JP2017063764A - Methods for isolating and culturing microorganisms and aggregates-containing solutions - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide improved efficiency of isolation and culture of microorganisms as well as improved isolation-culture efficiency of hardly-culturable microorganisms (new species).SOLUTION: The invention provides a method for isolating and culturing microorganisms comprising the steps of: mixing a hydrogel solution, a solution containing microorganisms, a culture medium and an aqueous phase surfactant to prepare a four component mixture solution; forming a W/O emulsion by pouring the four component mixture solution into an oil with stirring; cooling the emulsion-containing solution to 0°C or higher but not higher than 4°C while stirring to form hydrogel particulates; further stirring the solution containing the hydrogel particulates to form an aggregate-containing solution 14 that contains aggregate 41 in oil 31 formed by aggregation of hydrogel particulates 42 that contain microorganisms 21-24, culture medium 32 and aqueous phase surfactant 34; and incubating the aggregate-containing solution at a certain temperature for a certain period of time, thereby the microorganisms are isolated and cultured in respective hydrogel particulates.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、微生物の分離培養方法及び凝集体含有溶液に関する。特に、寒天培養法では分離培養が困難な難培養性微生物でさえ分離培養可能な微生物の分離培養方法に関する。   The present invention relates to a method for separating and culturing microorganisms and an aggregate-containing solution. In particular, the present invention relates to a method for separating and culturing microorganisms that can be cultivated even for difficult-to-cultivate microorganisms that are difficult to separate and culture by agar culture.

地球上には大量かつ膨大な種類の微生物(細菌・古細菌)が存在している。しかし、その多くは未知・未解明・未利用である。単一種類の微生物を獲得し、これを純粋培養する方法(以下、分離培養方法という。)は、150年前の技術に由来するが、これまでにさほど進展しておらず、環境中に存在する多くの微生物を分離培養できていない。   There are a large number of microorganisms (bacteria and archaea) on the earth. However, many of them are unknown / unresolved / unused. The method of acquiring a single type of microorganism and culturing it purely (hereinafter referred to as the “separation culture method”) originates from the technology of 150 years ago, but has not progressed so far and exists in the environment. Many microorganisms to be isolated cannot be isolated and cultured.

これまでに分離培養できたわずかな微生物からでさえ、人類はこれまでに多くの恩恵を受けた。例えば、市販されている医薬品の6〜7割は、微生物由来の化合物である。具体的には、アオカビの一種(Penicillium citrinum)からHMG−CoA還元酵素阻害薬であるメバスタチンが発見されている(非特許文献1)。また、バクテリア(放線菌など)由来の化合物、例えば、タクロリムス(放線菌由来)も発見されている。そのため、従来法で分離培養できていない新種の難培養性微生物を発見できれば、医学・薬学・生物学の関連産業において有用なものとなる可能性がある。   Even from the few microorganisms that could be isolated and cultured so far, mankind has benefited so far. For example, 60 to 70% of commercially available pharmaceuticals are compounds derived from microorganisms. Specifically, mevastatin, an HMG-CoA reductase inhibitor, has been discovered from a kind of blue mold (Penicillium citrinum) (Non-patent Document 1). In addition, compounds derived from bacteria (such as actinomycetes) such as tacrolimus (derived from actinomycetes) have also been discovered. Therefore, if a new kind of difficult-to-cultivate microorganisms that cannot be separated and cultured by conventional methods can be discovered, it may be useful in the related industries of medicine, pharmacy, and biology.

従来法の代表的な一例として、平板培養法(以下、寒天培養法ともいう。)がある。図1は、寒天培養法の方法の一例を示す工程図及び写真である。図1(a)に示すように、まず、シャーレに寒天培地を設ける。次に、その表面に微生物を撒いてから、微生物を培養する。その結果、図1(b)に示すように、コロニーが形成される。図1(c)は、コロニーが形成された状態の一例を示す写真である。   A typical example of the conventional method is a plate culture method (hereinafter also referred to as an agar culture method). FIG. 1 is a process diagram and a photograph showing an example of a method for agar culture. As shown to Fig.1 (a), first, an agar medium is provided in a petri dish. Next, microorganisms are cultured on the surface, and then the microorganisms are cultured. As a result, colonies are formed as shown in FIG. FIG.1 (c) is a photograph which shows an example of the state in which the colony was formed.

この従来法では、実際に微生物が生息している環境中とは大きく異なる条件で培養を行うことになる。特に、植菌した1細胞を隔離する必要があり、植菌密度は10細胞/mlを超えることはなく、環境中に比べると極めて低密度となる。そのため、環境中の多くの微生物を分離培養できないという問題がある。 In this conventional method, the culture is performed under conditions that are significantly different from those in the environment where the microorganisms actually live. In particular, it is necessary to isolate one inoculated cell, and the inoculation density does not exceed 10 3 cells / ml, which is extremely low compared to the environment. Therefore, there is a problem that many microorganisms in the environment cannot be separated and cultured.

別の一例として、限界希釈液体培養法がある。この方法では通常、植菌密度は100細胞/mlを超えることはなく、環境中に比べると極めて低密度となり、環境中の多くの微生物を分離培養できない。   Another example is a limiting dilution liquid culture method. In this method, the inoculation density usually does not exceed 100 cells / ml, and is extremely low compared to the environment, and many microorganisms in the environment cannot be separated and cultured.

また、近年、新たな分離培養方法が提案されている。その一例として、in situ(実環境中)分離培養方法がある。非特許文献2〜4には、膜を通じた外界との溶存物質のやり取り、微生物間相互作用を実現可能なデバイスを用いて、実環境中に培養装置を設置する分離培養手法(in situ 培養)が開示されている。しかし、実環境中に培養装置を設置し、環境中と同様な菌体密度を実現できるので、従来法よりは培養効率を高められるが、現場(実環境中)に設置しなければいけないという問題がある。また、従来法に比べ、操作が煩雑であるという問題もある。また、特許文献1は「微生物の単離培養方法及び培養キット」に関する。ゲル微粒子に包んだあと、環境中に投入して培養(in situ培養)する方法が記載されている。これも、従来法に比べ、操作が煩雑であるという問題もある。   In recent years, a new isolation culture method has been proposed. One example is an in situ (in the real environment) separation and culture method. Non-patent documents 2 to 4 describe a separation culture method (in situ culture) in which a culture apparatus is installed in a real environment using a device capable of exchanging dissolved substances with the outside through a membrane and interacting with microorganisms. Is disclosed. However, it is possible to install a culture device in the actual environment and achieve the same bacterial cell density as in the environment, so the culture efficiency can be increased compared to the conventional method, but it must be installed on site (in the actual environment) There is. There is also a problem that the operation is complicated compared to the conventional method. Patent Document 1 relates to “a method and kit for isolation and culture of microorganisms”. A method is described in which cells are encased in gel microparticles and then introduced into the environment and cultured (in situ culture). This also has a problem that the operation is complicated as compared with the conventional method.

