JP2007319103A - 微生物分離システム - Google Patents

Abstract

【課題】試料液中の微生物を効率良く、かつ生存させたままで分離し、有効利用を可能にし、分離から搬送，利用までを一貫して行う。
【解決手段】微生物を収容した試料液容器３４と、分離器１と、受容器４７を備え、試料液から微生物を分離する微生物分離システムにおいて、微生物検出センサーと、複数の受容器４７が連結され識別指標が設けられたプレート４９と、を備え、微生物検出センサーにより微生物が通過したと判断された場合、試料液の供給を停止させ、その後検出された微生物を試料液とともに排出して受容器に注入を開始し、注入の開始から終了までの間に微生物が検出された回数を分離個数とし、分離情報として分離個数，識別指標毎に微生物を注入した受容器４７の番号，分離時の微生物検出センサーからの信号波形，日時，温度、を記憶する。
【選択図】図３

Description

本発明は、試料液中に分散して混入している微生物を分離して容器に注入し、それを利用する微生物分離システムに関する。

微生物（含細菌）は飲食物の製造や廃水処理など様々な分野で有効利用されている。微生物は例えば乳酸菌，大腸菌といったようにそれぞれの特徴によって分類されているが、これらの菌は、さらに細かく分類される。微生物を利用する場合、同じグループに属している微生物でも、細かく分類するとそれぞれの能力が異なるため、利用目的に対して最も適した微生物を利用しなければならない。そして、それぞれのグループに属する微生物について、最も細かく分類された「株」の段階まで分類し、それぞれの「株」の能力を比較する必要がある。
微生物を一種類の「株」に分ける場合、一般に段階希釈法により手作業で分離作業を行っていた。また、微生物などの粒子を計測する装置として、特許文献１などに記載されている粒子解析装置が知られている。さらに、微生物を自動的に分離できる装置として、フローサイトメトリー装置が知られ、微生物を含む試料液に光を照射して、液中の微生物の種別を判別し、下流の分離機構によって目的の微生物を得るものであり、例えば、特許文献２に記載されている。

特開２０００−７４８１６号公報 特開平９−１４５５９３号公報

上記従来技術では、微生物を生きたまま検出し、かつ分離できないので、分離した後の微生物を有効的に利用することはできない。また、微生物を獲得したときの状況が明確でなく、微生物の素性，性質を把握することが困難である。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、試料液中の微生物を効率良く、かつ生存させたままで分離し、有効利用を可能にすることにある。また、分離から搬送，利用までを一貫して行ったり、管理したりすることを容易にし、効率的な有効利用を図ることのできる微生物分離システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、分離装置として、微生物を含む試料液を収容した試料液容器と、第１流路と第２流路を有する分離器と、前記試料液容器内の試料液を前記第１流路に供給するポンプと、搬送液を収容した搬送液容器と、前記搬送液容器内の搬送液を前記第２流路に供給する搬送液ポンプと、前記第２流路の終端側から排出される前記試料液を含んだ搬送液を受ける受容器を備え、試料液中に分散して混入する微生物を分離する微生物分離システムにおいて、前記第１流路の終端と第２流路の中間に設けられ微生物の通過によって検出信号を発生する微生物検出センサーと、複数の前記受容器が連結され識別指標が設けられたプレートと、を備え、前記微生物検出センサーにより微生物が通過したと判断された場合、前記第１流路への試料液の供給を停止させ、その後前記検出された微生物を試料液と共に前記第２流路の終端側から排出して前記受容器に注入を開始し、注入の開始から終了までの間に微生物が検出された回数を分離個数とし、分離情報として前記分離個数，前記識別指標毎に微生物を注入した前記受容器の番号，分離時の前記微生物検出センサーからの信号波形，日時，温度、を記憶するものである。

本発明によれば、試料液中の微生物を効率良く、かつ生存させたままで分離して有効利用を可能にし、分離から搬送，利用までを一貫して行うことができる。

図１，図２は、一実施の形態である微生物分離システムの一部である分離装置を示す概略の構成図である。図１，図２に示す微生物分離装置は、分離器１と第１流路２に菌液を流入させるための流入口３と、菌液を送り込むポンプ３２と、菌液が貯留されている試料液容器３４と、試料液容器３４から微生物含有液を送液するための流路３５と、第１流路２から送り出された微生物を、搬送液によって押し流すための第２流路１０と、第２流路に搬送液を流入させるための流入口９と、搬送液を送り込む搬送液ポンプ４２と、搬送液が貯留されている搬送液容器４４と、搬送液容器４４から微生物含有液を送液するための流路４５と、第２流路１０を流れる液体を外部に導くための流出口１１と、流出口１１に接続されたノズル４６と、を有する。
また、ノズル４６から吐出される液体を受け入れる受容器４７と、複数の受容器４７が一つの容器群として連結されたプレート４９と、そのプレートを識別するため、バーコードやＩＣタグによる識別指標４８と、微生物検出センサーの役目を持つ電極７，８間の抵抗を計測するための計測装置５５と、計測装置５５と電極間を接続する導線５１，５２と、ポンプ３２，４２の駆動制御を行うための駆動制御装置５６と駆動用信号を伝送する信号線５３，５４を備えている。

