風送バイオエアロゾル監視システムの構築：大気環境学の新展開

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26281005
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 小林 史尚 金沢大学, 自然システム学系, 准教授 (60293370)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柿川 真紀子 金沢大学, 電子情報学系, 助教 (10359713) ; 牧 輝弥 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (70345601) ; 松木 篤 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 准教授 (90505728)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 風送バイオエアロゾル / 大気環境学 / 微生物

Outline of Annual Research Achievements

１．研究打ち合わせ
研究者それぞれの役割分担や計画について研究打ち合わせを行った。参加研究者のほとんどが金沢大学所属であり、黄砂バイオエアロゾル研究グループであるので、すぐにでも行うことができた。
２．風送バイオエアロゾル監視用ハイボリュームサンプラー開発
代表者の小林は、生物化学工学を主たる研究分野としている。エアロゾルの捕集は化学工学の紛体工学の分野でもあるため、バイオエアロゾル用ハイボリュームサンプラーの開発に取り組んだ。一般的なSPM用ハイボリュームサンプラーではメンブレンフィルターが大きすぎてDNA分析には不向きであった。試験管に入るような大きさのメンブレンフィルターを装着でき、ハイボリューム吸引ポンプのサンプラーシステムを開発した。また、メンブレンフィルターの素材についても検討した。SPMなどは重量の測定のため不織布が多かったが、DNA測定には難しい。DNA抽出の際には壊れやすく、DNAが吸着しないように帯電しにくく、雨風に強いメンブレンフィルターの開発を行った。
３．バイオエアロゾルDNA濃度測定法の簡易・迅速・精緻化
バイオ関連技術習得者でない気象台研究員でも可能なDNA抽出法と測定法の開発を行った。DNA濃度測定には、これまで分光法がほとんどであったが、検出限界が高く、実際の風送バイオエアロゾルには適応が困難であった。そこで自家蛍光を計測できるDNA濃度測定器を用いた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実績の概要に示した3項目はほぼ達成できたが下記の2項目については少し達成できていない。平成27年度に引き続き検討し、実施する予定である。
４．バイオエアロゾルに関する大気の毒性検出
風送バイオエアロゾルに含まれる毒性遺伝子検出は現有のリアルタイムPCRを用いて、生物情報学が専門の分担者、柿川が検討する。ウィルスに関してはタカラバイオが製造しているCycleavePCR呼吸器系感染症起因ウィルス検出キット、細菌性呼吸器疾患に関してはタカラバイオ製CycleavePCR呼吸器系感染症起因菌検出キット、あるいはO-157検出キットやセレウス毒性遺伝子検出キットを用いて１.で開発した風送バイオエアロゾルメンブレンフィルターから抽出されたDNAライブラリーをテンプレートとして実施・検討する。
５．大気エアロゾル自動観測(OPC)に関与したエアロゾル組成観測
気象観測項目の中に、OPCによるエアロゾル観測を経時的に実施している。定量的なエアロゾル濃度測定の他にも定性的なエアロゾル化学組成を実施し、特に有機物質に関するデータを観測する。平成27年度の風送バイオエアロゾル監視システム試行の際のDNAデータとの相関を試みる。

Strategy for Future Research Activity

現在までの達成度に記した４．バイオエアロゾルに関する大気の毒性検出および５．大気エアロゾル自動観測(OPC)に関与したエアロゾル組成観測に加えて以下のことを実施する。
６．1年間にわたる風送バイオエアロゾル監視・観測実施
研究代表者の小林研究室学生を中心に、平成27年4月1日から平成28年3月31日にわたる1年間、実際に風送バイオエアロゾルを毎日独自に開発したバイオエアロゾル用ハイボリュームサンプラーを用いて採取し、それぞれ平成26年度に開発した風送バイオエアロゾルに関するDNA濃度測定・毒性検出・エアロゾル化学組成観測を実施する。DNA濃度測定は毎日実施し、経日データとして算出する。毒性検出に関しては検出限界として高いDNAテンプレート濃度が必要であるため1週毎の観測データとする。エアロゾル化学組成データは毎日観測し、経日データとする。監視・観測場所は主に小林研究室のベランダ（石川県金沢市角間町：金沢大学自然研１号館Cブロック4階）とする。金沢大学からベランダの使用許可は既に得ており、問題はない。分担者の牧研究室は、学科は違うものの小林研究室の同じ建物の上であるCブロック5階にあり、監視・観測の継続的実施に支障が出た場合、そのまま5階に監視・観測場所を移動する。

