2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of biosensor system for fish physiological state by using bidirectional communication technology
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17H03871
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
遠藤 英明 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (50242326)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオセンサ / 魚類 / 生理 / モニタリング / 通信 / ストレス / バイオセンシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，双方向通信技術を用いて，遊泳している魚の生理状態を目視により簡単に判別でき，さらに指標物質となる各種パラメーターを定量的にリアルタイムモニタリングできる新しいバイオセンシングシステムを創出することである．今年度は，魚類の生理状態を把握するための各種バイオセンサシステム（ストレスの一次応答測定，魚病診断）の製作および双方向通信回路の基本設計を行った．
まず，ストレスの一次応答を測定するために新しいコルチゾル測定用バイオセンサの作製を行った．本研究では，将来的にバイオセンサを魚体内に留置することを計画しているため，生体にやさしいセンサシステムの開発を試みた．我々がこれまでに開発したコルチゾル測定用センサは，電子メディエーターにフェリシアン化カリウムを用いていたため，生体への毒性が懸念されていた．そこで，センサの測定系に抗-コルチゾル抗体と共に酵素（グルコースオキシダーゼ）を用いることにより，新しい免疫バイオセンサシステムを構築した．次に，コルチゾルの連続測定を可能にするために，バイオセンサが迅速交換可能なチェンジャーシステムと微小バイオセンサを設計・製作し，これらをフローシステムに組み込むことにより，コルチゾルの迅速・簡便な測定法を確立した．さらに，魚病診断のためのバイオセンサとして，エドワジェラ・イクタルリ（E. ictaluri）を検出するためのシステムの開発を試みた．本研究では，抗-E. ictaluri抗体を固定化した免疫磁性ビーズを用いて菌体を特異的かつ効率的に濃縮し，それをPCR法の測定試料とすることにより，従来よりもE. ictaluriを高感度に検出できるシステムを構築した．
一方，双方向通信については，次年度の計画に対応した電子回路の設計を行い，試作機を製作した．
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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
コルチゾル測定用バイオセンサについては，酵素反応と免疫反応を組み合わせた全く新しいバイオセンサを構築することにより，コルチゾル濃度1.0～200 ng/mlの定量が可能であった．この値は， 従来のイムノセンサの測定最大限界値の約20倍の値を示した．次に，本センサの特異性を検討したところ，上記の他種ホルモンには応答しないことが確認され，コルチゾルの特異的検出が可能であることがわかった．また，魚病診断については，考案したシステムを用いてE. ictaluriの検出を試みたところ，1ml当たり100 cfuまでの菌体溶液で検出が可能であり，従来のPCR法と比較して約100倍の検出感度を実現することができた．一方，試作した双方向通信回路の作動については，次年度の研究計画に十分対応できることが確認できた．
さらに，これら研究成果の一部を2017年9月に東京都で開催された日本水産学会創立85周年記念国際シンポジウム，International Symposium “Fisheries Science for Future Generations”において発表したところ，Best Student Presentation Awardsを受賞することができた．[発表題目：Development of a immunosensor system using enzyme reaction for detecting oocyte maturation-inducing hormone in fish (Y. Saito, H. Wu, H. Ohnuki, H. Endo)]
以上の理由から，本研究の進捗状況は計画通り順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は前年度に引き続き，コルチゾル測定用バイオセンサのフローシステムの更なる改良，ストレス応答測定のための双方向通信システムの試作機の魚体への装着を遂行する．また，魚の排卵時期を予測するためのバイオセンサについても併せて開発を試みる．まず，コルチゾルセンサについては，電極部分をさらに微小化し，コルチゾルの連続測定が可能なフロー式バイオセンサシステムを製作する．すなわち，自己組織化単分子膜を利用して抗-コルチゾル抗体及びGOxを微小金電極に固定化することにより，前年度よりもより微小なバイオセンサを作製し，これにマイクロポンプ，試料用チューブ流路を組み合わせることにより，微小フローシステムを製作する．次に，双方向通信システムについては，前年度の試作機を供試魚（ナイルティラピア）に装着し，魚を遊泳させた状態で双方向電波通信によりセンサの校正を行いながら，同時にストレス応答のモニタリングを試みる．さらに，排卵時期の予測については，魚類が排卵前に17α,20β-dihydroxy-4-pregnen3-one（DHP）を急激に分泌することに着目し，これを指標とした生体にやさしいDHP測定用バイオセンサの製作を行う．
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Research Products
(14 results)