搬送液ポンプ４２で搬送液を充填し搬送液の吐出に備え、第１流路２から微生物を含んだ菌液をポンプ３２の駆動により吐出する。このとき常に電極７，８間の抵抗を計測し続け、第１流路２と第２流路１０の合流部は、流路断面積の小さなオリフィスになっており、ここを微生物が通過すると電極７，８間の抵抗値の変化となって現れる。抵抗の変化を計測装置５５で検知し、微生物が通過したと判断された場合、駆動制御装置５６がポンプ３２を停止させる。通過した微生物は第２流路１０に滞在し、微生物を受容器４７に送り込み、注入を開始するために、搬送液ポンプ４２を吐出方向に駆動する。微生物を含んだ搬送液はノズル４６を通って任意の受容器４７のひとつに注入される。さらに、分離器１を移動して別の受容器４７の上に配置し、動作を繰り返すことによって連続的に複数の容器に微生物を一個ずつ注入できる。

搬送液ポンプ４２を吐出方向に駆動する際、第１流路２に留まっているはずの微生物がオリフィスを通過してしまい、注入の開始から終了までの間に微生物が検出されて、元々分注するはずの微生物と合わせて２個以上を受容器４７に分注することがあり、微生物検出センサーにより微生物が通過したと判断された回数が受容器４７に分注された分離個数を示すことになる。
準備した菌液３４（試料液容器）の菌濃度が希薄であった場合、ポンプ３２で菌液を送液し続けても微生物がオリフィスをなかなか通過しない。このため、菌液中の液体だけノズル４６から滴下することになり、受容器４７の注入可能容積が減少する。そして、微生物分注時の搬送液ポンプ４２からの必要吐出量には下限値があるため、下限値よりも注入可能容積が減少し、その容積には微生物を分注できなくなる。したがって、その受容器
４７の分離個数は０個となる。

図３は微生物分離システムを示し、図４は微生物分離システムのフローチャートである。分離装置１０１内にあるセンサーが発生する信号は分離装置用端末１０２を通してサーバー１３２に記憶される。また、分析装置１１１で計測した結果の値は分離装置用端末を通してサーバー１３２に記憶される。微生物分離システムの利用者はそれぞれの所有する端末１４１，１４２，１４３等からインターネットを介してサーバー１３２にアクセスし、分離結果や分析結果を閲覧し、指示を入力できるシステムとなっている。また、分離結果は微生物の個数であり、微生物の存在を調べ、培養容器内の吸光度や蛍光度，ｐＨ，酸化還元電位，ＣＯＤ，ＢＯＤ，ＴＯＣ溶存酸素濃度を測ったり、試薬を用いて微生物を染色してその吸光度や蛍光度を測ったりして、そのデータ値が分析結果である。さらに、微生物の代謝物を直接もしくは試薬等を用いて間接的に計測しても良い。

システムの利用者は、複数種が混在する微生物溶液（試料液）を準備し、分離操作実施者に引き渡す。このとき、培養の要否，分析の要否などのデータをサーバー１３２に記憶させる。実施者は分離装置１０１を利用して引き受けた微生物溶液の分離操作を実施する。微生物を分離する度にセンサーから波形を取得し、プレート４９に添付された識別指標４８のデータを自動的に読み取り、微生物を注入した受容器４７の番号，分離時の波形，日時，温度等とともにセンサーの波形をサーバー１３２に記憶する。分離装置１０１の動作によっては受容器４７に注入される微生物の個数が０個や１個，２個以上の場合があり、分離個数情報も合わせて分離情報として記憶される。

培養が不要な場合は実施者から分離済の容器が利用者に引き渡される。利用者は、サーバー１３２にアクセスして、容器に記載されている容器番号を入力あるいは識別指標の読み取り装置で読み取ると、容器の分離結果として分離個数情報を閲覧できる。サーバーに記憶された分離個数情報により容器に入っている微生物数が１個のもの以外、つまり０個の容器と２個以上の容器は分析，回収する価値がないので対象外の表示を行う。

