| 研究領域 | 超地球生命体を解き明かすポストコッホ機能生態学 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05681
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 関西学院大学 |
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研究代表者 |
重藤 真介 関西学院大学, 理学部, 教授 (10756696)
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| 研究分担者 |
劉 宗翰 関西学院大学, 理工学研究科, 助教 (10825475)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
93,730千円 (直接経費: 72,100千円、間接経費: 21,630千円)
2023年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2022年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2021年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2020年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2019年度: 26,650千円 (直接経費: 20,500千円、間接経費: 6,150千円)
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| キーワード | ラマン分光 / 機械学習 / シングルセル解析 / 微生物識別 / アーキア / 希少放線菌 / 顕微ラマン分光 / 希少放線菌胞子嚢 / 土壌微生物 / スペクトルビッグデータ / 高密度培養デバイス / 分光ビッグデータ / シングルセルラマンデータ / ゲル充填マイクロウェルアレイ / メタン生成アーキア / 微生物分類 / 光ピンセット / マイクロゲルウェル培養デバイス / ポストコッホ微生物分離装置 / ラマンビッグデータ / 共鳴ラマン効果 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
自発ラマンスペクトルおよび自家蛍光スペクトルを利用し、それら分子スペクトルを様々な測定条件（励起レーザー波長、表面／チップ増強、安定同位体標識）、外的摂動（温度変化、pH変化、電場印加、施肥を反映した栄養源、化学物質添加、酸素濃度変化など）の下で取得することによって、複合微生物系の分光データを超高次元化する。得られた分光ビッグデータをもとに、領域内の研究者と緊密に連携して情報学における最新のデータマイニング・機械学習技術を利用することで複合微生物を網羅的にプロファイリングし、それらの属種と生理的機能（代謝）の判別を可能にするポストコッホ技術を創出する。
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| 研究成果の概要 |
未分離・未解明な微生物の種と機能を非破壊的に解析可能なポストコッホ型微生物解析装置を開発するため、ラマン分光を核とした分子分光手法と機械学習、マイクロ培養デバイスの融合技術を構築した。１細胞ラマンデータの機械学習により、細菌とアーキアの種およびドメインの高精度識別を達成した。土壌微生物をデバイスを用いて培養し、各ウェルで増殖した細胞のラマンスペクトルを測定しピックアップするプロトコルを実証・確立した。また、メタン生成アーキアや希少放線菌などの微生物が示す特徴的なラマンスペクトルを初めて観測することができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開発したラマンスペクトルの機械学習によるバクテリアとアーキアの非破壊識別法を用いれば、生分解性プラスチックやカロテノイドなどの有用物質を多く生産するバクテリアやこれまでまったく未知であったアーキアを環境中で高精度に発見することが可能になると期待される。本研究の成果は生態系の理解の深化やバイオものづくりの革新を導く高い学術的・社会的意義を有している。
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