別の一例として、ゲル微粒子を用いた培養方法がある。非特許文献5、6には、ゲル微粒子を微生物の培養に用いる方法が開示されている。この方法は、多数の菌株を同時に分離培養可能なハイスループット培養法であるとされている。しかし、この方法は、水相中(ハイドロゲル中)に分散させたゲル微粒子内で微生物を培養する構成なので、単位体積あたりの菌体密度を高くすることができず、環境中に比べると極めて低密度となる。そのため、環境中の多くの微生物を分離培養できない。特に、菌体密度依存的に増殖を開始する微生物を分離培養できない。   As another example, there is a culture method using gel fine particles. Non-Patent Documents 5 and 6 disclose methods of using gel fine particles for culturing microorganisms. This method is said to be a high-throughput culture method capable of simultaneously separating and culturing a large number of strains. However, since this method is a structure in which microorganisms are cultured in gel microparticles dispersed in an aqueous phase (in a hydrogel), the cell density per unit volume cannot be increased, which is extremely high compared to the environment. Low density. Therefore, many microorganisms in the environment cannot be separated and cultured. In particular, it is impossible to isolate and culture microorganisms that start to grow depending on the cell density.

特許文献2は、「難培養性微生物の培養方法」に関する。無菌ウキクサ科植物の根に微生物を付着させ、液体培地にて培養させ、分離する方法が開示されている。この培養方法は、ウキクサの根付近に存在している微生物には環境模擬という観点から有効だが、その他の環境に生息している微生物に対しては理論的には効果がない。つまり、極めて限定された微生物に対してのみ有効な手法である。そのため、この培養方法は、一般性がないデメリットがある。   Patent Document 2 relates to “a method for culturing difficult-to-cultivate microorganisms”. A method is disclosed in which microorganisms are attached to the roots of sterile duckweed plants, cultured in a liquid medium, and separated. This culture method is effective for microorganisms existing near duckweed roots from the viewpoint of environmental simulation, but is theoretically ineffective for microorganisms living in other environments. In other words, this is an effective method only for extremely limited microorganisms. Therefore, this culturing method has a disadvantage that is not general.

非特許文献7には、「On−chip Droplet Generatorを用いたWater−in−oilエマルション内への大腸菌封入とその培養〜単一種細菌単離の可能性〜」が開示されている。オイル相用の界面活性剤をエマルジョンに加えて、オイル相へのゲル微粒子の分散性を高めた構成について記載されている。この方法では、培養効率を高められない。   Non-Patent Document 7 discloses "Escherichia coli encapsulation in a water-in-oil emulsion using an on-chip drop generator and its culture-Possibility of isolation of single species bacteria". It describes a structure in which an oil phase surfactant is added to an emulsion to increase the dispersibility of gel particles in the oil phase. This method cannot increase the culture efficiency.

以上のように、これまでのところ、寒天培養法に替わる有効な微生物の分離培養方法はない。   As described above, so far, there is no effective method for separating and culturing microorganisms that can replace the agar culture method.

特開2010−41967号公報JP 2010-41967 A 特開2009−195124号公報JP 2009-195124 A

Endo A,Kuroda M,Tsujita Y(1976)."ML−236A,ML−236B,and ML−236C,new inhibitors of cholesterogenesis produced by Penicillium citrinum".J Antibiot 29(12):1346-1348.Endo A, Kuroda M, Tsujita Y (1976). "ML-236A, ML-236B, and ML-236C, new inhibitors of cholesterogenesis produced by Penicillium citrinum". J Antibiot 29 (12): 1346-1348. Kaeberlein et al.Science 2002,Kaeberlein et al. Science 2002 Aoi et al.,Apple.Environ.Microbiol.2009,Aoi et al. , Apple. Environ. Microbiol. 2009, Sizova et al.,Appl.Environ.Microbiol.2012Sizova et al. , Appl. Environ. Microbiol. 2012 Zengler et al.,Proc Natl Acad Sci USA.2002、,Zengler et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2002, Manome et al.,FMES Microbiol.Let.,2001Manome et al. , FMES Microbiol. Let. , 2001 http://www.on−chip.co.jp/app_cat/app06/http: // www. on-chip. co. jp / app_cat / app06 /

本発明は、微生物の分離培養効率を高めた微生物の分離培養方法及び凝集体含有溶液を提供することを課題とする。更に、難培養性微生物(新種)の分離培養効率を高めた微生物の分離培養方法及び凝集体含有溶液を提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a method for separating and cultivating microorganisms and an aggregate-containing solution with improved efficiency of separating and culturing microorganisms. It is another object of the present invention to provide a method for separating and culturing microorganisms and an aggregate-containing solution with improved separation and cultivation efficiency of difficult-to-cultivate microorganisms (new species).

以上の事情を鑑みて、本発明者は、寒天培養法で培養できない微生物が多く存在する理由を検討した。まず、これまでの多くの実験結果を検討して、従来法である寒天培養法では、一定の植菌密度以下の範囲であれば、植菌密度を高めれば、より多くの種類の微生物を分離して培養できたことより、本研究者は、細胞間相互作用を高めることによって、環境中の多くの微生物は細胞密度が低い条件では休眠状態に陥るが、細胞間相互作用によって休眠から覚醒し、増殖を開始し、培養効率を高められると仮定した。また、従来法では植菌密度を10細胞/ml以上に密度を高めると、増殖したいろんな種類の微生物同士が混在してしまい、純粋菌株(単一種類の微生物)を得ることが不可能になったが、細胞を隔離すれば、微生物同士の混在を抑止できると仮定した。これにより、従来法ではできなかった、植菌由来の微生物を混在させず、植菌密度を上げることができ、培養効率を高められつつ、多数の純粋菌株を得られるという仮説を立てた。 In view of the above circumstances, the present inventor examined the reason why there are many microorganisms that cannot be cultured by the agar culture method. First, we examined the results of many experiments so far. In the conventional agar culture method, if the inoculation density is increased within a range below a certain inoculation density, more types of microorganisms can be separated. By cultivating the cells, the researchers have increased the cell-cell interaction, so that many microorganisms in the environment fall into a dormant state at low cell density, but the cell-cell interaction awakens from dormancy. It was assumed that growth could be started and culture efficiency could be increased. In addition, when the inoculation density is increased to 10 3 cells / ml or more in the conventional method, various types of microorganisms that have proliferated are mixed together, making it impossible to obtain a pure strain (single type of microorganism). However, it was assumed that if the cells were isolated, mixing of microorganisms could be prevented. As a result, it was hypothesized that a large number of pure strains could be obtained while the inoculation density could be increased without increasing the inoculation-derived microorganisms, which was not possible with the conventional method, and the culture efficiency was increased.

