藻類細胞を電気的に高速形状判断するマイクロ流体デバイスの開発

2021-08-10

ユーグレナを用いた地球温暖化対策への応用に期待

ユーグレナを用いた地球温暖化対策への応用に期待

2021-08-10 奈良先端科学技術大学院大学

概要

奈良先端科学技術大学院大学(学長:塩﨑一裕)先端科学技術研究科物質創成科学領域のヤリクンヤシャイラ准教授と細川陽一郎教授は、理化学研究所(理事長:松本紘)生命機能科学研究センターの田中陽チームリーダーと株式会社ユーグレナ(代表取締役社長:出雲充)の鈴木健吾執行役員研究開発担当と共同で、藻類の一種ユーグレナのインピーダンスを高速で計測できるマイクロデバイスを開発しました。

近年、地球温暖化対策を産業によって解決するべく、植物や微生物が行う光合成で二酸化炭素を活用し有用物質をつくる研究が進んでいます。なかでも多糖類を効率よく産生するユーグレナは、健康食品、化粧品、バイオプラスチック、バイオ燃料の原料や、二酸化炭素の処理などで有望視されていますが、より産業で活用するには、より生産性の高いユーグレナ株の選別がその一助となります。効率よく光合成を行うには、光を有効に使う必要がありますが、それにはユーグレナの大きさや、細い・太いといった形状が重要なファクターです。ユーグレナの形状は、ユーグレナ自体の持つ生体時計、代謝、細胞周期、培養環境と密接に関係します(図1(a))。このため、ユーグレナの形状をいかに高速かつ大量、正確に識別できるかが、より生産性の高いユーグレナを得るための重要課題になります。

これまで、顕微鏡下での光散乱を用いて画像を取得するなどの光学的な手法で個々のユーグレナの形状を識別していましたが、低コスト化や処理能力の改善、小型化、自動化による培養槽組込みなどが研究において望まれていました。今回開発したシステムは、マイクロ流体デバイスを用いて、連続的に複数のユーグレナの形状を瞬時に判断します。本システムでは電気的に測定を行うため、顕微鏡のような光学的装置は必要ありません。このシステムでは、流路チャネル内に特殊な構造のマルチ電極を配置し(図1(b))、マルチ電極上をユーグレナが横切る時の信号の持続時間、振幅、波形から、ユーグレナの形状を高速で連続して識別できるようになりました。時間あたりの処理能力としては、毎秒1,000細胞の高速で識別することができます。さらに、ユーグレナ以外の藻類や微生物の形状判断に応用可能なことと、小型で、かつ連続して形状を識別することができるデバイスの特徴を生かし、フィールドで使用できる可搬可能なシステム構築や、培養槽での藻類の常時モニタリングへの応用が可能となり、急速に高まっている藻類産業(スマートセル産業)への展開が期待されます。

今回の研究成果は、2021年8月10日(火)にBiosensors and Bioelectronics誌 (Elsevier, Netherlands)にインターネット掲載されました。

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