プロダクトイノベーション

未培養微生物スクリーニング用高周波電位発生装置電位刺激を利用した放線菌のスクリーニング

小山 純弘

Sumihiro Koyama

エイブル株式会社

Published: 2019-04-01

はじめに

図1図1■高周波電位発生装置に本稿で紹介する高周波電位発生装置を示す.本装置は,生きた微生物を電極基板上に付着させた後,高周波電位刺激で微生物を振動させることにより,未培養微生物のコロニー形成率を飛躍的に高めることができる.

図1■高周波電位発生装置

筆者は±1 V vs. Ag/AgCl, 3 MHzの矩形波電位を出力するため,装置間の配線をいじくっていると,偶然,±10 mV vs. Ag/AgCl, 9 MHzの三角波電位が発振した(1)1) S. Koyama: J. Biosci. Bioeng., 111, 574 (2011) corrigendum in: J. Biosci. Bioeng., 114, 240 (2012)..この微弱な三角波電位を,電極基板上に付着培養していた動物細胞に加えると何が起こるのか,筆者は興味本位で調べてみた.すると,動物細胞が生きたまま電極基板上から剥がれることを発見した(1)1) S. Koyama: J. Biosci. Bioeng., 111, 574 (2011) corrigendum in: J. Biosci. Bioeng., 114, 240 (2012)..トリプシンを使わずに微弱な高周波電位だけで剥離した動物細胞は,正常な増殖を示した(1)1) S. Koyama: J. Biosci. Bioeng., 111, 574 (2011) corrigendum in: J. Biosci. Bioeng., 114, 240 (2012)..ポテンシオスタット機能を搭載した高周波電位発生装置の開発は,この発見から始まっている.水の電気分解が生じない程度の微弱な変動電位を「動物細胞」に加えると,増殖に寄与する細胞内シグナル伝達経路が活性化され,遺伝子発現やタンパク質の生産,細胞の分化誘導を引き起こすことが報告されている(2~5)2) K. Kimura, Y. Yanagida, T. Haruyama, E. Kobatake & M. Aizawa: J. Biotechnol., 63, 55 (1998).3) K. Kimura, Y. Yanagida, T. Haruyama, E. Kobatake & M. Aizawa: Med. Biol. Eng. Comput., 36, 493 (1998).4) S. Koyama, T. Haruyama, E. Kobatake & M. Aizawa: Nat. Biotechnol., 15, 164 (1997).5) S. Koyama, Y. Yanagida, T. Haruyama, E. Kobatake & M. Aizawa: Cell. Eng., 1, 189 (1996)..これより筆者は微弱な変動電位刺激を,休眠状態にある「微生物」に直接加えることで,何らかの微生物機能が活性化され,培養可能な状態に変化するのではないかと考えた.

そこで,筆者らが開発した高周波電位発生装置を使って微生物にさまざまな変動電位刺激を加える実験を行った.その結果マイナス電位を印加した透明電極基板上に土壌微生物を付着させ,正弦波電位刺激を加えた後,回収してプレートで培養すると放線菌が選択的に培養できることを発見した(図2図2■電位刺激を利用した放線菌スクリーニング).また,正弦波電位刺激によって得られた全菌株の59%は,新種または新種の可能性が高いことも示された(図3図3■駿河湾深海底堆積物コアサンプルからの未培養微生物のスクリーニング).