培養が必要な場合は、利用者はサーバー１３２にアクセスし、図５に示す分析個数決定画面２０１が表示される。１個として分離した微生物が、実際に１個であるかどうかを分離時の計測波形の面から精査し、２個以上の塊もしくは、微生物よりも小さいゴミであった容器を排除する。分析個数決定画面２０１は、検知波形，吸光度の計測電圧のヒストグラム，プレートを識別するための識別指標４８であるプレートＩＤ，受容器番号（プレート上の位置を示す行列）及び数，培養費用，分析費用などを表示する。

画面左上の検知波形２０２は、各容器の分離時に検知したセンサーからの波形を示し、画面左下のヒストグラム２０３は、全ての検知波形のピーク高さをヒストグラムにして表示している。表示される検知波形は、例えば電圧計測の場合は、微生物通過時の抵抗変化による計測電圧の変化をデータ化して記憶する。
検知波形の高さは、センサーを通過した物体の体積にほぼ比例する。よって、通過微生物が１個の場合、波形の高さの上限値と下限値を設定することで、２個以上が塊となって通過した場合、波形の高さが約２倍となって上限値を超え、微生物よりも小さなゴミは下限値を下回ることとなる。

利用者は、検知波形とヒストグラムの二つのデータを利用して培養する容器を決定する。決定する下限値を小さくし過ぎると、微生物よりも小さいゴミを分離した容器を培養することになり、上限値を大きくし過ぎると微生物が２個以上の塊として分離された容器を培養することになる。つまり、閾値である上限値と下限値の設定の仕方によって、培養対象となる容器の数が変化する。

二つのしきい値を変更することで、該当する容器の数をサーバー１３２内でリアルタイムに計算し、画面右下の該当容器数を表示する。さらに、培養に必要な費用２０８と分析に必要な費用２０９がサーバー１３２で計算されて画面に表示される。分析もしくは回収の費用は対象となる容器の数に依存する。閾値を縮小すれば対象容器の個数が減少して費用は低減し、閾値を拡大すると対象個数が増加し費用も増加する。
画面右上のプレート情報２０４には該当する容器が着色されて表示され、プレートＩＤ２０５や容器番号２０６を変更することで全ての波形を確認することを可能とする。これらの結果を元に、利用者は上限値と下限値を決定する。

閾値の決定は、ヒストグラムを利用して自動的に行わせても良く、ヒストグラムには極大値と極小値が表示されているので、微生物１個の大きさを認識させることは容易となる。したがって、このデータを基に自動的に閾値を決定しても良い。

次に、利用者が分析個数決定画面２０１を確認して受容器を指示し、指示された受容器を培養する。培養する空間は、雑菌汚染防止の観点から分離装置と隣接していることが好ましく、受容器の移動距離が短いほど環境の変化が小さくて済む。したがって、分離装置と、分析装置と、培養装置と、は連続した無菌空間、例えば恒温室に配置することが良い。

分析不要であれば培養を完了した微生物を引き渡し、分析が必要であれば該当する受容器の分析を実施する。分析の方法は、微生物が死滅しない方法であれば培養した菌の全量を利用しても構わない。しかし、分析によって微生物が死滅してしまう場合には、対象の容器から必要最低限の微生物およびその培養液を取り出して分析を行う。分析結果はサーバー１３２で記憶される。この後、利用者はサーバーにアクセスし、図６に示す回収個数決定画面２１２を閲覧する。画面左下には、分析値のヒストグラム２１１が表示され、取得目標の微生物の分析値となる範囲を決定する。分析結果とは、吸光度などの計測結果であって、微生物の存在量によって変化する。あるいは、例えば、目的の微生物だけが代謝物として排出する化学種に対して反応する試薬を注入し、その結果から目的の微生物の存在を知り、その結果をデータ化しても良い。

しきい値の変化とともに該当する容器数２０７をサーバー１３２が計数し、画面右下に表示する。合わせて回収に要する金額２１０も表示する。プレート情報２０４には分析結果に基づいた値、もしくは色情報に変換した値を表示する。しきい値の決定を受けて、実施者は微生物の回収を行い、利用者に分離，分析を行った微生物を引き渡すこととなる。

