微生物を含むリキッドマーブルを気相中マイクロリアクターとする生体ファイバーの合成

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04830
• Research Institution: Nara National College of Technology
• Principal Investigator: 直江 一光 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (00259912)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 正直 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (80193655) ; 澤井 淳 神奈川工科大学, 応用バイオ科学部, 教授 (80288216)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: リキッドマーブル / バクテリアナノファイバー / マイクロリアクター

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、微小なリキッドマーブル集合体を好気性微生物用のマイクロリアクターとして利用した新規のバクテリアナノファイバー生産システムの構築を目指している。そこで、2019年度は以下の項目について研究を実施した。
1) 前年度において明らかにしたリキッドマーブル(LM)の調製条件を元に、バクテリアファイバー(BF)産生菌培養の前段階として、モデル好気性細菌(枯草菌)の培養について検討した。まず、枯草菌を含む培養液をコア液として封入したLMについて、環境湿度を高めた条件で24時間インキュベートしたところ、コア液内の菌体数は大きく増加した。この結果はLM界面において酸素透過が十分に行われていることを示唆している。さらに、試験管による培養との比較を行ったところ、LMによる培養は、酸素が十分に供給される条件の試験管よりも菌体の増殖数が多く、本系が好気性微生物の培養媒体として優れていることを明らかにした。
2) 前年度に選定したBF産生菌である酢酸菌のうち、２種の由来菌株について培養条件の検討を行った。なお、培養は試験管を用いて行った。まず、各培養時間におけるBF産生量を調べたところ、由来によって産生重量および産生速度に違いが見られた。また、培地条件として、グルコース濃度およびpHの影響について調べ、BF産生にとって最適なグルコース濃度およびpH条件を見出した。また、生成されたファイバー膜を電子顕微鏡で観察したところ、セルロース繊維を確認した。
3) 実際に酢酸菌を用いてLM系において培養を行い、BFの産生を行ったところ、２日間という短期間で、ほぼLMの形状のBF塊を得ることに成功した。
4) リキッドマーブルロータリー培養システムの構築を行った。リキッドマーブル培養用のシャーレと三次元シェイカーを組み合わせ、それらを定温インキュベーターに設置することにより構築した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2019年度では、上述の概要に示すように、成果として1) バクテリアファイバー(BF)産生菌培養の前段階として、モデル好気性細菌(枯草菌)の培養について検討し、リキッドマーブル(LM)系において枯草菌が大きく増殖することを見出し、LM界面において酸素透過が十分に行われていることを示した。さらに、試験管による培養との比較を行ったところ、LMによる培養は、酸素が十分に供給される条件の試験管よりも菌体の増殖数が多く、本系が好気性微生物の培養媒体として優れていることを明らかにした。2) ２種の異なる由来の酢酸菌について試験管による培養条件の検討を行い、由来によって産生重量および産生速度に違いが見られることを明らかにするとともに、BF産生にとって最適なグルコース濃度およびpH条件を見出した。また、電子顕微鏡観察によりセルロース繊維を確認した。3) 実際に酢酸菌を用いてLM系において培養を行い、２日間という短期間で、ほぼLMの形状のBF塊を得ることに成功した。4) リキッドマーブルロータリー培養システムの構築を行った。このようにほぼ当初計画通りの成果が得られており、おおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

前年度に引き続き、微小なリキッドマーブル(LM)集合体を好気性微生物用のマイクロリアクターとして利用した新規のバクテリアナノファイバー生産システムの構築を目指す。
具体的には、(1) 前年度に引き続きバクテリアナノファイバーを産生するモデル好気性微生物として着目した酢酸菌について、その培養条件、バクテリアナノファイバー産生条件の探索を行う。(2) 前年度に構築したロータリー培養システムを用いてリキッドマーブル系におけるバクテリアナノファイバー産生条件の探索を行う。(3) リキッドマーブル系からの産生バクテリアナノファイバーの回収操作条件について検討する。これらの知見を基に、新規バクテリアナノファイバー生産システムの構築を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Preparation of Biocompatible Liquid Marbles Stabilized by Food-Grade Stearate Microparticle for Aerobic Bacteria Cultivation (2020)
  • Author(s): Tanaka Shoma、Okano Hiroaki、Matsuda Nobuyuki、Sawai Jun、Naoe Kazumitsu、Imai Masanao
  • Journal Title: Applied Biochemistry and Biotechnology Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1007/s12010-020-03299-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Preparation of Liquid Marbles Stabilized by Stearate Microparticles for Bioencapsulation (2019)
  • Author(s): Tanaka, S., Matsuda, N., Okano, H., Naoe, K., and Imai, M.
  • Organizer: 14th Asian Conference of Biotechnology, P2-121
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Properties of liquid marbles stabilized by stearate microparticles for microreactors (2019)
  • Author(s): Tanaka, S., Matsuda, N., Okano, H., Naoe, K., and Imai, M.
  • Organizer: 5th European Congress of Applied Biotechnology, P28
  • Int'l Joint Research