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2023 年度 実施状況報告書

殺菌ストレスで発生する損傷菌の動態解析と予測モデリングの構築

研究課題

研究課題/領域番号 21K05489
研究機関大阪公立大学

研究代表者

朝田 良子  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 助教 (60546349)

研究分担者 古田 雅一  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 客員教授 (40181458)
坂元 仁  大阪公立大学, 研究推進機構, 客員研究員 (40570560)
土戸 哲明  大阪公立大学, 研究推進機構, 客員教授 (50029295)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード食品科学 / 微生物制御 / DNA損傷 / 細菌芽胞 / 損傷菌 / 食品 / 殺菌
研究実績の概要

今年度は加熱、放射線(ガンマ線)、紫外線処理に引き続き、薬剤(過酸化水素)の処理における損傷菌の動態解析を行った。各種殺菌処理に耐性を持ち、生存する損傷芽胞数を把握し、また、その損傷芽胞の発育動態を比較検討することで細菌芽胞の制御理論の構築へ進んでいる。また、過酸化水素処理でもDNAの損傷と修復(非相同組換え末端結合修復関与のykoVUと相同組換え修復関与のrecA)および保護(DNA結合タンパク質SASP遺伝子のsspA sspB)機構の関連性や細胞損傷、回復機構の特性について、枯草菌の関連遺伝子破壊株を用い、平板法と液体培養法の比較による差分培養法(DiVSaL法)によって解析した。その結果、加熱処理で多くの損傷菌が発生し、加熱処理の次に過酸化水素処理も損傷芽胞が多く存在することが分かった。5%過酸化水素では他の殺菌方法よりも細胞死は少ないが、細胞死には至らない損傷が生じ、増殖までの遅延時間(損傷修復時間)が生じていることが原因だと考えられる。
さらに、各種殺菌処理後の培養における損傷菌集団の増殖・生育の動態解析と細胞生理学的研究結果をもとに、微生物の損傷には数種の損傷パターンがあることを示した。その損傷様式の特徴(再生育開始遅延型、生育速度低下型、活性酸素感受性化による2次損傷型など)により、修復後の増殖パターンを分けることができ、併用処理の組合せなどの検討に進んでいる(制御理論の検討)。その動態解析の中で、損傷後に分裂は繰り返すが、最終的にはコロニーを形成できない致死現象を見つけだし、枯草菌芽胞およびカビについてこの「増殖死」について定義し、論文化した。また、カビにおける加熱、放射線殺菌による発生する損傷菌の新たな評価法(DiVSaS法)について開発し学会発表および論文化した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

従来の殺菌法である加熱、薬剤、ガンマ線等の殺菌ストレスによる動態解析を開始し、殺菌処理法の違いにより、発生する損傷菌数、その後の発育速度ならびに発育パターンの違いも明らかになった。しかし、各種修復関連遺伝子欠損株を用いた試験により「通常示さない発育動態や細胞死」も確認できたが、この挙動や細胞死の特性、作用機構はまだ分かっていない。このことから損傷修復からの発育動態解析だけでなく細胞死の実験も追加することとなり、予定していた論文化が進まずやや遅れている。

今後の研究の推進方策

今年度の研究で新たに確認された「通常示さない発育動態や細胞死」は紫外線処理ではrecA欠損株で顕著にみられたことから、非相同組換え末端結合修復および相同組換え修復関与遺伝子だけでなく、SOS応答および除去修復関与lexA,recA ,uvrBA等)関連の枯草菌芽胞の遺伝子破壊株を作製し、各種殺菌処理の比較により、DNA損傷と修復機構の関連性や特性を明らかにする。さらに、タイムラプスや限界希釈によるシングルセル解析を行うことで理論や現象だけでなく、「増殖死」を実証するための実験に取り組み、殺菌ストレスから細胞死へのシグナル応答と解析結果を連動させる。
また、これまでストレス応答制御遺伝子欠損株を用いて、各種殺菌処理の比較により、DNA損傷と修復機構の関連性や細胞損傷、回復機構の特性について検討を行ってきた。この各種殺菌ストレスによる動態解析および損傷・回復機構の解明の結果から制御理論の構築を目指し、その成果の発表を行う。これまで解析した処理方法による発芽、成長過程の損傷・修復機構の影響の違いを体系的に確認するとともに、併用作用等による効果も検討する。

