Development and application of innovative monitoring technologies of microorganisms: Challenge to eradication of waterborne infectious diseases in Asia

• Project/Area Number: 20KK0090
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 佐藤 久 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80326636)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齋藤 伸吾 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60343018) ; 山村 寛 中央大学, 理工学部, 教授 (40515334) ; 丁 青 中央大学, 理工学部, 助教 (70837476) ; 中屋 佑紀 北海道大学, 工学研究院, 助教 (60868735)
• Project Period (FY): 2020-10-27 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000); Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 酵素活性 / 薬剤耐性菌 / 簡易測定 / 水系感染症 / 微生物モニタリング技術 / 飲料水

Outline of Research at the Start

革新的な3種の微生物モニタリング技術を開発する。これらを使ってスリランカとインドネシアの家庭で一般市民が飲料水中の微生物量を測定できる社会を実現する。日本の使用済み逆浸透膜を再利用し飲料水水質を向上する。これら研究を海外で行うことで、海外の共同研究者と強固な研究ネットワークを構築する。国内外の若手研究者と大学院生が現場で作業を共有し研究ネットワークを持続可能なものとする。

Outline of Annual Research Achievements

MPR用培地で河川水を培養した．培養開始から約7時間までは蛍光強度が直線的に増大した．安春川と茨戸耕北川の開始地点（Y1，BK1）で採取したサンプルのGUS活性は0から2 a.u./hであった．同じ日に採水した各河川の4地点目における大腸菌数は1500 MPN/Lから6000 MPN/Lであった．GUS活性と大腸菌数には正の相関があった．この結果から，MPRで河川サンプル中のGUS活性を5時間程度測定することで，大腸菌の再増殖に対する塩素消毒の効果を評価できることがわかった．
創成川水再生プラザの直上流で採取したサンプルのGUS活性は0から1.5 a.u./h，大腸菌数は50 MPN/Lから10^3 MPN/Lであった．同じ日に採水した創成川水再生プラザの直下流におけるGUS活性は1から6 a.u./h，大腸菌数は10^4から10^5 MPN/Lで，上流よりも2桁程度高かった．豊平川水再生プラザの直上流で採水したサンプルのGUS活性は0から0.5 a.u./h，大腸菌数は10^3から10^5　MPN/Lであった．同じ日に採水した豊平川水再生プラザの直下流におけるGUS活性は1.5から6.0 a.u./h，大腸菌数は10^4から10^5 MPN/Lであった． 2つの水再生プラザの直上流では，大腸菌数が50 MPN/Lから10^5 MPN/Lまで変動したがGUS活性は0.5 a.u./h以下であった．一方，2つの水再生プラザの直下流では，大腸菌数が10^4 MPN/Lから10^5 MPN/Lまで変動し，直上流よりも著しく高かったわけではないにも関わらず，全てのサンプルでGUS活性は1.0 a.u./h以上であった．この結果からMPRで河川サンプル中のGUS活性を5時間程度測定することで，大腸菌数を測定するのみでは分からない，ふん便汚染源の特定ができることが分かった．

