Development of a novel detection method for whole bacterial cells using bacteriophages as recognition elements

开发一种以噬菌体为识别元件的全细菌细胞检测新方法

• 批准号: 21K05113
• 负责人: 渡辺 茂
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kochi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05113/
• 关键词: 蛍光性ナノエマルション; バクテリオファージ; 蛍光顕微鏡法; 細菌検出; 高輝度; 天敵ウイルス; 蛍光プローブ; 金ナノ粒子; 磁性ナノ粒子; 磁気分離; 暗視野顕微鏡法; 光散乱; プラウモニクス; ナノエマルション; 光機能性ナノ粒子

感染症を取り巻く環境は，細菌性食中毒の集団感染，院内感染の多発や新興・再興感染症の発生など多様化しており，早期診断・治療および二次感染の予防には迅速な微生物検査が不可欠である．宿主細菌に対して特異的に感染するバクテリオファージ（“天敵ウイルス”）を機能性ナノ粒子とハイブリッド化することでPCR法や免疫検出法に代わる新たな細菌検出技術への応用が期待できる．高感度かつ高選択的な細菌検出法の開発には，検体中，検出したい細菌にのみ結合し，その情報を我々が検出可能な物理信号に変換する蛍光プローブの開発が不可欠である．本年度は，ファージと蛍光性ナノエマルションを利用した細菌の蛍光検出法の開発について検討した．蛍光法を利用した高感度・高信頼性の細菌検出には，光安定性に優れ強力な蛍光を発する信号発信部位を有する蛍光プローブが求められる．これまでにファージの頭部に蛍光色素を結合させた蛍光プローブが開発されているが，輝度が低い上に光安定性にも欠ける．そこでオイルと界面活性剤からなる粒径が数十nmのナノエマルションに大量の蛍光色素を溶解させることで，光安定性に優れ高輝度な蛍光性ナノエマルションを開発した．次に表面にカルボキシル基を導入した蛍光性ナノエマルションを合成し，活性エステルへと導いた後，ファージとアミド結合を介して結合させることで蛍光性ナノエマルション修飾ファージを合成した．これを各種細菌と混合後，蛍光顕微鏡を用いて観察した．試料中の細菌がファージの宿主細菌（S.aureus）である場合，細菌から強力な蛍光が観察されたのに対して，宿主以外の細菌（E.coliなど）からは蛍光が観察されることがなく，蛍光性ナノエマルション修飾ファージを利用して，選択的に細菌を蛍光検出できることがわかった．

Infectious disease selection environment, bacterial food poisoning cluster infection, nosocomial infection, multiple emergence, re-emergence of infectious disease, multiple occurrence, early diagnosis, treatment and prevention of secondary infection, rapid microbial screening is indispensable. The host bacteria are responsible for specific infections, such as "prey", functional particles, and immune detection techniques. The development of highly sensitive and highly selective bacterial detection methods in vivo, detection of bacteria, detection of information, detection of possible physical signals, conversion of light, and development of detection methods are indispensable. This year, the development of bacterial photodetection methods was investigated. The light method uses high sensitivity and high reliability bacteria to produce light. The light pigment of the head of the lamp is combined with the light of the lamp, and the brightness is low and the light stability is low. A large amount of fluorescent pigment is dissolved in the solution, and the light stability is excellent. The high brightness and the high brightness of the fluorescent pigment are developed. The second surface of the film is the introduction of the first optical element, the second optical element, the third optical element, the fourth optical element, the fourth optical element, the optical element, the fourth optical element. After all kinds of bacteria are mixed, they can be detected by light microscope. The bacteria in the test sample and the host bacteria (S.aureus) are strong in light detection, and bacteria other than the host (E.coli) are strong in light detection, and light modification is used, and selected bacteria are strong in light detection.

项目成果

バクテリオファージ修飾SiO2@AuNPコア-シェル型ナノ粒子を利用した細菌の暗視野顕微鏡検出

使用噬菌体修饰的 SiO2@AuNP 核壳纳米粒子对细菌进行暗场显微检测

• 发表时间: 2022
• 作者: 今井 斉志，仁子 陽輔，波多野 慎悟，渡辺 茂，内山 伊代，内山 淳平，松崎 茂展

バクテリオファージ由来の標的認識分子を利用した病原性細菌の金ナノ粒子凝集比色検出

使用噬菌体衍生的目标识别分子比色检测病原菌的金纳米颗粒聚集体

• 发表时间: 2022
• 作者: 綱澤彬仁，仁子陽輔，波多野慎吾，渡辺 茂

金属ナノ粒子，微粒子の合成，調製と最新応用技術 「金平糖型金ナノ粒子の作製と細菌検出技術の開発, 」

金属纳米颗粒和微米颗粒的合成制备及最新应用技术：“纸屑型金纳米颗粒的制备及细菌检测技术的开发”，

• 发表时间: 2021
• 作者: Funo Sota;Sato Fumikazu;Cai Zhiwei;Chang Gang;He Yunbin;Oyama Munetaka;渡辺 茂
• 通讯作者: 渡辺 茂