その仮説をもとに、試行錯誤した結果、本発明者は、「オイル相中で培地も含有させたゲル微粒子の凝集体を形成し、その凝集体のゲル微粒子の中で微生物を培養する」構成に想到した。実験を繰り返して、具体的な条件を試行錯誤した結果、「(1)オイル相中でハイドロゲル微粒子の凝集体を形成し、各ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納することにより、隣接する微生物同士の接触をなくしたままで、細胞間相互作用を強めることができ、培養効率を高められること、(2)ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納する構成により、水溶性物質の移動は制限されないため細胞間相互作用を強めることができること、(3)ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納する凝集体を形成する構成により、単位体積あたりの菌体密度を環境中に匹敵するレベルまで高くすることができ、微生物が生育する環境を模擬できること、(4)凝集体をオイル中で形成する構成により、凝集体を安定保持できること、(5)水相用の界面活性剤のみを有し、オイル相用の界面活性剤を入れない構成により、各ゲル微粒子は分散せずにオイル中で凝集体を安定保持した状態で、ハイドロゲル微粒子内の微生物を培養できること、(6)ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納する構成により、各微生物は各ハイドロゲル微粒子内にそれぞれ分離隔離され、各ハイドロゲル間で微生物の移動ができないので、各ハイドロゲル微粒子内で単一種類の微生物を純粋に分離培養することができること、(7)ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納する凝集体内で微生物を培養する構成により、高いハイスループット性を実現でき、微生物の培養効率を高めることができること、(8)ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納する凝集体内で微生物を培養する構成により、従来法では分離培養が困難であった難培養性微生物でも分離培養でき、新種の微生物の分離培養確率を高めることができること」を見出して、本発明を完成した。   As a result of trial and error based on the hypothesis, the present inventor found that “the aggregate of gel particles containing the medium in the oil phase is formed, and the microorganism is cultured in the gel particles of the aggregate” I came up with a composition. As a result of repeated experiments and trial and error on specific conditions, “(1) agglomerates of hydrogel particles are formed in the oil phase, and microorganisms are isolated and stored in each hydrogel particle. The interaction between cells can be strengthened without losing contact between microorganisms, and the culture efficiency can be enhanced. (2) The structure in which the microorganisms are isolated and stored in the hydrogel fine particles can (3) The cell density per unit volume is comparable to that of the environment due to the formation of aggregates that segregate and store microorganisms in the hydrogel particles. That can be increased to a level that allows the microorganism to grow, and that the environment in which microorganisms grow can be simulated. (5) A hydrogel having only a surfactant for the aqueous phase and no surfactant for the oil phase so that each gel fine particle is not dispersed and the aggregate is stably held in the oil. (6) The structure in which microorganisms are isolated and stored in the hydrogel microparticles allows the microorganisms to be separated and isolated in the hydrogel microparticles, and the microorganisms cannot move between the hydrogels. Therefore, it is possible to purely separate and culture a single type of microorganism in each hydrogel microparticle, and (7) a configuration in which the microbe is cultured in an agglomerate that isolates and stores the microbe in the hydrogel microparticle, thereby increasing the high level. Achieving high throughput and improving the culture efficiency of microorganisms. (8) Micro-organisms in aggregates that isolate and store microorganisms in hydrogel particles. The configuration of culturing, the conventional method can also be separated cultured in flame cultivation microorganisms was difficult to separate the culture, and found "that can increase the separation culture probability of new species of microorganisms, and have completed the present invention.

本発明は、以下の構成を有することができる。
(1) ハイドロゲル溶液、微生物含有溶液、培地、水相用の界面活性剤を混合して4成分混合溶液を調整してから、4成分混合溶液をオイル中に投入、撹拌してW/Oエマルジョンの形成を行う工程と、エマルジョンを含有する溶液を撹拌しながら0℃以上4℃以下に冷却して、エマルジョンからハイドロゲル微粒子を作成する工程と、ハイドロゲル微粒子を含有する溶液をさらに撹拌して、微生物、培地及び水相用の界面活性剤を含有したハイドロゲル微粒子が凝集してなる凝集体を、オイル中に含む凝集体含有溶液を作成する工程と、凝集体含有溶液を所定の温度で所定の時間保持して、ハイドロゲル微粒子内で微生物を分離培養する分離培養工程と、を有する微生物の分離培養方法。
The present invention can have the following configurations.
(1) A hydrogel solution, a microorganism-containing solution, a culture medium, and a surfactant for an aqueous phase are mixed to prepare a four-component mixed solution. The step of forming the emulsion, the step of cooling the solution containing the emulsion to 0 ° C. or higher and 4 ° C. or lower while stirring, and the step of preparing the hydrogel fine particles from the emulsion, and further stirring the solution containing the hydrogel fine particles A step of preparing an aggregate-containing solution containing in the oil an aggregate formed by agglomerating hydrogel fine particles containing a surfactant for microorganisms, a medium, and an aqueous phase; and the aggregate-containing solution at a predetermined temperature. And separating and culturing the microorganisms in the hydrogel microparticles for a predetermined period of time.

(2) ハイドロゲル微粒子の径が、1μm以上50μm以下である(1)に記載の微生物の分離培養方法。   (2) The method for separating and culturing microorganisms according to (1), wherein the diameter of the hydrogel fine particles is 1 μm or more and 50 μm or less.

(3) 凝集体含有溶液を4℃以上70℃以下、500時間以下の条件で培養する(1)又は(2)に記載の微生物の分離培養方法。   (3) The method for separating and culturing microorganisms according to (1) or (2), wherein the aggregate-containing solution is cultured under conditions of 4 ° C. or higher and 70 ° C. or lower and 500 hours or shorter.

(4) W/Oエマルジョンの形成を行う工程及びハイドロゲル微粒子を作成する工程では1000rpm以上で溶液を撹拌し、凝集体含有溶液を作成する工程で及び分離培養工程では400rpm以下で溶液を撹拌する(1)〜(3)のいずれかに記載の微生物の分離培養方法。   (4) In the step of forming a W / O emulsion and the step of creating hydrogel fine particles, the solution is stirred at 1000 rpm or more, and in the step of creating an aggregate-containing solution and in the separation culture step, the solution is stirred at 400 rpm or less. (1) The method for separating and culturing a microorganism according to any one of (3).

