2020 Fiscal Year Research-status Report
Universal evaluation of biological activities for bioassay based on optical image conversion
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20K21152
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
門野 博史 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (70204518)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ラジャゴパラン ウママヘスワリ 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40270706)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | バイオアッセイ / バイオスペックル / 環境評価 / 動物プランクトン / マイクロプラスティック / 環境毒性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バイオアッセイにおいて，菌類やプランクトンなどの対象生物に対してはじめに光学的画像変換を行うことにより共通した特徴を有する画像( レーザースペックルパターン)へ変換し、小型かつ安価で用いる生物によらず統一された毒性評価法の開発を目的としている． 生物試料にレーザー光を照明するとバイオスペックルが生じる．バイオスペックルパターンの動特性を解析することにより生物試料の生命活動・形態変化を総体として定量的に解析することができる．特筆すべきことは，指標生物によらず解析手法は共通した方法をとることができる．
初年度は対象プランクトンとして動物プランクトンであるブライシュリンプ(BS)を指標生物として用いた。用いた光学系は半導体レーザ、レンズによるコリメート照明系およびCCDカメラによる観察系からなり、本研修で提案する非常にシンプル活安価で実用的なシステムを実現した。はじめに、測定系の基礎特性としてプランクトンを生育した後観察用のキュベットに移し、複数のBSによる散乱パターを観察することによりBSそのものの形態ではなくBSの動特性がいわゆるスペックルパターンの動特性に情報が変換されることを確認した。
次に、環境状態の要素として近年特に問題となっているマイクロプラスティック(MP)に対する活動の変化を計測した。活動状態を評価するパラメータとして、まず最も単純なスペックルフレーム間の差の絶対値の平均で評価した。実験では、2mm,20mmのMPと餌となる珪藻無の条件で観察をおこなった。その結果、比較的粒径の大きな20mmのMPでは活動に変化は認められなかったが、比較的小さな2mmのMPでは体内への摂取がおこるが予想に反して活動量の増加が認められた。
これにより提案手法により、個々の動物プランクトンの形態や運動に注目することなく総体として環境影響下の活動が有効に評価できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
指標生物として動物プランクトンを用いたアッセイに加えて、菌類を用いた手法の検討を計画していたが、COVID-19の影響により途中から参加予定であった大学院の学生が来日できなくなったことおよび菌類に掛かる実験をおこなうための設備であるクリーンベンチの設置が大幅遅れたため関係する研究に遅れが出ている。
動物プランクトンを用いる実験では、現段階ではブラインシュリンプを用いているがやや個体サイズが大きいため個体数の密度が低く、結果として生じるスペックルパターの変動が定常的でない。したがって、時間変動の尺度としての自己相関関数が安定していないことにより自己相関関数の適用が困難となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
動物プランクトンを用いる実験では、現段階ではブラインシュリンプを用いているがやや個体サイズが大きいため個体数の密度が低く、結果として生じるスペックルパターの変動が定常的でない。したがって、時間変動の尺度としての自己相関関数が安定していないことにより自己相関関数の適用が困難となっている。したがって、今後は個体サイズのより小さなミドリムシやゾウリムシ（サイズ0.1mm）を用いてより高い密度で動物プランクトンを育成し、スペックルパターンがより時間的に定常的に発生する条件を探索する。これによりスペックルパターンの差画像だけでなく変動の早さを評価するための自己相関法を適用する。その上で、具体的な環境汚染物質であるマイクロプラスティックのサイズによる毒性、カドミウム、銅、ヒ素などの一連の重金属に対する活性の変化を観測する。
動物プランクトンによる実験を平行して、菌類を培養し培地に環境汚染物質である重金属や人工的に合成した酸性鉱山排水(AMD)を加え、菌糸の発育過程に与える影響を提案手法を用いて観測する。
本手法の利点は動物プランクトンや菌糸など形態が全く異なっていても、個々の特徴的な形態の変化に基づいていないので総体としての変化を同一手法で検出できる点にある。最終的に、提案手法のバイオアッセイの新規な手法としての有効性を評価する。
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| Causes of Carryover |
指標生物として動物プランクトンを用いたアッセイに加えて、菌類を用いた手法の検討を計画していたが、COVID-19の影響により途中から参加予定であった大学院の学生が来日できなくなったことおよび菌類に掛かる実験をおこなうための設備であるクリーンベンチおよび生物活性の生化学的分析をおこなうための薬剤の調整のための設備であるドラフトチャンバーの設置が大幅遅れたため関係する研究に遅れが出ている。
これら設備については早期に設置をおこない研究をおこなうこととする。また、研究者については新にインドより博士後期課程入学予定の学生が研究に参加する予定である。菌糸の微細構造の観察のため倍率の高い生物顕微鏡を新に導入する予定である。
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