2019 Fiscal Year Annual Research Report
Glass transition of bacterial cells induced by desiccation stress: Investigation of physical properties of bacterial cells for clarifying the mechanism of bacterial stability and inactivation
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18H02148
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小関 成樹 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (70414498)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川井 清司 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 准教授 (00454140)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ガラス転移 / 水分活性 / 耐熱性 / 可塑性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下について検討した。
1.細菌のガラス転移温度(Tg)と水分活性(aw)との関係解明 ガラス転移に伴う力学的性質の変化を簡便に捉えるための方法として，市販のレオメータに温度制御装置を取り付けた昇温レオロジー測定法を 構築し，この測定手法を乾燥状態の細菌に適用することを考案し，昨年度の検討を通じてサルモネラの細菌細胞のガラス転移温度(Tg)も昇温 レオロジー測定によって検出し得ることを確認した。今年度は，試料調製や測定条件等を慎重に検討した上で，サルモネラ以外のクロノバクタ ー属菌等の乾燥に耐性を有する菌種におけるTgと水分活性(aw)の関係の違いを検討した。さらに，ガラス転移温度をパラメータに組み込んだ ，細菌の生残予測モデルを開発した。
2.微生物のガラス転移温度(Tg)制御方法の開発 細菌のTgを可塑剤や硬化剤などによって制御する場合，それらの物質が細菌の細胞膜を透過する必要がある。一般に可塑剤は低分子であるた め，電解質やポリオール溶液に浸すことで，容易に成し得られる。問題は細胞内への硬化剤の導入である。一般にTgの高い成分は分子サイズも 大きく，細胞膜を透過させることはできない。この問題を克服するにあたり，申請者らは低分子同士の複合体形成に着目している。既往の研究 (Macfarlane et al., 2002)により，ある種の電解質(塩化マグネシウム等)とポリオール(グリセロール等)とは乾燥状態において複合体 を形成し，Tgが相乗的に高くなることが知られている。これらの物質はいずれも細胞膜を透過可能な分子サイズであり，細胞毒性も低い。本年 度は細胞内に導入した後，乾燥することで，細胞内部で複合体が形成され，内部のTgを引き上げることが可能かを詳細に検討した。
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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
初年度から検討を続けている各種微生物細胞のガラス転移温度の測定を着実に進めている。これまでに食中毒細菌であるSalmonella enterica を6菌株，Cronobacter sakazakiiを5菌株詳細に検討している。これらの細菌細胞の水分活性とガラス転移温度との関係性を明らかにしつつあり，研究開始当初の仮説である乾燥耐性および耐熱性の獲得と細菌細胞のガラス転移現象との間に，密接な関係があることを見出した。この成果は現在論文としてまとめて，ジャーナルに投稿中である。また，2019年7月には世界最大級の食品安全に関する国際学会であるInternational Association for Food Protection の年次大会にて「Investigation of Relationship between Desiccation Tolerance of Salmonella and Glass transition temperature」のタイトルでポスター発表することができ，世界中の関連研究者らから様々な意見を得ることができ，現在進行中の研究へのヒントとなった。
また共同研究者の川井も，細菌細胞内の水の動きを中性子線観察技術を用いて観測することに成功するなど，これまで得ることができていなかった新たな知見を多数蓄積しており，本研究の最終目標に向けて着実に成果を挙げている。
以上のことから，本研究は概ね順調に進展しているものと不判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
乾燥耐性の高いCronobacter sakazakiiを対象として，各種の水分活性条件下でのガラス転移温度との関係性を明らかにする。さらに，水分活 性の違いと長期間にわたる生存挙動との関係性から，ガラス転移と生存特性との関係性を明らかにする。また乾燥方法の違いがガラス転移温度 ならびに生存特性に及ぼす影響についても検討して，自然界で起こりうる乾燥過程と，食品加工工程で生じうる乾燥過程とで，ガラス転移の発 生様式ならびに生存挙動について明らかにする。 また，食品加工において重要な微生物である乾燥パン酵母の乾燥耐性についても，水分含量，水分活性，ガラス転移の観点から明らかにするこ とを目的とする。
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Research Products
(1 results)