(5) ハイドロゲル溶液から形成するハイドロゲル微粒子一つに対し微生物が一以下となる濃度となるように、微生物含有溶液とハイドロゲル溶液を調製する工程とを有する(1)〜(4)のいずれかに記載の微生物の分離培養方法。   (5) The method according to (1) to (4), which includes a step of preparing a microorganism-containing solution and a hydrogel solution so that the concentration of microorganisms is 1 or less with respect to one hydrogel fine particle formed from the hydrogel solution. The method for separating and culturing a microorganism according to any one of the above.

(6) 微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液に水を添加後、撹拌放置して、水相とオイル相の2相からなる2相溶液を作成し、さらに遠心分離して微小ゲルを回収する微小ゲル回収工程と、2相溶液の水相の一部を寒天培地に含有させて、微生物を培養する工程を有する(1)〜(5)のいずれかに記載の微生物の分離培養方法。   (6) After adding water to the agglomerate-containing solution containing the hydrogel fine particles from which microorganisms have been separated and cultured, the mixture is allowed to stand, and a two-phase solution consisting of two phases, an aqueous phase and an oil phase, is prepared, and further centrifuged. The microgel recovery step of recovering the microgel, and the step of culturing the microorganism by containing a part of the aqueous phase of the two-phase solution in the agar medium, the microorganism of any one of (1) to (5) Separation culture method.

(7) オイルと、オイル中に含有された凝集体を有し、凝集体が、50個以上のハイドロゲル微粒子が凝集されてなり、ハイドロゲル微粒子が、径1μm以上50μm以下であり、微生物、培地及び水相用の界面活性剤を含有する凝集体含有溶液。   (7) having an oil and an aggregate contained in the oil, wherein the aggregate is formed by aggregation of 50 or more hydrogel fine particles, and the hydrogel fine particles have a diameter of 1 μm or more and 50 μm or less; An aggregate-containing solution containing a medium and a surfactant for an aqueous phase.

本発明の微生物の分離培養方法によれば、各ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納でき、隣接する微生物同士の接触をなくしたままで、細胞間相互作用を強めることができ、これにより培養効率を高めることができ、水溶性物質の移動は制限されないため細胞間相互作用を強めて、単位体積あたりの菌体密度を環境中に匹敵するレベルまで高くして、微生物が生育する環境を模擬でき、凝集体をオイル中で形成する構成により、凝集体を安定保持でき、水相用の界面活性剤のみを有し、オイル相用の界面活性剤を入れない構成により、オイル中で凝集体を安定保持した状態で、オイルの外部から隔離した状態であっても、ハイドロゲル微粒子内の微生物を培養でき、ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納する構成により、各微生物は各ハイドロゲル微粒子内にそれぞれ分離隔離され、各ハイドロゲル間で微生物の移動ができないので、各ハイドロゲル微粒子内で単一種類の微生物を純粋に分離培養することができ、高いハイスループット性を実現でき、微生物の培養効率を高めることができ、従来法では分離培養が困難であった難培養性微生物でも分離培養でき、新種の微生物の分離培養確率を高めることができる。   According to the method for separating and culturing microorganisms of the present invention, microorganisms can be isolated and stored in each hydrogel fine particle, and the interaction between cells can be strengthened while eliminating contact between adjacent microorganisms. The culture efficiency can be increased, and the movement of water-soluble substances is not limited, so the interaction between cells is strengthened, the cell density per unit volume is increased to a level comparable to the environment, and the environment in which microorganisms grow is increased. The structure that can be simulated and the aggregate is formed in the oil can stably hold the aggregate, has only the surfactant for the water phase, and does not contain the surfactant for the oil phase. Even in a state where the aggregate is stably held and isolated from the outside of the oil, the microorganisms in the hydrogel particles can be cultured, and each microorganism is isolated and stored in the hydrogel particles. Living organisms are separated and isolated in each hydrogel particle, and microorganisms cannot move between each hydrogel, so a single type of microorganism can be purely separated and cultured in each hydrogel particle, and high throughput is achieved. Therefore, it is possible to increase the culture efficiency of microorganisms, and even difficult-to-cultivate microorganisms, which were difficult to separate and culture by conventional methods, can be separated and cultured, and the probability of separating and culturing new types of microorganisms can be increased.

本発明の凝集体含有溶液によれば、細胞間相互作用を強めて、各ハイドロゲル微粒子内で単一種類の微生物を純粋に分離培養することができ、微生物の分離培養効率及び未培養微生物(新種)の分離培養効率を高めることができる。   According to the aggregate-containing solution of the present invention, the interaction between cells can be strengthened, and a single type of microorganism can be purely separated and cultured in each hydrogel fine particle. New species) can be separated and cultured.

寒天培養法の方法の一例を示す工程図及び写真である。It is process drawing and a photograph which show an example of the method of an agar culture method. 本発明の実施形態である微生物の分離培養方法の一例を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows an example of the isolation | separation culture method of the microorganisms which are embodiment of this invention. 4成分(ハイドロゲル、培地、微生物サンプル、水溶性界面活性剤)を混合した後にオイルに入れた直後の状態の模式図(a)及び図3(a)のA部拡大図(b)、エマルジョン133の模式図(c)及び図3(c)のAA部拡大図(d)である。Schematic diagram (a) of the state immediately after putting four components (hydrogel, culture medium, microorganism sample, water-soluble surfactant) into oil, and enlarged view (b) of part A in FIG. 3 (a), emulsion It is the schematic diagram (c) of 133 and the AA part enlarged view (d) of FIG.3 (c).


