluidic in a housing fabricated by a 3D printer. Using this bacterial sensor system, we observed the dynamic process of fluorescence of Legionella bacteria and succeeded in identifying Legionella species.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

バイオフィルムなどの環境に常在する病原細菌の一つであるレジオネラ属菌を細菌の動的過程解明のモデル細菌とし、このレジオネラ属菌の紫外光や化学物質に対するストレス応答の動的過程を細胞内の蛍光物質の減少、増加過程として反応化学的に記述した。さらにフォトゲート型細菌センサチップをMEMS流路とハイブリッド化した小型可搬な細菌センサシステム構築をした。これにより、培養期間を要することなく医療現場や高齢者施設で即時的に病原細菌の検知を可能とし、感染のアウトブレイク前に警告を発する可能性を示すことができる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Detection system for Legionella bacteria using photogate-type optical sensor2022

    • Author(s)
      Honda Yuto、Ichikawa Ryosuke、Choi Yong Joon、Murakami Kensuke、Takahashi Kazuhiro、Noda Toshihiko、Sawada Kazuaki、Ishii Hiromu、Machida Katsuyuki、Ito Hiroyuki、Miyahara Satoshi、Nikaido Yasuhiko、Saito Mitsumasa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Issue: SD Pages: SD1010-SD1010

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac5a25

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sensing <i>Legionella</i> by Photogate-type Fluorescence Sensor2020

    • Author(s)
      S. Tanaka., Y. J. Choi, M. Ishida, K. Sawada, H. Ishii, K. Machida, Y. Nikaido, M. Saito, S. Yoshida
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines

      Volume: 140 Issue: 5 Pages: 103-108

    • DOI

      10.1541/ieejsmas.140.103

    • NAID

      130007839257

    • ISSN
      1341-8939, 1347-5525
    • Year and Date
      2020-05-01
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bacterial Identification by Using Photogate-Type Optical Sensor2019

    • Author(s)
      Ishii Hiromu、Tanaka Sawako、Ishida Makoto、Sawada Kazuaki、Machida Katsuyuki、Nikaido Yasuhiko、Saito Mitsumasa、Yoshida Shinichi
    • Journal Title

      ECS Transactions

      Volume: 92 Issue: 4 Pages: 155-162

    • DOI

      10.1149/09204.0155ecst

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フォトゲート型蛍光センサによるレジオネラ属菌検知システムの検討2021

    • Author(s)
      本田 優斗,崔 容俊,村上 健介,野田 俊彦,高橋 一浩,澤田 和明,石井 仁, 町田 克之,伊藤 浩之,二階堂 靖彦,齋藤 光正
    • Organizer
      第13回 集積化MEMSシンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Detection system of bacteria, Legionella by photogate type optical sensor2021

    • Author(s)
      Y. Honda, Y. Choi, K. Murakami, T. Noda, K. Takahashi, K. Sawada, H. Ishii, K. Machida, H. Ito, Y. Nikaido, M. Saito
    • Organizer
      34th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レジオネラ菌の識別に向けたフォトゲート型蛍光センサによる計測システムの検討2021

    • Author(s)
      本田優斗,田中佐和子,崔容俊,村上健介, 野田俊彦,高橋一浩,澤田和明,石井仁,町田克之,伊藤浩之, 二階堂靖彦,齋藤光正
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] フォトゲート型蛍光センサによるレジオネラ属菌の識別方法の検討2020

    • Author(s)
      本田優斗,田中佐和子,崔容俊,澤田和明,野田俊彦,高橋一浩,石井仁,町田克之,二階堂靖彦,齋藤光正,吉田眞一
    • Organizer
      電気学会E部門総合研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] レジオネラ属菌の識別に向けたフォトゲート型蛍光センサによる計測手法の検討 ---- Legionella erythra の蛍光計測への応用----2020

    • Author(s)
      本田優斗,田中佐和子,崔容俊,野田俊彦,高橋一浩,澤田和明,石井仁,町田克之,伊藤浩之, 二階堂靖彦,齋藤光正,吉田眞一
    • Organizer
      集積化MEMSシンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Bacterial identification by using photogate-type optical sensor2019

    • Author(s)
      H. Ishii, S. Tanaka, M. Ishida, K. Sawada, K. Machida, Y. Nikaido, M. Saito, S. Yoshida
    • Organizer
      136th The Electrochemical Society Meeting, Atlanta, USA.
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Identification of Legionella Species by Photogate-Type Optical Sensor2019

    • Author(s)
      S. Tanaka, Y. J. Choi, T. Noda, M. Ishida, K. Sawada, H. Ishii, K.Machida, Y. Nikaido, M. Saito S. Yoshida
    • Organizer
      IEEE Sensors, Montreal Canada
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レジオネラ属菌の蛍光強度の励起光強度依存性 II2019

    • Author(s)
      田中佐和子, 崔容俊, 石田誠, 澤田和明, 石井仁, 町田克之, 二階堂靖彦, 齋藤光正, 吉田 眞一
    • Organizer
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] フォトゲート型光センサを用いたレジオネラ属菌のセンシング2019

    • Author(s)
      田中佐和子, 崔容俊, 石田誠, 澤田和明, 石井仁, 町田克之, 二階堂靖彦, 齋藤光正, 吉田 眞一
    • Organizer
      バイオ・マイクロシステム研究会, 令和元年度E部門総合研究会,電気学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] フォトゲート型蛍光センサによるレジオネラ属菌の菌種識別2019

    • Author(s)
      田中佐和子, 崔容俊, 石田誠, 澤田和明, 石井仁, 町田克之, 二階堂靖彦, 齋藤光正, 吉田眞一
    • Organizer
      第11回集積化MEMSシンポジウム, 応用物理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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