以上、分離結果や分析結果を基に次のステップで利用する容器の数を決定するため、使用する薬品や分析時間を低減でき、費用の削減が図られる。また、例えば分離から培養まで、一連の作業を実施者側で雑菌の存在しない閉空間，恒温室で行うことが可能となり、雑菌の混入を防ぎやすくなり、適切な培養環境を保ち、純粋な菌を得られる確率が高まる。さらに、無駄な容器を利用者に引き渡すこともなく、分離後から分析終了までの容器の移動を最小限に抑えることができるため、効率良く、かつ微生物の培養環境の変化を小さく抑えることができる。
また、海外から微生物を持ち込む場合は、その素性を把握していた方が輸入時の検疫を通過しやすい。したがって、微生物が存在していそうな土壌や水などを持ち込むのではなく、現地で分離，分析を行い、性質を把握することが好ましいが、分離結果や分析結果はネットワークを介して認識することが可能となる。したがって、分離結果の判断基準や分析結果の判断基準を遠隔操作することができ、有用微生物の獲得を効率的に行うことができる。

本発明の一実施形態による分離器を示す概略構成図。 一実施形態による分離装置を示すブロック図。 一実施形態によるシステム構成図。 一実施形態による処理フロー図。 一実施形態による分析個数決定画面を示す図。 一実施形態による回収個数決定画面を示す図。

符号の説明

１…分離器、２…第１流路、７，８…電極（微生物検出センサー）、１０…第２流路、３２…ポンプ、３４…試料液容器、４２…搬送液ポンプ、４７…受容器、４８…識別指標、４９…プレート、１０１…分離装置、１３２…サーバー、１４１，１４２，１４３…端末、２０１…分析個数決定画面、２１２…回収個数決定画面。

Claims (7)

1. 分離装置として、微生物を含む試料液を収容した試料液容器と、第１流路と第２流路を有する分離器と、前記試料液容器内の試料液を前記第１流路に供給するポンプと、搬送液を収容した搬送液容器と、前記搬送液容器内の搬送液を前記第２流路に供給する搬送液ポンプと、前記第２流路の終端側から排出される前記試料液を含んだ搬送液を受ける受容器を備え、試料液中に分散して混入する微生物を分離する微生物分離システムにおいて、
   前記第１流路の終端と第２流路の中間に設けられ微生物の通過によって検出信号を発生する微生物検出センサーと、
   複数の前記受容器が連結され識別指標が設けられたプレートと、
   を備え、前記微生物検出センサーにより微生物が通過したと判断された場合、前記第１流路への試料液の供給を停止させ、その後前記検出された微生物を試料液と共に前記第２流路の終端側から排出して前記受容器に注入を開始し、注入の開始から終了までの間に微生物が検出された回数を分離個数とし、分離情報として前記分離個数，前記識別指標毎に微生物を注入した前記受容器の番号，分離時の前記微生物検出センサーからの信号波形，日時，温度、を記憶することを特徴とする微生物分離システム。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記分離情報を記憶するサーバーと、該サーバーにネットワーク接続され前記受容器内を分析する分析装置と、を備え、前記分離情報と、前記分析装置で計測された値と、が閲覧可能とされたことを特徴とする微生物分離システム。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記分離情報を記憶するサーバーと、該サーバーにネットワーク接続され前記受容器内を分析する分析装置と、を備え、前記分離情報と、前記分析装置で計測された値と、が前記サーバーに記憶され、インターネットを介して閲覧可能とされたことを特徴とする微生物分離システム。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記分離情報を記憶するサーバーと、該サーバーにネットワーク接続され前記受容器内の吸光度測定する分析装置と、を備え、前記分離情報と、前記分析装置で計測された値と、が前記サーバーに記憶されることを特徴とする微生物分離システム。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記分離情報を記憶するサーバーと、該サーバーにネットワーク接続され前記受容器内の吸光度測定する分析装置と、を備え、前記分離情報と、前記分析装置で計測された値と、が前記サーバーに記憶され、該サーバーに接続された端末に、分析個数決定画面として、前記微生物検出センサーからの信号波形，吸光度のヒストグラム，前記識別指標，前記受容器の番号及び数，培養費用，分析費用が表示されることを特徴とする微生物分離システム。
6. 請求項１に記載のものにおいて、前記分離情報を記憶するサーバーと、該サーバーにネットワーク接続され前記受容器内の吸光度測定する分析装置と、前記分離装置に隣接して配置され前記受容器を用いて微生物を培養する培養装置と、を備え、前記分離情報と、前記分析装置で計測された値と、が前記サーバーに記憶され、該サーバーに接続された端末より、前記受容器が指示されて微生物が培養されることを特徴とする微生物分離システム。
7. 請求項１に記載のものにおいて、前記分離情報を記憶するサーバーと、該サーバーにネットワーク接続され前記受容器内の吸光度測定する分析装置と、前記分離装置に隣接して配置され前記受容器を用いて微生物を培養する培養装置と、を備え、前記分離装置と、前記分析装置と、前記培養装置と、が連続した無菌空間に配置されたことを特徴とした微生物分離システム。

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