Proposal and application of new microbial culture method focused on the headspace conditions of shake-flask

针对摇瓶顶空条件的微生物培养新方法的提出及应用

• 批准号: 16J00800
• 负责人: 高橋 将人
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J00800/
• 关键词: 振盪フラスコ培養; 二酸化炭素; 酸素; 集積培養; 純粋培養; モニタリング; サンプリング; 二酸化炭素換気; 二酸化炭素換気能

振盪培養中のフラスコ内の気相環境のガス成分の変化が、培養微生物群集や単一菌株に及ぼす影響はほとんど研究されておらず、未解明である。平成29年度は、申請者が発見した新奇な現象（振盪フラスコ培養中の間欠的な気相環境への操作が集積される培養微生物群集に影響を及ぼす）を対象に、平成28年度に実施した課題①【新奇な現象のメカニズムの解析】と課題②【単一菌を用いた振盪フラスコ培養法の解析】に対して詳細な解析を行い、課題③【Automatic Aeration Flask System（AAFS）の改良】を行い、以下の点を明らかにした。課題①に対して：従来法では、設定培養温度と同じ至適培養温度である微生物が優先化するが、振盪フラスコ培養中に間歇的な通気を行い一時的な溶存CO2濃度の低下をもたらすことで、至適培養温度が低い微生物が優先化することが明らかとなった。これらの微生物種は、本来の至適培養温度下と異なる性質を有することが示唆され、近年、改めて定義された微生物種が含まれていた。課題②に対して：坂口フラスコと三角フラスコを用いた振盪培養結果から、気相部のCO2を除去することで、従来法と比べてEscherichia coliの増殖が改善することが明らかとなった。また、Saccharomyces cerevisiaeの増殖は改善できなかったが、S. cerevisiaeを用いてフラスコ気相部のCO2濃度やO2濃度が鉛直方向に濃度勾配が形成していることを見出した。課題③に対して：予めCO2ガスと新鮮空気を混合ガス容器内に充填させ、コンプレッサーの代わりに混合ガス容器をAAFSに接続し、フラスコ気相部に一定速度で通気できる定速制御型と、コンプレッサーの代わりに純CO2ガスボンベをAAFSに接続し、フラスコ気相部への通気口の上流に設けた電磁弁とCDMSSをPID制御で接続した変速フィードバック型を開発した。

Changes in the chemical composition of the atmosphere in the culture medium, culture of microbial clusters, and effects on the growth of microorganisms were studied. Heisei 29th year, the applicant has seen the novelty phenomenon (Effect of different phase environment on accumulation of cultured microorganisms in culture) Topic 3: Improvement of Automatic Aeration Flask System (AAFS) Problem 1: In order to optimize the culture temperature and optimize the culture temperature, priority should be given to microorganisms. In order to optimize the culture temperature and optimize the culture temperature, priority should be given to microorganisms with low dissolved CO2 concentration. The microbial species are originally different in nature at the optimum culture temperature. In recent years, the definition of microbial species has been changed. The results of shaking culture were compared with those of Escherichia coli.また、Saccharomyces cerevisiaeの増殖は改善できなかったが、S. The CO2 concentration and O2 concentration in the vertical direction of the Cerevisia phase are formed. Question 3: For CO2 gas and fresh air mixture in the container filling, gas phase part of the mixture in the AAFS connection, gas phase part of a certain speed, gas flow control, gas phase part of the pure CO2 gas mixture in the AAFS connection, gas phase part of the gas flow port upstream set, electromagnetic and CDMSS PID control, speed control, gas phase part of the gas flow port open.

项目成果

Development of novel microbial culture system focused on the headspace of the shake flask

以摇瓶顶部空间为重点的新型微生物培养系统的开发

• 发表时间: 2016
• 作者: 青柳秀紀;高橋将人;斎藤涼;長谷川智弘;小林和輝;高野力;高橋 将人;Masato TAKAHASHI;高橋 将人;高橋 将人;Masato TAKAHASHI
• 通讯作者: Masato TAKAHASHI

Effect of intermittent opening of breathable culture plugs and aeration of headspace on the structure of microbial communities in shake-flask culture

间歇打开透气培养塞和顶部空间通气对摇瓶培养微生物群落结构的影响

• DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.01.009
• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of Bioscience and Bioengineering
• 影响因子: 2.8
• 作者: Takahashi Masato;Aoyagi Hideki
• 通讯作者: Aoyagi Hideki

Behavior analysis of CO2 and O2 in gas-liquid phases of shake flask during cultivation

培养过程中摇瓶气液相中CO2和O2的行为分析

• 发表时间: 2016
• 作者: 青柳秀紀;高橋将人;斎藤涼;長谷川智弘;小林和輝;高野力;高橋 将人;Masato TAKAHASHI
• 通讯作者: Masato TAKAHASHI

従来の微生物培養法の特性：問題点と解決策の提案

传统微生物培养方法的特点：问题及解决方案

• 发表时间: 2017
• 作者: 青柳秀紀;高橋将人;斎藤涼;長谷川智弘;小林和輝;高野力
• 通讯作者: 高野力

振盪フラスコ培養中の気相および液相のCO2とO2の挙動解析

摇瓶培养过程中 CO2 和 O2 在气相和液相中的行为分析

• 发表时间: 2016
• 作者: 青柳秀紀;高橋将人;斎藤涼;長谷川智弘;小林和輝;高野力;高橋 将人;Masato TAKAHASHI;高橋 将人
• 通讯作者: 高橋 将人