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 |
Completed (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 / ウシ結核菌 / 誘電泳動 / センサ / フッ素系溶媒 / 出芽酵母 / 代謝生成物 / 不活性溶媒 / 細菌センサ / テラヘルツ波 |
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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 |
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た。周波数依存性について調査した結果，同程度の平均パワーの照射では，tanδが大きい方が，核形成期を加速し，伸長効果が大きくなる傾向が確認された。並行してフッ素系不活性溶媒 (Fluorocarbon; FC)が微生物増殖に与える影響を調査した。数種類のフッ素系溶媒と細菌株を使用して、液体培養条件におけるフッ素系溶媒の作用を細菌増殖性の違いからCMOSセンサと従来の濁度測定法により定量評価した。大腸菌液体培養において、フッ素系溶媒は従来知られていた酸素リザーバー機能だけでなく、二酸化炭素などの吸着による培養環境の維持メカニズムがあることをガスクロマトグラフ法で証明した。さらにこの作用は特定の固体材料でも認められたことから，特許出願を行った。難培養菌であるウシ型結核菌培養では，培養条件の最適化に加えて，12種類の抗結核薬に対する感受性（耐性）を迅速診断できる基盤技術を開発した。医学的には，多剤耐性結核菌の薬剤感受性検査に要する時間を現在の6～8週間から16時間以内へ劇的に短縮できる可能性を見出した。
さらに，FC による増殖促進には細胞飽和密度を高める特徴があり，細胞飽和密度の決定には「鉄」が重要な役割を果たすことが知られている。このことは，FC が菌体への鉄の取り込みや鉄が関わる代謝を変化させて増殖促進する可能性を示唆していることから，FC 添加時の大腸菌への鉄取り込み量の測定や鉄が関わる代謝経路の解析を行った。結果，鉄存在時に発現量の変化が報告されている遺伝子の発現変化が観察された。これは、FC添加により大腸菌の鉄が関わる代謝が変化したことを示唆しているとの結論を得た。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(40 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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[Presentation] フッ素系不活性溶媒添加による微生物・細胞増殖促進メカニズム解析2023
Author(s)
井澤克秋, 細木亮輔, 山重貴久, 川田晃士, 日髙將文, 尾間由佳子, 菊池正二郎, 小川雄一, 瀬戸山寛之, 廣沢一郎,原田昌彦
Organizer
日本農芸化学会 東北支部第158回大会
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