2013 Fiscal Year Annual Research Report
オンサイト・リアルタイム細胞分子計測によるスピーキング・セル・アプローチ
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24228004
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
野並 浩 愛媛大学, 農学部, 教授 (00211467)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平岡 賢三 山梨大学, クリーンエネルギー研究センター, 特命教授 (80107218)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 細胞・組織 / 植物 / 農業工学 / 質量分析 / スピーキング・セル・アプローチ / 探針エレクトロスプレー / プレッシャープローブ / 植物工場 |
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| Research Abstract |
本研究は、植物工場においてプレッシャープローブで採集した細胞溶液を探針エレクトロスプレーにより、直接、現場で質量分析を行うシステムを開発し、植物生理情報を制御要素として農業環境制御を行うスピーキング・セル・アプローチ(Speaking Cell Approach)(SCA)法を創成することを目的としている。栽培作物のリアルタイム質量分析を実行し、環境要素変化に伴う代謝変化を植物生理学(理学的）・栽培生理学(農学的）に基づき解明して、省エネを考慮したSCA を確立することによって、食料生産の効率を格段に増大させ、日本が迎えつつある食料危機の回避、食の安全性の確保により、国民を守ることを目指す。
前年度に、プレッシャープローブを用いての細胞溶液を採集したあと、プレッシャープローブの採集溶液に高電圧印加を行うことで、細胞溶液成分のイオン化に成功して、細胞溶液成分の質量分析を可能とした。ただし、この高電圧印加のためには、プレッシャープローブ内のシリコンオイルにエンジンオイル添加物を混入させる必要があった。
そこで、今年度はシリコンオイルに添加するエンジンオイル添加物の代わりになる電気伝導性があるイオン液体を混合することとし、数種類のイオン液体を試すことで、プレッシャープローブ内に採集した細胞溶液をイオン化することに成功した。エンジンオイル添加物は、製造企業の特許のため、内容物の詳細な成分の情報を得ることができないのみならず、多くのバックグラウンドシグナルが出る傾向があったが、今回使用したイオン液体は、このバックグラウンドノイズに関連するシグナルを抑えることが可能となり、細胞溶液に含まれる代謝物質成分の質量分析が効率よくできるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
プレッシャープローブで採集した細胞溶液のイオン化のための電圧印加に関連して、新たなイオン液体をプレッシャープローブ内のシリコンオイルに混合することでイオン化を可能にし、一細胞から採集した細胞溶液成分の質量分析を可能にした。これは、前年度成功していたエンジンオイル添加剤を混合するときよりもバックグラウンドノイズを減らすことができるうえ、検出感度の向上につながった。また、プレッシャープローブの採集溶液に電圧印加するための伝導性を高めるためにタングステンワイヤーの挿入など改善を加え、イオン化の効率を格段に向上することが可能となった。
標準溶液での検出限界がアト（10E－18）モルレベルに達してきたため、一細胞から数多くの代謝物の検出の可能性が示唆された。現在、トマトのトライコーム一細胞での代謝物計測が可能となりつつあり、トマト植物体をほとんど破壊することなく、同じ植物体で継続して細胞分子情報を採集することが可能になりつつある。このことは、スピーキング・セル・アプローチへの大きな前進であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、細胞代謝物の検出をプレッシャープローブ・エレクトロスプレーイオン化と探針エレクトロスプレーイオン化で行っている。プレッシャープローブ・エレクトロスプレーイオン化での実験対象植物をトマト、イネ等の植物体を用いて行っており、今後、代謝物の定量計測を実施する必要がある。安定した代謝物計測のための定量性を確保する必要があり、定量計測のためのイオン化の安定性を確立する必要がある。
また、スピーキング・セル・アプローチとして環境制御に応用するための手法として、完全に非破壊で実施できる原形質流動速度の計測を細胞計測と同時に実施することを考えている。細胞内代謝物の濃度の変化と細胞内を流動する原形質流動速度は細胞質粘性とも関連していると考えられ、代謝物質の濃度および原形質流動速度を関連付けて環境変動要因・ストレス応答の機能解明が可能と考えられ、今後、プレッシャープローブでの計測と原形質流動速度、環境要因変動を結びつける研究を推進する予定である。そのような研究により、スピーキング・セル・アプローチの実現性を目指す。
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Research Products
(11 results)
