Detection of foodborne pathogens using volatile microbial compounds as indicators

• Project/Area Number: 22K02164
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 08030:Family and consumer sciences, and culture and living-related
• Research Institution: Fukuoka Women's University
• Principal Investigator: 小林 弘司 福岡女子大学, 国際文理学部, 准教授 (00610255)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 洋哉 福岡女子大学, 国際文理学部, 教授 (00325490)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 食中毒細菌 / MVCs / 固相マイクロ抽出法 / 微生物由来揮発性化合物 / 簡易迅速検査

Outline of Research at the Start

本研究は細菌が出す「におい」に着目し、食中毒細菌の検出や制御への応用を検討する。「におい」は高速GCを基盤とした電子嗅覚システムにより解析し，細菌の「においの指紋」としてデータベース化して食中毒細菌のスクリーニング検査に応用する。また、ある細菌の「におい」は、他の細菌の増殖を阻害する可能性があることが報告されている。このため、本研究でも特定の匂い成分が食中毒細菌の増殖を阻害するかどうかについての検討も行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，細菌の匂い (揮発性化合物, MVCs) を食品衛生細菌のスクリーニング検査法に応用することを目的としている。本法は、匂い（気体）を測定対象とすることで、培養液（液体）では適応できなかった種々の濃縮法を適応することが可能であるため、簡易迅速かつ自動化可能なスクリーニング法になると期待している。
本研究室が保有する12属32菌株（一般細菌、腸内細菌科菌群、大腸菌群、E. Coliを含む）について，30°Cまたは37°Cで培養して定常期の培養上清を調製した。培養上清のMVCsは、吸着温度37°Cまたは50°Cで固相マイクロ抽出法により捕集後，超高速GCに供し，得られたクロマトグラムの主成分分析を行い菌属間のMVCsを解析した。さらに、病原大腸菌O157については培養および吸着温度別にクロマトグラムを比較した。
主成分分析の結果，培養温度30°Cー吸着温度37°Cにすると大腸菌群の中でもMorganella属、Cronobacter属が他の細菌と区別しやすくなることが明らかとなった。このため、ヒスタミン生成菌の存在の有無や粉乳の細菌検査に適応できることが示唆された。一方で，培養温度37°Cー吸着温度50°Cにすると大腸菌群内で大腸菌だけを判別することができた。さらに、種々の大腸菌株を培養温度30°Cー吸着温度37°Cで測定した結果、病原性のある大腸菌とない大腸菌を判別することができた。今後は、主成分分析の配置に影響を与えたピーク成分の同定を行っていく予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画当初は、単一の培養温度および吸着温度での測定を計画していたが、主成分分析による属の判別が難しい状況であった。しかし、培養温度、吸着温度を変えたことで様々な属の判別が可能になった。また、培養温度、吸着温度を変えることで目的に応じた検出ができることが示唆されたことは重要である。

Strategy for Future Research Activity

それぞれの属の細菌において，i) どんな成分が，ii) いつ増加してくるか，iii) 生菌数としてどれくらい存在すれば特徴的な MVCsファインガープリントを示すのか，などについての解析が重要となる。このため，今後は培養後の培養液の解析ではなく，培養しながらSPME ファイバーにMVCsを吸着させて，培養時間，成分，量，菌数との関連性を明らかにする予定である。これらの情報は，検出の高感度化，特異性向上のための重要な情報になると考える。さらに，培養に用いる菌体には，健常な菌体だけでなく，損傷菌体も用いることにより，様々な生理状態の細菌のMVCs生産に関する情報が得ることができる。
また、食品群ごとの「においフィンガープリント」のデータベース化を進める。検出対象食品としては，消費量の増加とともに食中毒事例も多く報告されているカット野菜を第一の検討食品とし，その後、より複雑な成分である加工食品や生肉について検討を行なっていく。検出の対象とする細菌は，カット野菜食中毒の原因菌として同定されたことがあるサルモネラ属菌および病原大腸菌，さらに欧州においてブランチング処理された冷凍野菜を原因とする食中毒事件の原因として問題になっているリステリア・モノサイトゲネスを用いる。