Causes of Carryover

現在までの達成度に記した、達成度が不十分であった４．バイオエアロゾルに関する大気の毒性検出と５．大気エアロゾル自動観測(OPC)に関与したエアロゾル組成観測の達成されなかった経費である。

Expenditure Plan for Carryover Budget

昨年度達成が不十分だった４．バイオエアロゾルに関する大気の毒性検出と５．大気エアロゾル自動観測(OPC)に関与したエアロゾル組成観測の消耗品に充足する。

Research Products

• [Journal Article] Bioprocess of Kosa bioaerosols: effect of ultraviolet radiation on airborne bacteria within Kosa (Asian dust) (2015)
  • Author(s): F.Kobayashi, T.Maki, M.Kakikawa, M.Yamada, F.Puspitasari, Y.Iwasaka
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 119 Pages: 570-579
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2014.10.015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Evaluation of the toxicity of a Kosa (Asian duststorm) event from view of food poisoning: observation of Kosa cloud behavior and real-time PCR analyses of Kosa bioaerosols during May 2011 in Kanazawa, Japan (2015)
  • Author(s): F. Kobayashi, K. Iwata, T. Maki, M. Kakikawa, T. Higashi, M. Yamada, T. Ichinose, Y. Iwasaka
  • Journal Title: Air Quality, Atmosphere and Health Volume: *** Pages: ***
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Silica-Carrying particulate matter enhances Bjerkandera adusta induced murine lung eosinophilia (2015)
  • Author(s): M. He, T. Ichinose, B. Liu, Y. Song, Y. Yoshida, F. Kobayashi, T. Maki, S. Yoshida, M. Nishikawa, H. Takano, G. Sun
  • Journal Title: Environmental toxicology Volume: *** Pages: ***
  • DOI: 10.1002/ tox.22025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Function of rayon fibers with metallophthalocyanine derivatives: potential of low-molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbon removal and Bacillus sp. removal (2014)
  • Author(s): M. Yamada, K. Nakamura, T. Kameda, F. Kobayashi, A. Matsuki, H. Tsuiki, S. Higaki, Y. Iwasaka, K. Hayakawa
  • Journal Title: Chemical and Pharmaceutical Bulletin Volume: 63 Pages: 38-42
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reprint of: Effects of Asian dust on daily cough occurrence in patients with chronic cough: A panel study (2014)
  • Author(s): T. Higashi, Y. Kambayashi, N. Ohkura, M. Fujimura, S. Nakai, Y. Honda, K. Saijoh, K. Hayakawa, F. Kobayashi, Y. Michigami, A. E. Olando, Y. Hitomi, H. Nakamura
  • Journal Title: Atmospheric Environment Volume: 97 Pages: 544
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exacerbation of daily cough and allergic symptoms in adult patients with chronic cough by Asian Dust: A hospital-based study in Kanazawa (2014)
  • Author(s): T. Higashi, Y. Kambayashi, N. Ohkura, M. Fujimura, S. Nakanishi, T. Yoshizaki, K. Saijoh, K. Hayakawa, F. Kobayashi, Y. Michigami, Y. Hitomi, H. Nakamura
  • Journal Title: Atmospheric Environment Volume: 97 Pages: 537-543
  • DOI: http://dx.doi.org./10.1016/j.atmosenv.2014.01.041
