2017 Fiscal Year Annual Research Report
Micro-Patterning of Agar Surface for Cultivation Control of Microbes
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15K14703
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中村 振一郎 国立研究開発法人理化学研究所, イノベーション推進センター, 特別招聘研究員 (10393480)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
礒島 隆史 国立研究開発法人理化学研究所, その他, 研究員 (40271522)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 微生物の増殖制御 / 寒天培地表面への微細構造構築 / コロニー形成の異方性 / フォトリソグラフィ / 条線構造 / 二次元周期構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、これまでに枯草菌や納豆菌などの微生物の培養において、寒天培地上の微細な表面構造によりコロニーの増殖が顕著に抑制あるいは促進される場合があることを明らかにした。深さ数um、線幅5-20umの条線構造の寒天培地では条線の向きに沿って長い異方性を示すコロニーになること。サンドペーパーの表面構造を転写した寒天培地では、目の粗さによってコロニー拡大速度に顕著な差が生じ表面微細構造のサイズ依存性を示唆する結果を得ている。
第3年度は高さ2.7umの四角柱を規則的に配列させた市松模様型の二次元周期構造を用いた実験を行なった。フォトリソグラフィにより作製した原型をシリコーン型を介して転写した寒天培地上に枯草菌のコロニーを形成させて観察したところ、四角柱の一辺が5-14umの凹凸表面ではコロニーが二次元方向の異方性を示し、20um～ではコロニーはやや縮小気味になるものの異方性は不明瞭になった。
このようなコロニーの異方性や増殖速度への影響は、菌体の長軸方向に分裂する枯草菌では培地表面の凹凸の壁部分が細胞分裂の抑制要因となって増殖方向が規制されることによると考えられる。条線構造では増殖方向が条線の向きに揃いやすいことが、顕微鏡での観察結果によっても裏付けられている。市松模様型では凹部分同士は繋がっていないため、凹部分の中の菌の増殖が抑制されるとともに、「溢れた」菌が狭い壁を乗り越えて対角方向の凹部に到達して増殖することによって、特異なコロニー形状を示すと考えられる。
このように、寒天培地上の微細表面構造により微生物の増殖を制御するコンセプトの可能性は実証できた。しかし、制御性の範囲やメカニズムの解明など今後の課題も多い。より複雑なパターンやより深い表面構造など作製技術上の制約を克服しつつこれらの課題に取り組み、抗菌表面という構造を設計する指針を策定し、応用にも繋げていきたい。
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