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2023 年度 実績報告書

分子分光プロファイリングによるポストコッホ生態物理化学

計画研究

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
研究課題/領域番号 19H05681
研究機関関西学院大学

研究代表者

重藤 真介  関西学院大学, 理学部, 教授 (10756696)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2024-03-31
キーワード顕微ラマン分光 / シングルセル解析 / 機械学習 / 希少放線菌胞子嚢 / アーキア
研究実績の概要

本研究課題は、地球上の微生物の99%以上を占める未分離・未解明な微生物の種と機能を解析するための革新的な「ポストコッホ微生物分離装置」を開発することを目的とする。そのために、ラマン/自家蛍光スペクトルからなる分光ビッグデータを機械学習などの人工知能技術により解析し、環境中の多様な微生物を網羅的にプロファイリングする技術の確立を目指す。具体的には、(1)1細胞ラマンデータの機械学習による微生物種の高精度識別法の開発、(2)希少放線菌、環境汚染物質分解菌などの微生物を対象とした「ラマンマーカー」の探索、(3)波長可変レーザーを光源とした多波長励起顕微ラマン分光装置の開発と応用、などを柱として研究を進めている。2023年度の各項目の主な研究成果は以下の通りである。
(1)バクテリア・アーキア計25種の1細胞ラマンスペクトルに基づき、教師あり機械学習アルゴリズムのLightGBMおよび教師なし機械学習アルゴリズムのx-meansを用いたバクテリアとアーキアの高精度なドメイン分類モデルを構築した。これにより、環境中に存在する多様なアーキアを優占なバクテリアと識別して検出することが可能となる。
(2)希少放線菌Actinoplanes missouriensisの胞子嚢のマルチモーダル(自発ラマン、マルチプレックスCARS、第二高調波発生、和周波発生、3次和周波発生)分子イメージングを行い、胞子嚢膜に局在する新たな分子種を発見し、その分子種を含む層が反転対称性のない秩序構造を有することを明らかにした。
(3)代表的な光合成細菌のコロニーおよび1細胞を5つの励起波長(488, 514, 532, 561, 594 nm)で測定し、カロテノイドのラマンスペクトルを利用して、光合成細菌を明瞭に識別可能であることを実証した。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 8件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Transcriptional heterogeneity of catabolic genes on the plasmid pCAR1 causes host-specific carbazole degradation2024

    • 著者名/発表者名
      Suzuki-Minakuchi Chiho、Yamamoto Natsumi、Takahira Saki、Yamaguchi Masataka、Takeda Yutaro、Okada Kazunori、Shigeto Shinsuke、Nojiri Hideaki
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 90 ページ: -

    • DOI

      10.1128/aem.01247-23

    • 査読あり
  • [学会発表] ラマンスペクトルデータ解析による微生物細胞のイメージングと識別2024

    • 著者名/発表者名
      重藤真介
    • 学会等名
      日本分光学会近赤外分光部会第17回シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] ラマン散乱を中心とした分子分光法による微生物イメージング2024

    • 著者名/発表者名
      宇佐美慶典、手塚武揚、大西康夫、重藤真介
    • 学会等名
      第73回日本放線菌学会学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物-アーバスキュラー菌根菌共生体のマルチモーダル非線形光学イメージング2024

    • 著者名/発表者名
      祖父江編、宇佐美慶典、竹下典男、市橋泰範、重藤真介
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] ラマン分光を核としたマルチモーダルラベルフリーイメージングで迫る希少放線菌胞子嚢の特異な構成成分2024

    • 著者名/発表者名
      宇佐美慶典、手塚武揚、大西康夫、重藤真介
    • 学会等名
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [学会発表] 1細胞ラマン・蛍光顕微分光分析により明らかにする葉圏微生物の色素多様性2024

    • 著者名/発表者名
      菅野菜々子、重藤真介
    • 学会等名
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [学会発表] ラマン・蛍光スペクトルの同時検出による光合成細菌および葉圏微生物の1細胞色素分析2023

    • 著者名/発表者名
      菅野菜々子、重藤真介
    • 学会等名
      第13回日本光合成学会年会
  • [学会発表] バクテリア/アーキアドメインをラマン顕微鏡による非破壊・非染色分析法で見分けられるか?:アーキア細胞に見られるラマン分光学的特徴2023