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Variations in the structure of airborne bacterial communities in a downwind area during an Asian dust (Kosa) event (2014)
  • Author(s): T. Maki, F. Puspitasari, K. Hara, M. Yamada, F. Kobayashi, H. Hasegawa, Y. Iwasaka
  • Journal Title: Science of the Total Environment Volume: 488 Pages: 488-489
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.04.044
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 黄砂とアレルギー疾患 (2014)
  • Author(s): 東朋美, 神林康弘, 藤村政樹, 大倉徳幸, 吉崎智一, 中西清香, 西條清史, 早川和一, 小林史尚, 道上義正, 人見嘉哲, 中村裕之
  • Journal Title: エアロゾル研究 Volume: 29 Pages: 212-217
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lung inflammation by fungus, Bjerkandera adusta isolated from Asian sand dust (ASD) aerosol and enhancement of ovalbumin -induced lung eosinophilia by ASD and the fungus in mice (2014)
  • Author(s): B. Liu, T. Ichinose, M. He, F. Kobayashi, T. Maki, S. Yoshida, Y. Yoshida, K. Arashidani, M. Nishikawa, H. Takano, G. Sun, T. Shibamoto
  • Journal Title: Allergy, Asthma & Clinical Immunology Volume: 10 Pages: 1-12
  • DOI: 10. 1150321545113404, 10.1186/1710-1492-10-10
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Toxicity level monitoring of bioaerosol: Aptamer v/s Traditional detection techniques (2015)
  • Author(s): S. S. Sekhon，S. G. Kim，J. Min，Y. Iwasaka，F. Kobayashi，T. Maki，G. Shi，B. Chen， Y.-H. Kim
  • Organizer: 第９回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: B-CON PLAZA 別府国際コンベンションセンター
  • Year and Date: 2015-01-29 – 2015-01-29
• [Presentation] Screening and development of DNA Aptamer specific to pathogenic Escherichia coli strains K88 and K99 (2015)
  • Author(s): W.-R. Shin，S.-H. Lee，S. S. Sekhon，J. Min，Y. Iwasaka，F. Kobayashi，T. Maki，G. Shi，B. Chen，Y.-H. Kim
  • Organizer: 第９回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: B-CON PLAZA 別府国際コンベンションセンター
  • Year and Date: 2015-01-29 – 2015-01-29
• [Presentation] 超並列シーケンサーを用いた高高度浮遊細菌の群集構造解析 (2015)
  • Author(s): 牧輝弥，小林史尚，黒崎泰典，陳彬，石廣玉，洪天祥，金亮勲，柿川真紀子，松木篤，長谷川浩，岩坂泰信
  • Organizer: 第９回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: B-CON PLAZA 別府国際コンベンションセンター
  • Year and Date: 2015-01-29 – 2015-01-29
• [Presentation] 南極生態系に及ぼすアデリーペンギン起源バイオエアロゾルの影響 (2015)
  • Author(s): 小林史尚, 熊本洋平, 牧輝弥, 柿川真紀子, 山田丸, 松木篤, 長沼毅, 岩坂泰信
  • Organizer: 第9回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: 大分県別府国際コンベンションセンター
  • Year and Date: 2015-01-28 – 2015-01-29
• [Presentation] 黄砂バイオエアロゾルの長距離輸送と生態学的特徴 (2014)
  • Author(s): 牧輝弥，小林史尚，陳彬，石廣玉，洪天祥，金亮勲，柿川真紀子，松木篤，長谷川浩，岩坂泰信
  • Organizer: 研究集会 乾燥地研究センター
  • Place of Presentation: 鳥取大学乾燥地研究センター
  • Year and Date: 2014-12-07 – 2014-12-07
• [Presentation] The observation of bioaerosol in the boundary layer at Syowa Station, Antarctica (2014)
