Why can microorganisms withstand drying? Elucidation of drying adaptation mechanism by glass transition of microbial cells

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04710
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Koseki Shigenobu 北海道大学, 農学研究院, 教授 (70414498)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川井 清司 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (00454140) ; 中川 洋 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (20379598)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: ガラス転移 / 乾燥 / 水分活性 / 凍結乾燥

Outline of Final Research Achievements

The glass transition temperature of bacterial cells was affected by the drying method, water activity during storage and drying temperature. Furthermore, by using the difference between the glass transition temperature and the temperature at the time of storage of the bacteria as an indicator, it was clarified that the survival state of bacterial cells placed in a drying environment could be predicted and judged regardless of differences in drying conditions and storage conditions after drying. The analysis of the behaviour of water molecules inside the cell using neutron elastic scattering measurements also revealed that glass transition is not a critical requirement but a trigger when bacteria resume activity from the static state of glass transition due to desiccation.

Free Research Field

食品微生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで乾燥環境下で細菌が長期間にわたり生存し続ける現象は捉えられてきたが、そのメカニズムは不明であった。本研究では細菌が乾燥状態においても長期間にわたり生存し続けることができる要因を、細胞の物理的な変化であるガラス転移現象の観点から明らかにした。乾燥食品の保存温度や湿度を適切に制御することで、仮に有害な食中毒細菌が付着していたとしても、その生存数が予測可能とする技術へと本研究成果は活用されうる。さらに、本研究成果は有用細菌の長期間保存といった面でもガラス転移現象と影響を及ぼす環境因子の制御によって、より長期間にわたり有用細菌を保存可能とするものである。