Why can microorganisms withstand drying? Elucidation of drying adaptation mechanism by glass transition of microbial cells

これまでに検討されていないグラム陽性病原菌の一つであるBacillus cereusを対象として、ガラス転移現象と乾燥耐性との関係性の普遍性を検討するとともに、乾燥過程の違いが細菌細胞のTgや生存挙動に与える影響を明らかにすることを目的とした。その結果、B.cereus細胞のガラス転移温度は、乾燥方法や保存aw、乾燥温度の影響があった。さらにTgと菌体を保存した温度の差を用いることで、乾燥条件や乾燥後の保存条件の違いによらず、乾燥環境下におかれたB.cereus細胞の生存挙動を判断できることが分かった。凍結乾燥した細菌（Cronobacter sakazakii）を様々な水分活性（aw）に調製し、25℃での応力緩和挙動を調べた。低aw領域では殆ど応力緩和しなかったが、高awでは応力緩和が見られた。応力緩和の度合いとawとの関係から、細菌が軟化（力学応答として捉えたガラス-ラバー転移）を開始するawを決定した。一方、重水を用いて様々なawの細菌試料を調製し、中性子弾性散乱から原子（主に水素）の平均二乗変位（mean square displacement, MSD）を温度の関数として評価した。MSDの温度依存性が変化する温度を動力学転移温度（dynamical transition temperature, Td）として決定し、最も高温で認められたTdはawの増加と共に直線的に低下し、Tdが25℃になるときのaw は、力学的ガラス-ラバー転移が起こるawと一致した。細菌を親水性の非晶質高分子と仮定すると、静菌した細菌が活動再開するには緩和時間10^-5秒程度の分子ダイナミクスが必要であると見積もられた。高分子科学分野では非晶質材料に硬化剤や可塑剤を配合することでガラス-ラバー転移温度を変化させて品質を制御している。これと同じように微生物の静菌挙動も制御できる可能性を示した。

これまでに検討されていないグラム陽性病原菌の一つであるBacillus cereusを対象として、ガラス転移現象と乾燥耐性との関係性の普遍性を検討するとともに、乾燥過程の違いが細菌細胞のTgや生存挙動に与える影響を明らかにすることを目的とした。その結果、B.cereus細胞のガラス転移温度は、乾燥方法や保存aw、乾燥温度の影響があった。さらにTgと菌体を保存した温度の差を用いることで、乾燥条件や乾燥後の保存条件の違いによらず、乾燥環境下におかれたB.cereus細胞の生存挙動を判断できることが分かった。凍結乾燥した細菌（Cronobacter sakazakii）を様々な水分活性（aw）に調製し、25℃での応力緩和挙動を調べた。低aw領域では殆ど応力緩和しなかったが、高awでは応力緩和が見られた。応力緩和の度合いとawとの関係から、細菌が軟化（力学応答として捉えたガラス-ラバー転移）を開始するawを決定した。一方、重水を用いて様々なawの細菌試料を調製し、中性子弾性散乱から原子（主に水素）の平均二乗変位（mean square displacement, MSD）を温度の関数として評価した。MSDの温度依存性が変化する温度を動力学転移温度（dynamical transition temperature, Td）として決定し、最も高温で認められたTdはawの増加と共に直線的に低下し、Tdが25℃になるときのaw は、力学的ガラス-ラバー転移が起こるawと一致した。細菌を親水性の非晶質高分子と仮定すると、静菌した細菌が活動再開するには緩和時間10^-5秒程度の分子ダイナミクスが必要であると見積もられた。高分子科学分野では非晶質材料に硬化剤や可塑剤を配合することでガラス-ラバー転移温度を変化させて品質を制御している。これと同じように微生物の静菌挙動も制御できる可能性を示した。