2020 Fiscal Year Research-status Report

ボロン酸修飾高分子による細菌の簡易迅速識別・分離法の開発

Research Project

Project/Area Number	18K14255
Research Institution	Waseda University
Principal Investigator	土戸優志早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (40737219)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	分子認識 / 細菌 / ボロン酸 / 糖 / Molecular Recognition / Bacteria / Boronic Acid / Saccharide
Outline of Annual Research Achievements	ボロン酸分子のみをポリアミドアミンデンドリマーに修飾した分子を、細菌を含む溶液と混合して濁度法で評価する方法では、細菌の検出感度は分光機器装置の性能に大きく依存するため、細菌検出感度の向上には限界があることが昨年度までの研究結果で明らかとなった。そこで、細菌検出試薬であるボロン酸修飾デンドリマーについて分子設計を変更することによって、その検出感度の向上を試みることにした。本年度は、種々のボロン酸型蛍光分子を設計してその機能評価を進めた。（１）蛍光団を有するボロン酸分子の開発：ボロン酸型両親媒性蛍光分子を設計した。細菌との応答能を見る前段階として、各種単糖との応答性について評価を行った。アニオン性の両親媒性分子としてSDS、カチオン性の両親媒性分子としてCTABを補助界面活性剤として用いて、単糖との応答性について評価した。その結果、カチオン性のCTABを補助界面活性剤として用いたときは、ボロン酸型両親媒性蛍光分子が単糖と結合するpKaが減少して中性付近で単糖と結合するが、アニオン性のSDSでは塩基性条件でのみ単糖と結合することが明らかとなった。（２）ボロン酸プローブのスペーサー長の違いが分子認識に与える影響についての検討：ボロン酸分子と蛍光分子とのスペーサーであるアルキル鎖の長さを変えた分子を設計した。ボロン酸型蛍光分子とそれを包接するシクロデキストリン、単糖を用いた系でその機能評価を行った結果、分子の疎水性や剛直性が糖の選択性に大きな影響を与えていることがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本年度は、細菌検出感度の向上を目的として、ボロン酸型蛍光プローブの分子設計について種々の検討を行った。研究実績の概要に記した2点の検討項目については、投稿論文としてまとめて、既に公表済である。これらの検討で得られた知見をふまえて現在、ボロン酸修飾デンドリマーの分子設計の改良を進めているところであり、当初に掲げた研究目的はほぼ達成することができている。本年度前期はキャンパス立ち入りや活動時間が大きく制限されていたことにより、時間を要する実験や学外との研究活動の連携に制限が出ていた。本研究課題の終了後の研究展開・社会実装に向けて検討しておくべき点が数点残っており、また、当初予定していた学会での発表や論文化できていない項目が残されていることから、多少の遅れが生じていると判断した。
Strategy for Future Research Activity	現在進行中のテーマである、社会実装に向けた細菌の高感度検出を進める。研究実績の概要で示した（１）、（２）の結果から、ボロン酸型蛍光プローブの分子設計によって分子の選択性が大きく変化し得るという知見をふまえ、まずはボロン酸修飾デンドリマーに対して蛍光分子を直接導入した分子の作製を行い、その細菌検出機能評価を進める。
Causes of Carryover	本研究課題をまとめるにあたっての研究成果公表、および研究の発展とさらなる推進を目的として、国際会議や国内学会への参加・発表を予定していたが、今般の社会情勢により多くの学会の開催が中止、もしくは次年度以降へ延期されることになった。また、研究活動に制限がかかっていたことにより、予算の執行に遅れが生じている。これらの事態により、次年度使用額が生じることとなった。次年度は、本研究課題をまとめていくにあたって、評価や解析に必要な試薬・消耗品・機器購入を行う。また、論文投稿やオンラインを含めた学会発表によって、国内外へ向けて広く本研究成果を発信する予定であり、これらの研究活動を行う費用に充当する。