凝集体含有溶液の模式図(a)及び図4(a)のB部拡大図(b)である。It is the schematic diagram (a) of an aggregate containing solution, and the B section enlarged view (b) of Fig.4 (a). 図4(b)のC部拡大図である。It is the C section enlarged view of FIG.4 (b). 内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液の模式図(a)及び図6(a)のD部拡大図(b)である。It is the schematic diagram (a) of the aggregate containing solution containing the hydrogel microparticles | fine-particles which isolate | separated microorganisms inside, and the D section enlarged view (b) of Fig.6 (a). 図6(b)のE部拡大図である。It is the E section enlarged view of Drawing 6 (b). 図7の部分拡大図であって、2つのハイドロゲル微粒子を示す図である。It is the elements on larger scale of Drawing 7, and is a figure showing two hydrogel particulates. 内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液の模式図(a)と、遠心した後の2相溶液での模式図(b)及びF部拡大図(c)である。It is the schematic diagram (a) of the aggregate containing solution containing the hydrogel fine particle which isolate | separated and culture | cultivated microorganisms inside, the schematic diagram (b) in the two-phase solution after centrifuging, and the F section enlarged view (c). 微小ゲル粒子形成直後の外観を示す写真である。It is a photograph which shows the external appearance immediately after micro gel particle formation. 培養開始から150時間経過時点の凝集体含有溶液の外観であって、培養中(凝集体形成)を示す写真である。It is the external appearance of the aggregate containing solution at the time of 150-hour progress from the start of culture | cultivation, Comprising: It is a photograph which shows in culture (aggregate formation). 培養開始から150時間経過時点での凝集体含有溶液の顕微鏡写真であり、50μmバースケール(a)と、20μmバースケール(b)である。It is the microscope picture of the aggregate containing solution at the time of 150-hour progress from the culture | cultivation start, and is a 50 micrometer bar scale (a) and a 20 micrometer bar scale (b). 水中に分散したハイドロゲル微粒子と内部に形成したコロニーとを示す蛍光顕微鏡写真である。It is a fluorescence micrograph which shows the hydrogel microparticles | fine-particles disperse | distributed in water and the colony formed in the inside. 水中に分散したハイドロゲル微粒子と内部に形成したコロニーとを示す微分干渉画像である。It is a differential interference image which shows the hydrogel microparticles | fine-particles disperse | distributed in water and the colony formed in the inside. 培養開始から150時間経過時点の培養効率の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the culture | cultivation efficiency at the time of 150-hour progress from the culture | cultivation start. コロニー形成率の培養時間依存性の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the culture time dependence of colony formation rate. 新種の割合の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the ratio of a new kind. Agar plating(寒天平板法)で行ったSub cultivationの結果を示す写真である。It is a photograph which shows the result of Subculture performed by Agar plating (agar plate method). 分散系と凝集系のコロニー形成率の培養時間依存性の比較結果を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison result of the culture time dependence of the colony formation rate of a dispersion system and an aggregation system.

(本発明の実施形態)
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態である微生物の分離培養方法及び凝集体含有溶液について説明する。
(Embodiment of the present invention)
Hereinafter, a method for separating and culturing microorganisms and an aggregate-containing solution, which are embodiments of the present invention, will be described with reference to the accompanying drawings.

<微生物の分離培養方法>
図2は、本発明の実施形態である微生物の分離培養方法の一例を示すフローチャート図である。図2に示すように、本発明の実施形態である微生物の分離培養方法は、W/Oエマルジョン形成工程S1と、ハイドロゲル微粒子作成工程S2と、凝集体含有溶液作成工程S3と、分離培養工程S4と、を有して、概略構成されている。
<Method for separating and culturing microorganisms>
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the method for separating and culturing microorganisms according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the method for separating and culturing microorganisms according to the embodiment of the present invention includes a W / O emulsion forming step S1, a hydrogel fine particle creating step S2, an aggregate-containing solution creating step S3, and a separating and culturing step. S4, and is schematically configured.

<W/Oエマルジョン形成工程S1>
W/Oエマルジョン形成工程は、ハイドロゲル溶液、微生物含有溶液、培地、水相用の界面活性剤を混合して室温で4成分混合溶液を調整してから、4成分混合溶液をオイル中に投入、激しく撹拌してW/Oエマルジョンの形成を行う工程である。
<W / O emulsion formation step S1>
In the W / O emulsion formation process, a hydrogel solution, a microorganism-containing solution, a medium, and a surfactant for the aqueous phase are mixed to prepare a four-component mixed solution at room temperature, and then the four-component mixed solution is put into oil. In this step, the W / O emulsion is formed by vigorous stirring.

まず、ハイドロゲル溶液、微生物含有溶液、培地、水相用の界面活性剤を混合して、4成分混合溶液を調整する。次に、上記4成分混合溶液をオイル中に投入、激しく撹拌してW/Oエマルジョンの形成を行う。40℃で5成分混合溶液を撹拌してW/Oエマルジョンの形成を行う。5成分混合溶液を激しく撹拌することにより、ハイドロゲル溶液から複数の微小な液滴を形成してW/Oエマルジョンを容易に形成できる。W/Oエマルジョンとは、油相の中に水相の小さな粒が分散している状態である。   First, a hydrogel solution, a microorganism-containing solution, a medium, and a surfactant for an aqueous phase are mixed to prepare a four-component mixed solution. Next, the four-component mixed solution is put into oil and vigorously stirred to form a W / O emulsion. The W / O emulsion is formed by stirring the 5-component mixed solution at 40 ° C. By vigorously stirring the five-component mixed solution, a plurality of fine droplets can be formed from the hydrogel solution to easily form a W / O emulsion. A W / O emulsion is a state in which small particles of an aqueous phase are dispersed in an oil phase.

この工程では、激しく撹拌することが好ましい。この工程では1000rpm以上で溶液を撹拌することが好ましく、2000rpm以上で溶液を撹拌することがより好ましい。   In this step, it is preferable to vigorously stir. In this step, the solution is preferably stirred at 1000 rpm or more, and more preferably stirred at 2000 rpm or more.

ハイドロゲルは、微生物を包埋可能でありその内部で増殖させることが可能であるハイドロゲルであればよい。例えば、アガロースゲル、アルギン酸ゲル、ゲランガムゲルまたはポリビニルアルコールの群から選択されるいずれか一の材料を挙げることができる。例えば、液状の低融点アガロースゲル(以下、Cell Gelと略記する。)がある。これらの材料は、微生物を内部に安定保持することができる。   The hydrogel should just be a hydrogel which can embed microorganisms and can be propagated in the inside. For example, any one material selected from the group of agarose gel, alginate gel, gellan gum gel or polyvinyl alcohol can be mentioned. For example, there is a liquid low melting point agarose gel (hereinafter abbreviated as Cell Gel). These materials can stably hold microorganisms inside.

オイルは、疎水性の液体であり、ハイドロゲル微粒子を作成可能なものであればよい。ミネラルオイル、シリコーンオイルまたはフッ素系オイルの群から選択されるいずれか一の材料を挙げることができる。これらの材料は、オイル中に凝集体を安定保持することができる。   The oil is a hydrophobic liquid as long as it can form hydrogel fine particles. Any one material selected from the group of mineral oil, silicone oil or fluorine oil can be mentioned. These materials can stably hold aggregates in the oil.

培地は、微生物の培地として使用可能なものであればよい。例えば、ペプトン類、酵母エキス類またはグルコースの等を挙げることができる。例えば、培地として、最終濃度で0.32g/Lになるように、標準の1/20希釈したNB培地を挙げられる。これらの材料は、少量でも微生物を十分培養することができる。   The medium may be any medium that can be used as a microorganism medium. Examples thereof include peptones, yeast extracts or glucose. For example, the medium may be a standard NB medium diluted 1/20 so that the final concentration is 0.32 g / L. These materials can sufficiently cultivate microorganisms even in a small amount.