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Ruhuna(スリランカ)
• [Int'l Joint Research] Institut Teknologi Bandung(インドネシア)
• [Int'l Joint Research] University of Ruhuna(スリランカ)
• [Int'l Joint Research] Institut Teknologi Bandung(インドネシア)
• [Journal Article] A simple and rapid method for detecting fecal pollution in urban rivers by measuring the intrinsic β-D-glucuronidase activity of Escherichia coli (2023)
  • Author(s): Shayan Mohomed N.M.、Tanaka Yuna、Hirano Reiko、Nakaya Yuki、Satoh Hisashi
  • Journal Title: Water Research Volume: 246 Pages: 120689-120689
  • DOI: 10.1016/j.watres.2023.120689
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Separate determination of arsenite and arsenate in groundwater samples by simple analytical methods (2022)
  • Author(s): Matsunaga Koji、Nakaya Yuki、Satoh Hisashi
  • Journal Title: Water Supply Volume: 22 Issue: 10 Pages: 7635-7642
  • DOI: 10.2166/ws.2022.331
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Highly sensitive and homogeneous detection of unamplified RNA based on the light scattering properties of gold nanoparticle probes (2022)
  • Author(s): Satoh Hisashi、Nakajima Meri、Hirano Reiko、Nakaya Yuki
  • Journal Title: Biosensors and Bioelectronics: X Volume: 12 Pages: 100249-100249
  • DOI: 10.1016/j.biosx.2022.100249
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Screening Antibiotic-Resistant <i>Escherichia coli</i> in Wastewater and River Water Using a Novel Simple Phenotypic Antibiotic-Susceptibility Testing Method (2022)
  • Author(s): Satoh Hisashi、Nagahashi Natsumi、Kikuchi Kai、Hirano Reiko
  • Journal Title: ACS ES&T Water Volume: 2 Issue: 8 Pages: 1301-1308
  • DOI: 10.1021/acsestwater.1c00359
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of the simple analytical method for determination of arsenate(V) ion using fluorescence-labeled DNA and cerium oxide nanoparticles (2022)
  • Author(s): Koji Matsunaga, Hisashi Satoh, Reiko Hirano
  • Journal Title: Water Supply Volume: 148 Issue: 5 Pages: 1-11
  • DOI: 10.2166/ws.2022.148
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simple enumeration of Escherichia coli concentrations in river water samples by measuring β-d-glucuronidase activities in a microplate reader (2021)
  • Author(s): Satoh Hisashi、Katayose Yutaka、Hirano Reiko
  • Journal Title: Water Science and Technology Volume: 83 Issue: 6 Pages: 1399-1406
  • DOI: 10.2166/wst.2021.072
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simple assay for colorimetric quantification of unamplified bacterial 16S rRNA in activated sludge using gold nanoprobes (2021)
  • Author(s): Nakajima Meri、Hirano Reiko、Okabe Satoshi、Satoh Hisashi
  • Journal Title: Chemosphere Volume: 263 Pages: 128331-128331
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.128331
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a Paper-based Analytical Chip for the Detection of Bacterial 16S rRNA in Wastewater Samples (2020)
  • Author(s): NAKAJIMA Meri、ISHIDA Akihiko、TOKESHI Manabu、SATOH Hisashi
  • Journal Title: BUNSEKI KAGAKU Volume: 69 Issue: 12 Pages: 715-722
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.69.715
  • NAID: 130008021457
  • ISSN: 0525-1931
  • Year and Date: 2020-12-05
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A simple method for detecting fecal pollution in rivers by measuring β-D-glucuronidase activity (2023)
  • Author(s): Hisashi Satoh, Yuna Tanaka, Mohomed N. M. Shayan, Reiko Hirano, Yuki Nakaya
  • Organizer: 2023 Conference on Water & Wastewater Management, with special focus on Developing Countries
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bacterial community structures and their regrowth in the urban rivers to which chlorinated reclaimed water is discharged from municipal wastewater treatment plants, 2023 Conference on Water & Wastewater Management (2023)
  • Author(s): Mohomed Shayan, Yuki Nakaya, Hisashi Satoh
  • Organizer: 2023 Conference on Water & Wastewater Management, with special focus on Developing Countries
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prevalence of Antibiotic Resistant Genes (ARG) in Urban Rivers (2022)
  • Author(s): Mohomed Niyaz Mohomed Shayan, Takeshiro Onodera, Ryuta Miyajima, Yuya Akazawa, Hisashi Satoh
  • Organizer: International conference on water convention of the Singapore International Water Week (SIWW, 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規簡易微生物検出法による水道原水モニタリングの検討 (2022)
  • Author(s): 深田翔介，佐藤 久，平野麗子
  • Organizer: 第56回日本水環境学会年会
• [Presentation] 金ナノ粒子プローブを用いた環境中の病原体の検出 (2022)
  • Author(s): 中島芽梨，平野麗子，中屋佑紀，佐藤 久
  • Organizer: 第56回日本水環境学会年会
• [Presentation] 光導波路分光装置を用いた高感度簡易核酸モニタリング法の開発 (2021)
  • Author(s): 中島芽梨・中屋佑紀・佐藤久・平野麗子・高橋浩三
  • Organizer: 第 58 回環境工学研究フォーラム
• [Presentation] Development of a simple analytical method for determination of arsenate using FAM-labeled DNA and cerium oxide nanoparticles (2021)
  • Author(s): Koji Matsunaga, Hisashi Satoh
  • Organizer: Pacifichem 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of the simple analytical method for determination of Arsenate(V) using fluorescein-labeled DNA and cerium oxide nanoparticles (2021)
  • Author(s): Koji Matsunaga, Hisashi Satoh
  • Organizer: International Conference on the challenges in Environmental Science and Engineering (CESE 2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Simple assay for spectroscopic quantification of 16S rRNA of ammonia oxidizing bacteria using DNA-modified gold nanoparticles (2021)
  • Author(s): Meri Nakajima, Hisashi Satoh
  • Organizer: International Conference on the challenges in Environmental Science and Engineering (CESE 2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Legionella pneumophila と特異的に結合する新規DNAアプタマーの探索 (2021)
  • Author(s): 松永 光司、齋藤 慎吾、平野 麗子、佐藤 久
  • Organizer: 第55回日本水環境学会年会
• [Presentation] 光導波路分光装置を用いた下水処理プロセスの微生物モニタリング (2021)
  • Author(s): 中島芽梨、平野麗子、高橋浩三、佐藤久
  • Organizer: 第55回日本水環境学会年会
• [Presentation] 新規簡易大腸菌分析技術を用いた都市河川の糞便汚染源の解明 (2021)
  • Author(s): 宮島龍太、赤澤優弥、小野寺岳史郎、佐藤久
  • Organizer: 第55回日本水環境学会年会
• [Presentation] 都市河川における病原遺伝子および薬剤耐性遺伝子の分布 (2021)
  • Author(s): 小野寺岳史郎、岩﨑隼、平野麗子、佐藤久
  • Organizer: 第55回日本水環境学会年会
• [Remarks] 佐藤久研究グループWebsite
  • URL: https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/aqua/contents/HisashiSatoh/index-HisashiSatoh.html
• [Remarks] 北大 佐藤久研究グループ
  • URL: https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/aqua/contents/HisashiSatoh/index-HisashiSatoh.html