圧力センサーによる細胞増殖圧の測定と固定化細胞の漏出機構のモデル化

本研究の目的は,微生物細胞の増殖圧を圧力センサーを用いて直接測定し,固定化細胞の漏出挙動と結び付ける漏出モデルを提案することである。具体的には、以下の実験および検討を行った。(1)細胞の増殖圧測定装置の試作と各種細胞の増殖圧の測定実験には,主としてアルコール発酵細菌,大腸菌,などで用い,増殖圧測定のための装置を試作した。圧力トランスジューサ-を装着した細胞保持部に培地を連続供給し,出力を連続的に記録した。細胞層の保持方法が重要であった。その結果、アルコール発酵細菌では,約2.7atm,大腸菌では,約2.5atmの最大増殖圧を記録した。最大増殖圧に達する時間は,炭素源の濃度に依存したが,最大圧はほぼ一定であった。このような高い増殖圧が発生する状況では,細胞濃度は極めて高く,物質移動抵抗の増大から,細胞の生存率は約70%に低下していた。(2)ゲルからの細胞の漏出挙動の測定上記の細胞をアルギン酸カルシウム,κ-カラギ-ナンに固定化し,灌流培養によってその漏出挙動を実測した。細胞が漏出する時点では,細胞表層のゲルが中の細胞コロニーの増殖に従い半球状に膨らみ,その一部に穴が生じて漏出していることが観察された。(3)担体ゲル強度データを組み合わせた細胞漏出モデルの構築と検証固定化担体粒子からの細胞漏出挙動を定量的に表現する簡単なモデルを作成した。しかし、ゲルの引張破壊強度は、最大増殖圧のさらに数倍から十数倍であるため,細胞漏出は,ゲルマトリックスの引張に起因する網目の拡大によるもの,あるいは,ゲル中の欠陥近傍の破壊によるものと推定された。

本研究の目的は,微生物細胞の増殖圧を圧力センサーを用いて直接測定し,固定化細胞の漏出挙動と結び付ける漏出モデルを提案することである。具体的には、以下の実験および検討を行った。(1)細胞の増殖圧測定装置の試作と各種細胞の増殖圧の測定実験には,主としてアルコール発酵細菌,大腸菌,などで用い,増殖圧測定のための装置を試作した。圧力トランスジューサ-を装着した細胞保持部に培地を連続供給し,出力を連続的に記録した。細胞層の保持方法が重要であった。その結果、アルコール発酵細菌では,約2.7atm,大腸菌では,約2.5atmの最大増殖圧を記録した。最大増殖圧に達する時間は,炭素源の濃度に依存したが,最大圧はほぼ一定であった。このような高い増殖圧が発生する状況では,細胞濃度は極めて高く,物質移動抵抗の増大から,細胞の生存率は約70%に低下していた。(2)ゲルからの細胞の漏出挙動の測定上記の細胞をアルギン酸カルシウム,κ-カラギ-ナンに固定化し,灌流培養によってその漏出挙動を実測した。細胞が漏出する時点では,細胞表層のゲルが中の細胞コロニーの増殖に従い半球状に膨らみ,その一部に穴が生じて漏出していることが観察された。(3)担体ゲル強度データを組み合わせた細胞漏出モデルの構築と検証固定化担体粒子からの細胞漏出挙動を定量的に表現する簡単なモデルを作成した。しかし、ゲルの引張破壊強度は、最大増殖圧のさらに数倍から十数倍であるため,細胞漏出は,ゲルマトリックスの引張に起因する網目の拡大によるもの,あるいは,ゲル中の欠陥近傍の破壊によるものと推定された。