水相用の界面活性剤は、非イオン性の水溶性界面活性剤である必要がある。エマルジョンの形成をスムーズにする働きがありゲル微粒子の粒径をそろえることができる。細胞毒性の観点からイオン性の界面活性剤ではない方が好ましい。また、非水溶性界面活性剤は、水相には溶解しないため適用できず、非水溶性界面活性剤をオイル相に添加することは凝集体の凝集性を低下させるので好ましくない。   The surfactant for the aqueous phase needs to be a nonionic water-soluble surfactant. There is a function to smooth the formation of the emulsion, and the particle size of the gel fine particles can be made uniform. From the viewpoint of cytotoxicity, it is preferably not an ionic surfactant. In addition, a water-insoluble surfactant cannot be applied because it does not dissolve in the water phase, and it is not preferable to add a water-insoluble surfactant to the oil phase because the agglomeration property of the aggregate is reduced.

まず、後工程でハイドロゲル溶液から形成するハイドロゲル微粒子一つに対し微生物が一以下となる濃度となるように、この工程で微生物含有溶液とハイドロゲル溶液を調整することが好ましい。これにより、隣接する微生物を一種ずつハイドロゲル微粒子内に隔離することができ、効率よく培養できる。   First, it is preferable to adjust the microorganism-containing solution and the hydrogel solution in this step so that the concentration of microorganisms is one or less for one hydrogel fine particle formed from the hydrogel solution in the subsequent step. Thereby, adjacent microorganisms can be isolated one by one in the hydrogel fine particles, and can be cultured efficiently.

ハイドロゲル微粒子1つに対して植菌する微生物細胞数は1以下に制御することが好ましい。例えば、10個のハイドロゲル微粒子に対して1つの細胞〜2個のハイドロゲル微粒子に対して1つの細胞となるように濃度を制御することがより好ましい。すなわち、細胞数/ハイドロゲル微粒子数=1/10から1/2となることがより好ましい。これにより、植菌時点の微生物が2細胞以上一つのゲル微粒子に含まれないようにできる。また、全体の植菌細胞密度が低くなりすぎないようにできる。   It is preferable to control the number of microbial cells to be inoculated to one hydrogel fine particle to 1 or less. For example, it is more preferable to control the concentration so that there is one cell for ten hydrogel particles to one cell for two hydrogel particles. That is, it is more preferable that the number of cells / the number of hydrogel particles = 1/10 to 1/2. As a result, two or more cells at the time of inoculation can be prevented from being included in one gel particle. Moreover, it is possible to prevent the overall inoculated cell density from becoming too low.

また、濃度条件の設定は、ゲル微粒子の平均粒径から産出したゲル微粒子1個あたりの容量から計算する。例えば、微生物含有溶液の調整では、微生物を含むサンプル媒体(微生物含有溶液)を所定量は図り取り、サンプル媒体中の微生物濃度を検出して、微生物量を適切な割合とした微生物含有溶液を調整する。これをもとに、ハイドロゲル溶液量を適切な割合としたハイドロゲル溶液を調整する。   The concentration condition is calculated from the capacity per gel particle produced from the average particle diameter of the gel particles. For example, in the preparation of a microorganism-containing solution, a predetermined amount of a sample medium containing microorganisms (microorganism-containing solution) is taken, the concentration of microorganisms in the sample medium is detected, and a microorganism-containing solution with an appropriate proportion of microorganisms is prepared. To do. Based on this, the hydrogel solution which adjusted the amount of hydrogel solutions to an appropriate ratio is adjusted.

サンプルは、河川水、土壌、バイオフィルム等である。土壌には、底泥を含む。河川水の場合、採取した河川水がサンプル媒体となり、土壌の場合、チューブに土と純水を入れたものが、サンプル媒体となる。   Samples are river water, soil, biofilm, and the like. The soil contains bottom mud. In the case of river water, the collected river water is the sample medium, and in the case of soil, the sample medium is obtained by putting soil and pure water in a tube.

サンプル媒体に、通常、1〜10分間、超音波をあててサンプル媒体とする。照射時間は、これに限られるものではい。   The sample medium is usually subjected to ultrasonic waves for 1 to 10 minutes to form a sample medium. Irradiation time is not limited to this.

上澄み液を5μmフィルターに通し、ろ液を微生物サンプルとして回収してから、その一部を取り出し、その中の微生物を染色後、顕微鏡観察により、サンプル中の微生物細胞数を算出して、微生物サンプル内の微生物濃度を算出する。   Pass the supernatant through a 5 μm filter, collect the filtrate as a microorganism sample, remove a portion of it, stain the microorganism in it, calculate the number of microorganism cells in the sample by microscopic observation, Calculate the microbial concentration in the inside.

その後、例えば、サンプルの菌体濃度を1〜5×10cell/mlに調整して、サンプル溶液を調整する。
この濃度をもとに、ハイドロゲル微粒子一つに対し一以下となるように微生物を包含させるようにハイドロゲル溶液を調整する。
Thereafter, for example, the sample cell concentration is adjusted to 1 to 5 × 10 8 cells / ml to adjust the sample solution.
Based on this concentration, the hydrogel solution is adjusted so that the microorganisms are included so that it is 1 or less per one hydrogel fine particle.

図3は、4成分(ハイドロゲル、培地、微生物サンプル、水溶性界面活性剤)を混合した後にオイルに入れた直後の状態の模式図(a)及び図3(a)のA部拡大図(b)、エマルジョン133の模式図(c)及び図3(c)のAA部拡大図(d)である。   FIG. 3 is a schematic diagram (a) of a state immediately after mixing four components (hydrogel, medium, microorganism sample, water-soluble surfactant) and putting it in oil, and an enlarged view of part A in FIG. FIG. 4B is a schematic diagram (c) of the emulsion 133 and an enlarged view (d) of the AA portion of FIG. 3 (c).

図3(a)、(b)では、キャップ11で封止された試験管10の内部で、4成分(ハイドロゲル、培地、微生物サンプル、水溶性界面活性剤)を混合した後にオイルに入れた直後の状態の一例を示している。この状態はエマルジョンの状態ではない。   3 (a) and 3 (b), the four components (hydrogel, medium, microorganism sample, water-soluble surfactant) are mixed in the test tube 10 sealed with the cap 11 and then put into oil. An example of the state immediately after is shown. This state is not an emulsion state.