  • Author(s): F. Kobayashi, Y. Kumamoto, T. Maki, M. Kakikawa, M. Yamada, A. Matsuki, T. Naganuma, Y. Iwasaka
  • Organizer: The 5th Symposium on Polar Science
  • Place of Presentation: Tachikawa, Japan
  • Year and Date: 2014-12-02 – 2014-12-05
• [Presentation] Direct sampling and bioanalyses of bioaerosols on Hukuro Cove, Lutzow-Holm Bay, Antarctica. (2014)
  • Author(s): F. Kobayashi, Y. Kumamoto, T. Maki, M. Kakikawa, M. Yamada, A. Matsuki, T. Naganuma, Y. Iwasaka
  • Organizer: The 5th Symposium on Polar Science
  • Place of Presentation: Tachikawa, Japan
  • Year and Date: 2014-12-02 – 2014-12-05
• [Presentation] Study of the Bioaerosols on the Yukidori Valley, Langhovde, East Antarctic. (2014)
  • Author(s): Y. Kumamoto, F. Kobayashi, T. Maki, M. Kakikawa, M. Yamada, A. Matsuki, T. Naganuma, Y. Iwasaka
  • Organizer: The 5th Symposium on Polar Science
  • Place of Presentation: Tachikawa Japan
  • Year and Date: 2014-12-02 – 2014-12-05
• [Presentation] 大気バイオエアロゾルの細菌群集構造解析とその生態学的意義 (2014)
  • Author(s): 牧 輝弥、小林史尚、柿川真紀子、陳彬、洪天祥，岩坂泰信
  • Organizer: 第７回 北陸合同バイオシンポジウム
  • Place of Presentation: 八尾ゆめの森 ゆうゆう館
  • Year and Date: 2014-11-28 – 2014-11-28
• [Presentation] 遺伝子核酸配列のMultilocus sequence typing解析を用いた大気微生物群の系統地理学的分析 (2014)
  • Author(s): 河合賢人、牧輝弥、小林史尚、陳彬、石廣玉、青木一真、金亮勲、洪天祥、長谷川浩、岩坂泰信
  • Organizer: 第７回 北陸合同バイオシンポジウム
  • Place of Presentation: 八尾ゆめの森 ゆうゆう館
  • Year and Date: 2014-11-28 – 2014-11-28
• [Presentation] 南極海・昭和基地・ラングホブデにおけるバイオエアロゾル採集およびDNA解析 (2014)
  • Author(s): 小林史尚
  • Organizer: 大気・雪氷間の物質循環と極域への物質輸送研究会
  • Place of Presentation: 国立極地研究所
  • Year and Date: 2014-10-29 – 2014-10-30
• [Presentation] Species Variations in Airborne Bacterial Communities in Asian Dust Downwind Area during a Dust Event (2014)
  • Author(s): T. Maki, F. Kobayashi, K. Hara, B. Chen, Y. Iwasaka
  • Organizer: 2014 AAAR Annual Conference
  • Place of Presentation: Orland, Florida, USA
  • Year and Date: 2014-10-23 – 2014-10-26
• [Presentation] 黄砂バイオエアロゾルの直接採集と紫外線照射実験による発生源推定 (2014)
  • Author(s): 小林史尚・Husna N.A. Shabrina・牧輝弥・柿川真紀子・山田丸・岩坂泰信
  • Organizer: 環境科学会2014年会
  • Place of Presentation: 茨城県つくば国際会議場
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-19
• [Presentation] 黄砂バイオエアロゾルの微生物同定法による環境影響 (2014)
  • Author(s): 岩田佳奈・Shabrina Nida Al Husna・早川遼・牧輝弥・柿川真紀子・岩坂泰信・小林史尚
  • Organizer: 環境科学会2014年会
  • Place of Presentation: 茨城県つくば国際会議場
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-19
• [Presentation] 南極域における大気バイオエアロゾルの次世代シークエンサーを用いた種組成解析 (2014)
  • Author(s): 熊本洋平・小林史尚・牧輝弥・柿川真紀子・山田丸・松木篤・長沼毅・岩坂泰信
  • Organizer: 環境科学会2014年会
  • Place of Presentation: 茨城県つくば国際会議場
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-19
• [Presentation] Multilocus sequence typing (MLST)解析を用いた黄砂バイオエアロゾルの長距離輸送の検討 (2014)
  • Author(s): 河合賢人、牧輝弥、小林史尚、陳彬、石廣玉、青木一真、金亮勲、洪天祥、長谷川浩、岩坂泰信
