Microbial individual ecology based on cell isolation and observation

本課題では、「細菌個体の生理活性ダイナミクスが、群集レベルでの機能に波及する機構」を明らかにするために、「細菌群集の中の個体(1細胞)の形質」の測定方法の確立を目的に研究を進めている。細菌個体隔離技術として、超微小液滴作製デバイス[フェムトリッター・ドロップレット・アレイ(Femtoliter droplet array, FemDA)]を使用した。これは、1cm角の薄板ガラスに微細加工技術を用いて30fLの容器を100万個整列したものである。令和3年度に実施した実験の結果から、培養株の個体性状測定では、1)細菌密度、2) 各個体の細胞サイズ、各個体が細胞膜結合型酵素の有無が増殖サイクル上での異なるステージ（遅滞期、対数増殖期、定常期、死滅期）において、個体間の形質にばらつきが生じることが明らかになった。令和4年度では、この個体性状測定における測定パラメータの追加およびデータ取得における高効率化に取り組んだ。観測の結果、細胞個体から離れて、遊離した状態でも機能する酵素群（細胞外酵素）の存在と、増殖サイクル上での変動が顕著であることがあ確認できたので、これを今後の取得する際の測定パラメータとして追加する。またデータ取得に関しては、デバイス上の液滴および液滴内の細胞認識、細胞性状および細胞外酵素活性データ取得を行う画像解析技術の構築を行った。この画像技術の構築により、本研究課題である対象培養株あるいは対象環境微生物群集中個体の細胞性状測定を正確・迅速に行うことが期待できる。

本課題では、「細菌個体の生理活性ダイナミクスが、群集レベルでの機能に波及する機構」を明らかにするために、「細菌群集の中の個体(1細胞)の形質」の測定方法の確立を目的に研究を進めている。細菌個体隔離技術として、超微小液滴作製デバイス[フェムトリッター・ドロップレット・アレイ(Femtoliter droplet array, FemDA)]を使用した。これは、1cm角の薄板ガラスに微細加工技術を用いて30fLの容器を100万個整列したものである。令和3年度に実施した実験の結果から、培養株の個体性状測定では、1)細菌密度、2) 各個体の細胞サイズ、各個体が細胞膜結合型酵素の有無が増殖サイクル上での異なるステージ（遅滞期、対数増殖期、定常期、死滅期）において、個体間の形質にばらつきが生じることが明らかになった。令和4年度では、この個体性状測定における測定パラメータの追加およびデータ取得における高効率化に取り組んだ。観測の結果、細胞個体から離れて、遊離した状態でも機能する酵素群（細胞外酵素）の存在と、増殖サイクル上での変動が顕著であることがあ確認できたので、これを今後の取得する際の測定パラメータとして追加する。またデータ取得に関しては、デバイス上の液滴および液滴内の細胞認識、細胞性状および細胞外酵素活性データ取得を行う画像解析技術の構築を行った。この画像技術の構築により、本研究課題である対象培養株あるいは対象環境微生物群集中個体の細胞性状測定を正確・迅速に行うことが期待できる。