図3(c)は、エマルジョン133の模式図の一例であり、キャップ11で封止された試験管10の内部にエマルジョン13が充填されている。
図3(d)に示すように、エマルジョン13は、オイル31に分散されたハイドロゲル溶液33からなり、ハイドロゲル溶液33内には微生物群20と培地32と水相用の界面活性剤34が分散されている。微生物群は微生物21から24からなるものとされている。オイル相に分散し、微生物細胞は増殖していない、ゲルはまだ固まっていない状態である。
FIG. 3C is an example of a schematic diagram of the emulsion 133, and the emulsion 13 is filled inside the test tube 10 sealed with the cap 11.
As shown in FIG. 3 (d), the emulsion 13 is composed of a hydrogel solution 33 dispersed in an oil 31, and in the hydrogel solution 33, a microorganism group 20, a medium 32, and an aqueous phase surfactant 34 are contained. Is distributed. The microorganism group consists of microorganisms 21 to 24. It is dispersed in the oil phase, the microbial cells are not growing, and the gel is not yet solidified.

<ハイドロゲル微粒子作成工程S2>
ハイドロゲル微作成工程S3は、エマルジョン溶液を撹拌しながら0℃以上4℃以下に冷却して、エマルジョン溶液からハイドロゲル微粒子を作成する工程である。エマルジョンの水相側(ハイドロゲル相)をゲル化させて微小ゲル微粒子を作成する。この工程でも、激しく撹拌することが好ましい。この工程では1000rpm以上で溶液を撹拌することが好ましい。
<Hydrogel fine particle preparation process S2>
The hydrogel fine production step S3 is a step of producing hydrogel fine particles from the emulsion solution by cooling the emulsion solution to 0 ° C. or higher and 4 ° C. or lower while stirring. The water phase side (hydrogel phase) of the emulsion is gelled to produce fine gel particles. Even in this step, vigorous stirring is preferred. In this step, it is preferable to stir the solution at 1000 rpm or more.

<凝集体含有溶液作成工程S3>
凝集体含有溶液作成工程S3は、ハイドロゲル微粒子を含有する溶液の撹拌速度を低速度にして、微生物、培地及び水相用の界面活性剤を含有したハイドロゲル微粒子が凝集してなる凝集体を、オイル中に含む凝集体含有溶液を作成する工程である。
この工程でも、撹拌することが好ましいが、エマルジョンを形成する工程及びハイドロゲル微粒子を形成する工程よりもゆるやかに(低速で)攪拌する。この工程では400rpm以下で溶液を撹拌することが好ましい。
<Aggregate-containing solution preparation step S3>
The agglomerate-containing solution preparation step S3 is performed by reducing the stirring speed of the solution containing the hydrogel fine particles and aggregating the hydrogel fine particles containing the microbe, the medium and the surfactant for the aqueous phase. This is a step of preparing an aggregate-containing solution contained in oil.
In this step, stirring is preferable, but stirring is performed more slowly (at a low speed) than in the step of forming an emulsion and the step of forming hydrogel fine particles. In this step, it is preferable to stir the solution at 400 rpm or less.

エマルジョンを0℃以上4℃以下に冷却することにより、オイル中にハイドロゲル微粒子が凝集した凝集体を含む凝集体含有溶液を容易に作成できる。冷却速度は、−1℃/min以上の速さで急冷することが好ましい。これにより、ハイドロゲル微粒子を容易に形成できる。     By cooling the emulsion to 0 ° C. or higher and 4 ° C. or lower, an aggregate-containing solution containing an aggregate in which hydrogel fine particles are aggregated in oil can be easily prepared. The cooling rate is preferably rapid cooling at a rate of −1 ° C./min or more. Thereby, hydrogel microparticles | fine-particles can be formed easily.

<凝集体含有溶液>
図4は、凝集体含有溶液の模式図(a)及び図4(a)のB部拡大図(b)である。図4(a)では、キャップ11で封止された試験管10の内部に凝集体含有溶液14が充填されている。図4(b)に示すように、凝集体含有溶液14は、オイル31と、オイル31中に含有された凝集体41を有する。凝集体41は、隣接するハイドロゲル微粒子42が互いに接触するように形成されてなる。
<Aggregate-containing solution>
FIG. 4 is a schematic diagram (a) of the aggregate-containing solution and an enlarged view (b) of part B of FIG. 4 (a). In FIG. 4A, the aggregate-containing solution 14 is filled in the test tube 10 sealed with the cap 11. As shown in FIG. 4B, the aggregate-containing solution 14 has an oil 31 and an aggregate 41 contained in the oil 31. The aggregate 41 is formed such that adjacent hydrogel fine particles 42 are in contact with each other.

凝集体41は、50個以上のハイドロゲル微粒子の凝集体であることが好ましい。これにより、凝集体を安定保持できる。   The aggregate 41 is preferably an aggregate of 50 or more hydrogel fine particles. Thereby, the aggregate can be stably held.

図5は、図4(b)のC部拡大図である。図5に示すように、ハイドロゲル微粒子42は、微生物21〜24、培地32及び水相用の界面活性剤34を有する。各ハイドロゲル微粒子42には、単一種類の微生物21〜24が一つ以下となるように内包されている。   FIG. 5 is an enlarged view of a portion C in FIG. As shown in FIG. 5, the hydrogel fine particles 42 include microorganisms 21 to 24, a medium 32, and a surfactant 34 for an aqueous phase. Each hydrogel fine particle 42 contains a single type of microorganisms 21 to 24 so as to be one or less.

ハイドロゲル微粒子は、径1μm以上50μm以下であることが好ましい。これにより、凝集性を高めることができる。   The hydrogel fine particles preferably have a diameter of 1 μm or more and 50 μm or less. Thereby, cohesion can be improved.

<分離培養工程S4>
分離培養工程S4は、凝集体含有溶液を所定の温度で所定の時間保持して、ハイドロゲル微粒子内で微生物を分離培養する工程である。
<Separation culture process S4>
The separation culture step S4 is a step of separating and culturing microorganisms in the hydrogel fine particles by holding the aggregate-containing solution at a predetermined temperature for a predetermined time.

この工程でも、溶液を撹拌することが好ましい。この工程では400rpm以下で溶液を撹拌することが好ましい。これにより、凝集体の大きさを数百マイクロメートルから1mm程度の大きさに保ち、結果として粒子間の微生物の混在の割合を低下させつつ、培養させることができる。これにより、凝集体の大きさを適切に制御し、微生物の分離培養効率を高めることができる。   Also in this step, it is preferable to stir the solution. In this step, it is preferable to stir the solution at 400 rpm or less. Thereby, it can culture | cultivate, keeping the magnitude | size of an aggregate to the magnitude | size of about several hundred micrometers to 1 mm, and reducing the ratio of the mixing of the microorganisms between particles as a result. Thereby, the magnitude | size of an aggregate can be controlled appropriately and the isolation culture efficiency of microorganisms can be improved.

