2022 Fiscal Year Annual Research 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 – 2023-03-31
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| Keywords | バイオスペックル / バイオアッセイ / 動物プランクトン / マイクロバイオアッセイ / 遊泳活性 / 水質評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、水質汚染評価のために生物を用いることにより毒性を総合的に評価するバイオアッセイと呼ばれる直接的毒性評価(DTA)手法が注目されている。本研究では、プランクトンの集合体試料から生成されるバイオスペックルに基づいて環境毒性に対する動物プランクトンの運動能力の変化を集合的に評価する手法を提案した。
動物プランクトンとしてゾウリムシを用い、具体的な環境条件として、塩酸によるpHの影響 および重金属である硫酸亜鉛(ZnSO4)を用いて環境毒性を評価する実験をおこなった。ゾウリムシの遊泳活性を定量評価するためバイオスペックルの初期画像とその後連続的に取り込んだ画像間の相互相関関数を用いる方法および時間的に接近する2画像間の差画像に基づく手法の2つを提案し評価した。
水質のpHに関しては、７pHから酸性になるに従って相関関数より求めた相関時間は増加し、4pH超えると個体の遊泳能力が低下が著しいためパターンの変動は非常に低速であり相関時間はは最も高い値となる。このように、pHが酸性になるに従って徐々に遊泳活性が低くなる様子が定量的に評価できた。興味深い点として5.5pH付近での相関係数が最も低く、遊泳活性が非常に高くなっていることがわかる。これは、環境の悪化に伴い逃避のため遊泳が活性化するものと推測される。
また、硫酸亜鉛(ZnSO4)を用いた実験ではZn,0-100mg/Lの濃度範囲で実験をおこなった。本実験でもZn濃度の増大に伴ってゾウリムシの遊泳能力が失われてゆく過程を定量的に捉えることが可能であることが示された。
本手法では微生物の集合体をバイオスペックル画像に変換し集合体としての運動活性を定量的に評価できることを確認した。したがって、多数のプランクトンを集合的に評価できるため顕微鏡などを用いて個々の個体を評価する手法に比べて安価で効率が良く、菌類などにも適用可能である。
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