Microbial individual ecology based on cell isolation and observation

基于细胞分离和观察的微生物个体生态学

基本信息

批准号：
20K21455
负责人：
横川太一
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K21455/
关键词：
細菌個体隔離技術細菌個体生態学微生物生態学

项目摘要

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。

在这个项目中，我们的目标是建立一种测量细菌群落中个体（一个细胞）特征的方法，以阐明个体细菌的生理活动动态溢出到群落水平功能的机制。为此目的进行研究。作为细菌个体分离技术，使用了超小液滴产生装置[Femtoliter液滴阵列（FemDA）]。这是一百万个 30fL 容器的阵列，由 1cm 见方的薄玻璃板采用微加工技术制成。从2021财年进行的实验结果来看，我们发现，在测量培养菌株的个体特征时，我们发现1）细菌密度，2）每个个体的细胞大小，以及细胞膜结合酶的存在或不存在。每个个体在生长周期的不同阶段，在滞后期、对数生长期、稳定期和死亡期，个体之间的性状存在差异。 2020 财年，我们致力于添加用于测量单个属性的测量参数并提高数据采集的效率。观察的结果，我们确认了一组酶（细胞外酶）的存在，即使在与单个细胞分离并处于游离状态时也能发挥作用，并且生长周期的波动是显着的，将其添加为测量。参数时在数据采集方面，我们构建了一种图像分析技术，用于识别设备上的液滴和液滴内的细胞，并获取细胞特性和细胞外酶活性的数据。通过构建这种成像技术，我们期望能够准确、快速地测量目标培养菌株或目标环境微生物簇的细胞特性，这也是本研究的主题。