Development of a rapid culturing method for microorganisms using inert solvent and optical technology
| Project/Area Number |
21H04746
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 41:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小川 雄一 京都大学, 農学研究科, 准教授 (20373285)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 昌彦 東北大学, 農学研究科, 教授 (70218642)
菊池 正二郎 兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (70381960)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥43,160,000 (Direct Cost: ¥33,200,000、Indirect Cost: ¥9,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2021: ¥24,440,000 (Direct Cost: ¥18,800,000、Indirect Cost: ¥5,640,000)
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| Keywords | 微生物 / 迅速培養 / 出芽酵母 / センサ / 代謝生成物 / 不活性溶媒 / 細菌センサ / テラヘルツ波 / ウシ結核菌 / 誘電泳動 |
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| Outline of Research at the Start |
微生物は極めて重要な生物であるが，培養に長い時間がかかるといった根本的な技術課題が残されている。そこで本研究では，不活性溶媒や光照射による微生物の増殖能（分裂速度や最終収量）を向上させる新たな培養技術の確立を目指す。具体的には，生きている微生物の増殖能を高感度かつ定量的に評価する計測系を開発すると共に，代謝物のメタボローム解析や出芽酵母変異株ライブラリ利用により，系統的なメカニズム探索型研究を実施し，食品，環境，エネルギー，医療等へ貢献できる技術を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
各機関での研究を加速するため，京都大学が開発した迅速生菌モニタリングシステムを兵庫医科大学，東北大学で運用できるよう実験系を構築し，大腸菌だけでなく，ウシ型結核菌や酵母等，各機関が得意とする微生物を対象に，並行して実験が行える実験環境を構築した。不活性溶媒として知られるパーフルオロカーボン（PFC）類による細菌や酵母の増殖効果を探索してきたところ，半導体不足によって半導体製造に用いられるPFCの入手が困難となったため，これまで明らかにしてきたPFCによる迅速培養に関するメカニズムを元に，代替案の探索に着手した。その結果，比較的入手が容易な材料による大腸菌の増殖能向上が認められたため，知財化の検討を進めている。一方，京都大学が中心となってサブミリ波照射による生化学反応の非熱効果に関する研究を実施し，水が電場の影響を受けることでアクチン伸長が促進されるという仮説を調べるため，35，100，280，460 GHzによる周波数依存性等の調査をおこなった。100 GHz，280 GHz，460 GHzで伸長促進効果確認されたのに対して，35 GHzでは伸長促進効果が確認されなかった。また，溶媒中の軽水割合が一定以下に減少すると伸長促進効果が減衰したことや，伸長促進効果に周波数依存性が認められたことから，電磁波照射によるアクチン伸長の促進には電場への応答性が高い水の存在が必要であり，効率的な周波数の存在を示唆する結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
不活性溶媒の代替品の検討は，詳細なメカニズム解明後に実施する計画であったが，世界的な半導体不足のあおりを受けて入手が困難となった。しかし，これまでの知見をもとに，材料の探索及びその利用方法の検討を進めたところ，スムーズに同様の効果が期待される利用方法にたどり着いたた結果，計画の前倒しが実現したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回見出したPFC代替品による微生物の増殖能を詳細に調査するため，各機関で担当する微生物を対象とした実験を実施し，情報共有しつつ効率的に研究を行う。これらの成果は論文投稿や学会発表を通じて公開する予定である。一方，照射効果の現れやすい周波数帯が分かってきたため，それらを組み込んだ蛍光顕微鏡で観察可能な照射実験系を使って，より詳細な照射研究を実施する。さらに照射しつつセンサで大腸菌増殖をモニタリングし，微生物に対する照射効果を定量的に評価する実験を行うとともに，本研究の総括をする。
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Report
(3 results)
Research Products
(17 results)
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[Journal Article] 食品研究における放射光のポテンシャル2022
Author(s)
日髙將文、原田昌彦
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Journal Title
KAGAKU TO SEIBUTSU
Volume: 60
Issue: 10
Pages: 499-501
DOI
ISSN
0453-073X, 1883-6852
Year and Date
2022-10-01
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Peer Reviewed
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