    • 著者名/発表者名
      菅野菜々子、加藤真悟、伊藤隆、大熊盛也、小田和佳、大谷竜哉、高橋愛香音、重藤真介
    • 学会等名
      第35回日本Archaea研究会講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel Raman-Based Approaches to Nondestructive Microbial Analysis Using a Microwell Array Device and Machine Learning2023

    • 著者名/発表者名
      Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      8th Taiwan International Symposium on Raman Spectroscopy
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multi-wavelength excitation Raman microspectroscopy for detecting different pigments in photosynthetic bacteria2023

    • 著者名/発表者名
      Takuya Miyagawa, Nanako Kanno, Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      8th Taiwan International Symposium on Raman Spectroscopy
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct temperature determination in fission yeast spores using anti-Stokes to Stokes Raman scattering intensity ratios2023

    • 著者名/発表者名
      Rin Miyasaka, Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      8th Taiwan International Symposium on Raman Spectroscopy
    • 国際学会
  • [学会発表] Label-free molecular imaging of an arbuscular mycorrhizal fungus using multiplex CARS microspectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Amu Sofue, Norio Takeshita, Yasunori Ichihashi, Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      8th Taiwan International Symposium on Raman Spectroscopy
    • 国際学会
  • [学会発表] Raman Microspectroscopic Observation of Microorganisms Cultured with a Glass Gel-Filled Micro Well Array Device2023

    • 著者名/発表者名
      Moka Ogawa, Fumihiro Sassa, Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      8th Taiwan International Symposium on Raman Spectroscopy
    • 国際学会
  • [学会発表] Raman microspectroscopy and imaging of oil-producing and degrading microorganisms2023

    • 著者名/発表者名
      Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      8th Asian Spectroscopy Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single-cell analysis of a pyrene-degrading bacterial consortium using Raman microspectroscopy with deuterium labeling2023

    • 著者名/発表者名
      Megu Takemoto, Felipe Vejarano, Yuanhao Zhu, Chiho Suzuki-Minakuchi, Hideaki Nojiri, Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      8th Asian Spectroscopy Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Label-free imaging of rare actinomycete sporangium using linear/nonlinear Raman microspectroscopy and multivariate curve resolution2023

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Usami, Takeaki Tezuka, Yasuo Ohnishi, Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      8th Asian Spectroscopy Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 線形・非線形顕微ラマン分光と多変量波形分解を用いた希少放線菌胞子嚢のラベルフリーイメージング2023

    • 著者名/発表者名
      宇佐美慶典、手塚武揚、大西康夫、重藤真介
    • 学会等名
      第17回分子科学討論会
  • [学会発表] マルチプレックスCARS顕微分光によるアーバスキュラー菌根菌と植物のラベルフリー分子イメージング2023

    • 著者名/発表者名
      祖父江編、竹下典男、市橋泰範、重藤真介
    • 学会等名
      第17回分子科学討論会
  • [学会発表] ストークス・アンチストークスラマン顕微分光による分裂酵母胞子の温度測定2023

    • 著者名/発表者名
      宮坂凛、重藤真介
    • 学会等名
      第17回分子科学討論会
  • [学会発表] 1細胞ラマンスペクトルの機械学習による微生物の非破壊・非染色識別2023

    • 著者名/発表者名
      重藤真介
    • 学会等名
      第21回医用分光学研究会
  • [学会発表] Raman and fluorescence microspectroscopy visualization of pigment diversity expressed by phyllosphere bacterial cells2023

    • 著者名/発表者名
      Nanako Kanno, Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      Plant Microbiota Research Network (PMRN) 第3回オンラインシンポジウム
  • [学会発表] An attempt to discriminate prokaryotic domains at the single cell level in a non-destructive, non-staining manner using Raman microscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Nanako Kanno, Shingo Kato, Takashi Itoh, Moriya Ohkuma, Nodoka Oda, Tatsuya Ohtani, Shinsuke Shigeto
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第36回浜松大会・アジア微生物生態シンポジウム

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公開日: 2024-12-25  

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