次年度使用額が生じた理由

本研究課題の目的を達成するために実験を追加します。さらに2023年度に得た実験データによる論文投稿を行う予定であり、その論文投稿費用として次年度に予算を継続しています。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023

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

  • [雑誌論文] Theory and application of growth delay analysis of colony formation for evaluation of injured population of the stressed fungal conidia2023

    • 著者名/発表者名
      ASADA RYOKO、YAMADA YOSHIE、SAKAMOTO JIN J.、FURUTA MASAKAZU、TSUCHIDO TETSUAKI
    • 雑誌名

      Journal of Microorganism Control

      巻: 28 ページ: 93~100

    • DOI

      10.4265/jmc.28.3_93

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gamma-irradiated <i>Aspergillus</i> conidia show a growth curve with a reproductive death phase2023

    • 著者名/発表者名
      Horikiri Shigetoshi、Harada Mami、Asada Ryoko、Tsuchido Tetsuaki、Furuta Masakazu
    • 雑誌名

      Journal of Radiation Research

      巻: 65 ページ: 28~35

    • DOI

      10.1093/jrr/rrad081

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Stress tolerance of fission yeast and accumulation of trehalose under oxidative stress2023

    • 著者名/発表者名
      Ryoko Asada , Yui Nakatani , Yoshiharu Tanaka , Masao Kishida , Masakazu Furuta
    • 学会等名
      The 11th International Fission Yeast Meeting (POMBE2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] 紫外線・ γ線照射 で 発 生する損傷芽胞の動態解析2023

    • 著者名/発表者名
      朝田 良子
    • 学会等名
      損傷菌セミナー 2023 「最近芽胞 の 抵抗性・損傷 と 制御」
  • [学会発表] Study on Atmospheric Plasma Heat Flux Increment Mechanism due to Reactive Oxygen Spices Production Promotion2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Matsuura , Takumi Nakano , Tran Trung Nguyen , Ryoko Asada
    • 学会等名
      The 4th INTERNATIONAL WORKSHOP ON PLASMAAGRICUL TURE(IWOPA4)
    • 国際学会
  • [学会発表] 枯草菌カタラーゼKatEのDJ-1ドメインによる機能付与2023

    • 著者名/発表者名
      坂元仁 , 朝田良子 , 古田雅一 , 土戸哲明
    • 学会等名
      日本防菌防黴学会第50回年次大会
  • [学会発表] コロニー形成曲線を用いたカビ胞子の損傷評価法の理論と適用2023

    • 著者名/発表者名
      山田芳枝 , 朝田良子 , 坂本仁 , 古田雅一 , 土戸哲明
    • 学会等名
      日本防菌防黴学会第50回年次大会
  • [学会発表] Methylobacterium radiotoleransによるバイオフィルム生成とその特性-定量的解析法のための予備的検討2023

    • 著者名/発表者名
      小山由真 , 朝田良子 , 坂元仁 , 古田雅一 , 土戸哲明 , 大薗英一
    • 学会等名
      日本防菌防黴学会第50回年次大会
  • [学会発表] 枯草菌全コルテックス分解酵素および発芽レセプター遺伝子多重欠損株ゲノムをベクターとした異種コルテックス分解酵素発現系の構築2023

    • 著者名/発表者名
      坂元仁 , 朝田良子 , 古田雅一 , 土戸哲明
    • 学会等名
      日本防菌防黴学会第50回年次大会
  • [学会発表] Induction of Oxidative Secondary Injury in E.coli cells by Different Types of Physical Treatment2023

    • 著者名/発表者名
      Vo C.Khanh , 朝田良子 , 坂元仁 , 古田雅一 , 土戸哲明
    • 学会等名
      日本防菌防黴学会第50回年次大会
  • [学会発表] Control Theory of Injured Microorganisms and Its Application for Food Loss Reduction2023

    • 著者名/発表者名
      R.Asada
    • 学会等名
      International Symposium of the Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University, World-Leading Engineering Research
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] oxyR欠損した大腸菌細胞の ゲル化剤によるコロニー形成の影響2023

    • 著者名/発表者名
      坂元 仁、朝田 良子、古田 雅一、土戸 哲明
    • 学会等名
      日本農芸化学会2024年度大会
  • [学会発表] 食品ロス低減を目的とした損傷菌の動態解析と制御理論の構築2023

    • 著者名/発表者名
      朝田良子
    • 学会等名
      アイソトープ・放射線研究発表会
    • 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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