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2021 年度 実績報告書

分子認識スイッチ機能を有するオンサイト環境・バイオ評価用核酸マーカー分子プローブ

研究課題

研究課題/領域番号 19K05536
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

青木 寛  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (00392580)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード分子認識 / 核酸検出 / スイッチ機能 / 環境・バイオ診断 / バイオマーカー / 電気化学センサ
研究実績の概要

本研究では、ターゲットとのハイブリッド形成に伴い信号が増加する検出原理を取り入れ、ターゲット標識化不要およびセンサ単独で検出可能という簡便性を満たす機能性人工核酸プローブの開発と、それを用いた高感度な核酸検出法の確立を目指す。
最終年度である本年度は、初年度に開発したアレイ電極に基づくセンサアレイ化を進めるとともに、実試料に基づく核酸検出を検討した。特に、複数の微生物から特定の微生物を検出することを目的に、環境中に常在する微生物のゲノムを迅速簡便に検出する手法の開発に取り組んだ。微生物ゲノムの中の検出対象領域を決定し、対象遺伝子とのハイブリッド形成に伴い電気化学信号を発生する機能性人工核酸プローブの構造設計および合成を行った。カスタム合成したモデルDNAを用いた検討の結果、単電極での実験ではこのカスタムDNAを配列相補的に検出可能であることを見出した。これをさらにセンサアレイ化へと展開したところ、同様にDNA配列相補的な検出を確認することができた。一方、微生物ゲノムを用いた実験では、応答が微弱であることが確認された。これは、用いた微生物ゲノムの全長(数百から数千塩基)が核酸プローブの配列長と比較して非常に長いため、電極表面への接近が困難となったためであると考えた。PCR産物を用いた他の検討では、70塩基程度のターゲットDNAの場合、プローブによる配列認識部位が塩基鎖長の中央付近に位置していたとしても問題なく認識できたことから、制限酵素によるトリミングやプローブ-電極間リンカー長の延伸が必要と結論づけた。
以上のことから、機能性人工核酸プローブの開発とそれを用いたDNA検出手法の開発および核酸センサアレイへの展開と検出の際の必要条件について明らかにした。環境微生物を対象とすることで、環境状態の診断に向けた新たな研究領域の開拓にも取り組んだ。

備考

【プレスリリース】
日本分析化学会第70年会 プレスリリース誌『展望とトピックス』「蛍光色素の蛍光強度変化に基づくin situマイクロプラスチック分析」https://www.jsac.jp/2021/09/08/70nenkai_topics-2/

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Material-Specific Determination Based on Microscopic Observation of Single Microplastic Particles Stained with Fluorescent Dyes2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Aoki
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 22 ページ: 3390~3390

    • DOI

      10.3390/s22093390

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sensors with Highly Ordered Nucleotides2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Aoki
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 37 ページ: 1191~1192

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Label-free Ratiometric Electrochemical DNA Sensing Based on β-Cyclodextrin-modified Probe Immobilized on Ferrocene Monolayers2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Aoki
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 33 ページ: 2857~2857

    • DOI

      10.18494/SAM.2021.3450

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 非標識検出技術に基づく核酸センサアレイチップによる環境診断・バイオ診断2022

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      第32回センシング技術連絡会
    • 招待講演
  • [学会発表] C1化合物利用能・ヨウ素抗菌性・捕食をめぐる微生物種間相互作用とそのコミュニティ形成への影響を水処理微生物集団からみる2022

    • 著者名/発表者名
      松下真由美、山本京祐、青柳 智、稲葉知大、青木 寛、羽部 浩、佐藤由也
    • 学会等名
      日本農芸化学会2022年度大会
  • [学会発表] ヨウ化物イオンを含む廃水を処理する活性汚泥の菌叢解析と種間相互作用解析2022

    • 著者名/発表者名
      松下真由美、山本京祐、青柳 智、稲葉知大、堀 知行、青木 寛、羽部 浩、佐藤由也
    • 学会等名
      日本農芸化学会2022年度大会
  • [学会発表] ヘルスケア管理・環境保全に向けた核酸センサアレイの開発2021

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      第14回Photo LIFEワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] 核酸バイオマーカー検出センサの開発とヘルスケア管理・環境保全への展開2021

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      電子情報通信学会2021年ソサイエティ大会シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛍光色素の蛍光強度変化に基づくin situマイクロプラスチック分析2021

    • 著者名/発表者名
      青木 寛、鳥村政基、羽部 浩
    • 学会等名
      日本分析化学会第70年会
  • [学会発表] シクロデキストリン固定化DNA/フェロセン誘導体-混合単分子膜に基づく非標識DNAセンシング2021

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      日本分析化学会第70年会
  • [学会発表] Sensor Arrays for Label-Free Detection of Nucleotide Biomarkers towards Healthcare and Environment Management2021

    • 著者名/発表者名
      H. Aoki
    • 学会等名
      ICFPE 2021
    • 招待講演
  • [学会発表] 核酸バイオマーカー検出センサの開発と環境保全・ヘルスケア管理への展開2021

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      北見工業大学生体分子工学特別講演
    • 招待講演
  • [学会発表] Non-labeling and non-external indicator DNA sensing based on long-term stored gold film electrode arrays reactivated by plasma and acid treatments2021

    • 著者名/発表者名
      H. Aoki
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular recognition triggered electrochemical “nano-structured switches”2021

    • 著者名/発表者名
      H. Aoki
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 国立研究開発法人産業技術総合研究所 環境創生研究部門 青木 寛ホームページ

    • URL

      https://staff.aist.go.jp/aoki-h/

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公開日: 2022-12-28  

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