2023 Fiscal Year Research-status Report
鉄鋼材料およびスラグ上に形成したバイオフィルムの３顕微鏡同一箇所水中その場解析
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23K04465
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| Research Institution | Suzuka National College of Technology |
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Principal Investigator |
平井 信充 鈴鹿工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (50294020)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩田 太 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30262794)
兼松 秀行 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 特命教授 (10185952)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | バイオフィルム / ぬめり / 走査型イオン伝導顕微鏡 / 共焦点レーザー顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 微生物 / 鉄鋼材料 / 鉄鋼スラグ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バイオフィルムは、金属腐食、感染症、虫歯・歯周病などの様々な問題の原因となるため、その生成防止や除去に関する知見は重要である。一般的に、バイオフィルムの生成防止は抗菌性の付与のみで制御可能と考えられるが、先行研究において、抗菌性を示すAg上への緑膿菌バイオフィルムの生成量が、抗菌性を示さないSn上に比べ多いという実験結果が得られている。これは、バイオフィルム生成能は抗菌性のみでは説明がつかず、基板性状等抗菌性以外の影響が存在することを示している。この理由の解明には、材料表面へのバイオフィルムの付着過程や初期過程についての知見が必要であり、バイオフィルム生成初期過程のナノスケール水中その場観察はこれらの知見を得る上での一助となる。一般的にバイオフィルムのナノスケール水中その場観察に用いられる共焦点レーザー顕微鏡CLSMは、適切な染色を行うことにより菌などの配置を可視化しバイオフィルムの構造の詳細を明らかにできる顕微鏡である。しかし、基板や観察条件によっては基板の位置が不明瞭であり、また水平方向と比較して高さ方向の分解能が低いなどの問題点がある。一方、イオン電流を検知し三次元形状を得る走査型イオン伝導顕微鏡SICMは従来細胞観察に用いられてきたが、筆者らはこの顕微鏡をバイオフィルムに適用し世界で初めてそのPBS中観察に成功した。しかし、SICMは観察しているものが何であるかについての情報が得られないという問題点がある。そこで本研究では、ガラス上に生成した海洋菌バイオフィルムについて、その同一箇所をSICMとCLSMの両方でPBS中ナノスケールその場観察した。その結果、おおよそよく似た形状のバイオフィルムが観察されたが、詳細な比較を行うと観察された形状には差が見られた。これらの差より、それぞれ単体の顕微鏡観察では得られなかったバイオフィルムの詳細構造に関する知見が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、ガラス上に生成した海洋菌バイオフィルムについて、その同一箇所をSICMとCLSM、AFMという３つの顕微鏡ででPBS中ナノスケールその場観察することにより、それぞれ１種類の顕微鏡では得られないバイオフィルム構造に関する知見を得ることである。今年度はSICMとCLSMの２つの顕微鏡にてバイオフィルムの同一箇所観察を行った。バイオフィルムの生成には海洋性ビブリオ菌(Aliivibrio fischeri JCM18803, RIKEN)を使用した。前培養した菌液をリン酸緩衝溶液(PBS)により32倍希釈した溶液内でガラスを2日間22℃保持することによりガラス表面にバイオフィルムを生成させた。これをグルタルアルデヒド含有PBSで固定後、クリスタルバイオレット溶液およびDAPIで染色し各種顕微鏡により観察した。ガラス上に生成したバイオフィルムについてCLSMとSICMにより同一箇所をPBS中その場観察した結果、おおよそよく似た形状のバイオフィルム観察に成功した。しかし詳細な比較を行うと観察された形状には差が見られた。これらの差より、それぞれ単体の顕微鏡観察では得られなかったバイオフィルムの詳細構造に関する知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
SICMとCLSMの２つの顕微鏡で観察を行った像の差より、それぞれ単体の顕微鏡観察では得られなかったバイオフィルムの詳細構造に関する知見が得られた。また原子間力顕微鏡AFMによるバイオフィルム形態観察にも既に成功している。しかしながら、AFMと、他の２つの顕微鏡を用いてのでの同一箇所観察には成功していないため、その実現を今後の１つの目標とする。
またその他の目標として、バイオフィルムのCLSM観察においては、色々な染色を組み合わせることができるため、染色の選択と組合せを工夫することにより、バイオフィルム構造に関するより多くの知見を得ることができればと考えている。
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| Causes of Carryover |
研究が順調に進んだため、１年目の使用額が想定より少なかった。繰越金は、２年目以降の論文執筆、学会発表や研究用試薬の購入にあてる
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[Presentation] ガラス上海洋菌バイオフィルムの各種顕微鏡による水中その場観察2023
Author(s)
三輪 有平, 平井 信充, 稲垣 日那, 福沢 直人, 猪股 仁志, 岩田 太, 江口 正徳, 小暮 亮雅, 幸後 健, 小川 亜希子, 黒田 大介, 兼松 秀行
Organizer
2023電気化学秋季大会
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[Presentation] In-situ observation of biofilm by using various microscopes in liquid2023
Author(s)
Yuhei Miwa, Hina Inagaki, Rein Osaki, Hitoshi Inomata, Shunta Hattori, Futoshi Iwata, Koki Nietani, Ibuki Machi, Takuto Uematsu, Masanori Eguchi, Akinori Kogure, Yuki Imamura, Munehiro Kimura, Nobumitsu Hirai
Organizer
8th SIT-Gigaku 2023
Int'l Joint Research
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