  • Organizer: 2014年度 日本地球化学会年会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-18
• [Presentation] 中国砂漠地帯から長距離輸送される黄砂バイオエアロゾルの超並列シーケンス解析 (2014)
  • Author(s): 牧輝弥，小林史尚，陳彬，石廣玉，洪天祥，金亮勲，柿川真紀子，松木篤，長谷川浩，岩坂泰信
  • Organizer: 日本分析化学会 第63年会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-18
• [Presentation] 黄砂バイオエアロゾルに及ぼす紫外線影響 (2014)
  • Author(s): 小林史尚, 牧輝弥, 柿川真紀子, 山田丸, 岩坂泰信
  • Organizer: 第66回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 北海道札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-10
• [Presentation] Comparison of bacterial structures between sand dune and dust aerosol in Asian dust (Kosa) source area, Taklamakan Desert (2014)
  • Author(s): F. Puspitasari, T. Maki, G. Shi, C. Bin, F. Kobayashi, H. Hasegawa, Y. Iwasaka
  • Organizer: 2014 International Aerosol Conference
  • Place of Presentation: Busan Korea
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-09
• [Presentation] Vertical distribution of airborne bacterial communities at high altitudes of Asian dust (Kosa) source and downwind areas (2014)
  • Author(s): T. Maki, J. Betsugi, F. Kobayashi, M. Kakikawa, A. Matsuki, K. Hara, Y. Iwamoto, B. Chen, G. Shi, Y.H. Kim, C.S. Hong, Y. Iwasaka
  • Organizer: 2014 International Aerosol Conference
  • Place of Presentation: Busan Korea
  • Year and Date: 2014-08-31 – 2014-09-05
• [Presentation] Multilocus sequence typing (MLST) analysis targeting airborne bacteria for investigating long-range transport Asian dust (Kosa) bioaerosols (2014)
  • Author(s): K. Kawai, T. Maki, F. Kobayashi, B. Chen, G. Shi, K. Aoki, K. Y. Hoon, C.S. Hong, H. Hasegawa, and Y. Iwasakae
  • Organizer: 2014 International Aerosol Conference
  • Place of Presentation: Busan Korea
  • Year and Date: 2014-08-31 – 2014-09-05
• [Presentation] 空飛ぶ微生物を追い掛けて―タクラマカン砂漠から南極大陸まで― (2014)
  • Author(s): 小林史尚
  • Organizer: 日本海イノベーション会議：南極－地球ラストフロンティア
  • Place of Presentation: 北國新聞20階ホール
  • Year and Date: 2014-08-23 – 2014-08-23
  • Invited
• [Presentation] Characteristics of airborne bacteria (bioaerosols) in Asian dust source region, Taklamakan Desert (2014)
  • Author(s): T. Maki, F. Kobayashi, B. Chen, G. Shi, Y.H. Kim, C.S. Hong, Y. Iwasaka
  • Organizer: 11th Annual meeting Asia Oceania Geosciences Society (AOGS)
  • Place of Presentation: Sapporo, Japan
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [Presentation] 南極域の大気バイオエアロゾルの直接採集と次世代シークエンス法によるDNA解析の試み (2014)
  • Author(s): 小林史尚
  • Organizer: 第17回南極エアロゾル研究会
  • Place of Presentation: 国立極地研究所
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-07-29
• [Presentation] 空飛ぶ研究者、空飛ぶ納豆菌を語る (2014)
  • Author(s): 牧輝弥, 小林史尚, 柿川真紀子, 松木篤, 岩坂泰信
  • Organizer: 富山三友会（６月例会）
  • Place of Presentation: 富山，ＡＮＡホテル
  • Year and Date: 2014-06-18 – 2014-06-18