2013 Fiscal Year Annual Research Report
嗅覚受容体センサアレイを用いた香りの記録再生と要素臭探索
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25289120
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中本 高道 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (20198261)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神崎 亮平 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40221907)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | スマートセンサ情報システム / 計測工学 / バイオテクノロジー / 嗅覚受容体 / 昆虫 / 蛍光測定 |
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| Research Abstract |
本年度は、キイロショウジョウバエの1種類の一般臭嗅覚受容体を対象に、補助タンパク質（Orco）及びカルシウム感受性蛍光タンパク質（GCaMP3）とともに遺伝子導入することで、一般臭を蛍光強度変化量として検出できるSf21細胞を作出した。光学イメージングにより、作出したSf21細胞は、導入した受容体が応答する匂い物質に対し蛍光強度変化を示し、匂い物質の濃度に依存して蛍光強度を増加することを示した。これにより、一般臭嗅覚受容体を効率的に発現させ、一般臭を検出できるSf21細胞の作出手法を確立した。
さらに、匂いの記録再生システムを実現する上で必要な蛍光の測定系の開発を行った。まず、蛍光顕微鏡を購入し、昆虫の嗅覚受容体を発現した培養細胞sf21の蛍光画像を取得することができた。また、別途蛍光測定システムを試作し、匂い刺激に伴う蛍光強度変化を確認した。そして、蛍光画像の中で蛍光変化があるところのみの領域を抽出し、その部分の輝度変化を積算する画像処理ソフトウエアを作成した。ヒストグラムを作成して閾値を決定し、閾値以下の輝度変化を０とする。さらに差分処理により生じる雑音を除去するためにメディアンフィルタを使用した。その結果、作成した画像処理ソフトウエアによりS/N比の向上が図れることがわかった。
本研究では複数のマイクロポンプにより要素臭溶液を調合してセンサアレイの応答パターンを得、対象臭溶液の応答パターンと比較し、要素臭構成比を調整して同じような応答パターンが得られるようにする。そこで、嗅覚受容体発現細胞をPDMSのチャンバ内に置き、マイクロポンプで匂い溶液をチャンバ内に導入する実験系を製作した。しかし、マイクロポンプの流量が速すぎて吸着した細胞が剥離する問題が発生したが、次年度解決できる見込みである。
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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
センサ素子の構築において、平成25年度では、キイロショウジョウバエの一般臭嗅覚受容体を用いて、一般臭を蛍光強度変化量として検出できるSf21細胞の作出手法を確立した。現時点では1種類の嗅覚受容体に留まっているが、平成26年度に実施予定の5-10種類の一般臭嗅覚受容体発現Sf21細胞の作出に向けた基礎技術は確立しており、現在、同様の手法を用いて5種類の一般臭嗅覚受容体を対象にSf21細胞の作出を進めている。以上のことから、センサ素子の構築はおおむね順調に進展しているものと判断した。
さらに平成２５年度に蛍光画像測定システムの確立を行い細胞の蛍光強度変化計測が可能になり、そして画像処理によるSN比の向上等を達成することができ、初年度必要なことは達成できた。匂い調合装置に関してはまだ十分な結果が得られていないが、マイクロポンプの周波数を通常の使用範囲よりも上げるとかなり流量を絞れることがわかっており、条件を最適化すれば匂い調合装置の実現は可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度では5-10種類程度の一般臭嗅覚受容体遺伝子を対象にSf21細胞系統を作出する。昨年度確立した手法に従い、一般臭嗅覚受容体を効率的に発現できるベクターを構築し、GCaMP3発現ベクターとともにSf21細胞に遺伝子導入し、抗生物質によるスクリーニングを実施することで単一コロニーに由来する細胞系統を単離する。得られた細胞系統について、蛍光顕微鏡を用いた光学イメージングにより、蛍光応答を示す細胞の割合（歩留まり）、一般臭に対する応答特性、応答時間および濃度情報といった基礎特性を取得し、蛍光画像の取得に最適な細胞系統を選抜する。100種類程度の一般臭を用いて応答測定を行い、広い範囲の香りをセンシングできるように嗅覚受容体の種類を選択し、細胞系統を樹立する。これらの嗅覚受容体発現細胞を匂いの記録再生システムに応用する。
また、昨年度、センサ応答を測定する上で必要な蛍光測定系を製作して、細胞からの微弱な蛍光変化を測定できるようになった。しかし、匂い調合装置に関してはマイクロポンプの流量が大きすぎて測定チャンバ内の細胞が剥離する問題が生じた。本年度には、まず使用するマイクロポンプの流量を下げる動作条件を確定し、細胞が剥離しない状態で匂いの調合ができるようにする。
そして、２もしくは３種類の嗅覚受容体を用意して同時にカメラで測定できるような測定チャンバを用意し、要素臭構成比決定の実験を行う。対象液と調合液の応答パターンを比較し、調合液と対象液の応答パターンを近づけるためのレシピ変更アルゴリズムとして本年度は最急降下法を用い、２成分及び３成分の調合比を求める実験を行う。
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