2017 Fiscal Year Annual Research Report
Electronics Inspired Bacterial Ethology
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15H03992
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
石井 仁 豊橋技術科学大学, リーディング大学院教育推進機構, 特任教授 (20506175)
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| 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, 大学院総合理工学研究科, 連携教授 (90597676)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | MEMS / レジオネラ / 蛍光 / フォトゲート / ストレス応答 / 細菌 / 生物化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度にはレジオネラ属菌の一つであるレジオネラ・デュモフィをMEMS流路チップに閉じ込め、さらに作製したフォトゲート型光センサと組み合わせて、紫外線照射によって発する青色蛍光の減衰過程の観測に成功し、細菌センサプロトタイプ構築に成功した。
平成29年度は、前年度に計画した通りに細菌センサでのレジオネラ属菌識別に向けて定量的なパラメータ取得を目指した検討を進めた。これまでに取得したレジオネラ・ニューモフィラとレジオネラ・デュモフィの紫外線照射後のストレス応答として観測される蛍光強度の時間依存性を生物化学的な反応の観点から解析を行った。
その結果、レジオネラ・ニューモフィラの青色蛍光強度の時間依存性は、細胞内の始原物質から、紫外光照射によって蛍光物質が産生され、やがて非蛍光物質へ変化する二段の素反応と考えられること、またそれぞれの素反応の速度定数をカーブフィッティングによって求められることを示した。
さらにレジオネラ・デュモフィからの青色蛍光の減衰過程は、紫外光照射によるレジオネラ・デュモフィが細胞内に持つレジオルリンの光分解過程として説明でき、その光反応の反応速度定数を求められることも示した。
これら一連の生物化学的解析から得られた反応速度定数を定量パラメータとすれば種々のレジオネラ属菌を開発した細菌センサで識別し得ることが分かった。さらにレジオネラ属菌の微弱蛍光を明瞭に取得するために、フォトゲートのゲート材料を透明電極構造とする新規構造を考案しプロセス設計を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
レジオネラ属菌が示す光ストレス応答の一つである蛍光について、計画通りにその強度の時間依存性から生物化学的反応解析へと進めた。その結果、レジオネラ・ニューモフィラ、レジオネラ・デュモフィの紫外線照射に対する応答を二段の逐次反応あるいは光分解反応と解釈し得ることを明らかにした。以上の様にMEMSの造る微細空間へのレジオネラ属菌の閉じ込めと光化学的刺激に対する応答を反応化学的に説明可能なことを示し、さらに得られた各反応速度定数を細菌識別の定量的パラメータとし得ることも明らかとした。
加えて微弱蛍光取得のための新規構造フォトゲートセンサ構築に向けたプロセス設計も行った。
エレクトロニクスによって発見した細菌のストレス応答を反応化学的に記述し、ストレス応答の物質的描像を明らかにし得たことは目標通りの進展であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度の検討でプロセス設計を行った新規構造フォトゲート型センサの試作を進め、微弱蛍光取得に対する効果の検証を行う。
さらに、青色蛍光を発するレジオネラ・ニューモフィラ、レジオネラ・デュモフィのこれまでの蛍光特性解析に加えて、別の波長の蛍光を発するレジオネラ属菌の蛍光特性を取得し、これについても反応化学的解析を行って、定量パラメータを明らかにする。これによって、種々のレジオネラ属菌のストレス応答の物質的描像をより明確化し、さらに得られた定量パラメータを用いて細菌センサでのレジオネラ属菌の識別への道を拓く予定である。
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