凝集体含有溶液の培養条件は特に限定されないが、例えば4℃以上70℃以下、500時間以下の条件で培養することが好ましい。これにより、この条件が培養に適した微生物を効率よく培養することができる。   The culture conditions for the aggregate-containing solution are not particularly limited. For example, it is preferable to perform the culture under conditions of 4 ° C. or higher and 70 ° C. or lower and 500 hours or shorter. Thereby, microorganisms suitable for this condition can be efficiently cultured.

図6は、内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液の模式図(a)及び図6(a)のD部拡大図(b)である。図6(a)では、キャップ11で封止された試験管10の内部に内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液15が充填されている。   FIG. 6 is a schematic diagram (a) of an aggregate-containing solution containing hydrogel fine particles in which microorganisms are separated and cultured, and an enlarged view (D) of part D in FIG. 6 (a). In FIG. 6A, an agglomerate-containing solution 15 containing hydrogel fine particles in which microorganisms are separated and cultured is filled inside the test tube 10 sealed with the cap 11.

図6(b)に示すように、内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液15は、オイル31に分散された凝集体41からなり、凝集体41内にはハイドロゲル微粒子42が凝集されている。   As shown in FIG. 6 (b), an aggregate-containing solution 15 containing hydrogel fine particles in which microorganisms are separated and cultured is composed of aggregates 41 dispersed in oil 31, and the hydrogel fine particles are contained in the aggregate 41. 42 is agglomerated.

図7は、図6(b)のE部拡大図である。隣接するハイドロゲル微粒子42が互いに接触するように形成されてなる。各ハイドロゲル微粒子42には、培養により増殖された微生物21〜24が種類ごとに内包されている。   FIG. 7 is an enlarged view of a portion E in FIG. Adjacent hydrogel particles 42 are formed so as to contact each other. Each hydrogel fine particle 42 contains microorganisms 21 to 24 grown by culture for each type.

図8は図7の部分拡大図であって、2つのハイドロゲル微粒子を示す図である。ハイドロゲル微粒子42間は溶存物質43、イオン44は通過可能とされているが、微生物22、23は通過不可能とされている。そのため、微生物が一方から他方のハイドロゲル微粒子へ移動することがない。   FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG. 7 and shows two hydrogel particles. The dissolved substances 43 and ions 44 can pass between the hydrogel particles 42, but the microorganisms 22 and 23 cannot pass. Therefore, the microorganism does not move from one to the other hydrogel fine particles.

分離培養工程S4の後工程として、微小ゲル粒子回収工程S5と、寒天培地表面での微生物培養工程S6とを備えていてもよい。これにより、細胞数を増加させることができ、その後の解析および利用が可能となる。   As a subsequent process of the separation culture process S4, a microgel particle recovery process S5 and a microorganism culture process S6 on the surface of the agar medium may be provided. Thereby, the number of cells can be increased, and subsequent analysis and utilization are possible.

<微小ゲル粒子回収工程S5>
微小ゲル粒子回収工程S5は、内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液に、水を加えて、撹拌して、水相とオイル相の2相からなる2相溶液を作成、その後遠心分離することで微小ゲル粒子を水相に回収する工程である。内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液に、水を加えて、撹拌、その後遠心分離することにより、ハイドロゲル微粒子をオイル相から水相に移動させることができる。遠心後水相に内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を回収・確保することができる。遠心分離の条件は120G、5分である。水を加えた後、遠心をしないとゲル微粒子は水相側に移動しない。
<Micro gel particle recovery step S5>
In the microgel particle recovery step S5, water is added to the agglomerate-containing solution containing the hydrogel fine particles in which microorganisms are separated and cultured, and stirred to create a two-phase solution composed of two phases, an aqueous phase and an oil phase. Then, it is a step of recovering the microgel particles in the aqueous phase by subsequent centrifugation. By adding water to the agglomerate-containing solution containing the hydrogel fine particles in which microorganisms are separated and cultured, stirring, and then centrifuging, the hydrogel fine particles can be moved from the oil phase to the water phase. It is possible to collect and secure hydrogel fine particles obtained by separating and culturing microorganisms in the aqueous phase after centrifugation. Centrifugation conditions are 120G and 5 minutes. After adding water, the gel particles do not move to the aqueous phase unless they are centrifuged.

まず、各ハイドロゲル微粒子内で各微生物を分離培養した凝集体含有溶液に、水を加えて、撹拌して、水相とオイル相の2相からなる溶液(2相溶液)を作成する。
次に、水相を回収する。
First, water is added to an agglomerate-containing solution obtained by separating and culturing each microorganism in each hydrogel fine particle and stirred to prepare a solution (two-phase solution) composed of two phases, an aqueous phase and an oil phase.
Next, the aqueous phase is recovered.

図9は、内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液の模式図(a)と、遠心した後の2相溶液での模式図(b)及びF部拡大図(c)である。図9(a)では、キャップ11で封止された試験管10の内部に内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液15が充填されている。図9(b)では、キャップ11で封止された試験管10の内部に内部で遠心操作した後のオイル相31と水相16とからなる2相溶液が充填されている
図9(c)は、図9(b)のF部拡大図である。図9(c)に示すように、内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液15は、水相16は、水51内にハイドロゲル微粒子42が分散されてなる。ハイドロゲル微粒子42にはそれぞれ単一種類の微生物21〜24が内包されている。
FIG. 9 is a schematic diagram (a) of an aggregate-containing solution containing hydrogel fine particles in which microorganisms are separated and cultured, a schematic diagram (b) in a two-phase solution after centrifugation, and an enlarged view of F part (c). It is. In FIG. 9A, an agglomerate-containing solution 15 containing hydrogel fine particles in which microorganisms are separated and cultured is filled inside the test tube 10 sealed with the cap 11. In FIG. 9 (b), the inside of the test tube 10 sealed with the cap 11 is filled with a two-phase solution consisting of the oil phase 31 and the aqueous phase 16 after being centrifuged inside. These are F section enlarged views of FIG.9 (b). As shown in FIG. 9 (c), the aggregate-containing solution 15 containing the hydrogel fine particles in which the microorganisms are separated and cultured is the aqueous phase 16, and the hydrogel fine particles 42 are dispersed in the water 51. The hydrogel fine particles 42 each contain a single type of microorganisms 21 to 24.

<寒天培地表面での微生物培養工程S6>
寒天培地表面での微生物培養工程S6は、2相溶液の水相の一部を寒天培地に含有させて、微生物を培養する工程である。
<Microbial culture step S6 on the surface of the agar medium>
The microorganism culturing step S6 on the surface of the agar medium is a process of culturing the microorganisms by allowing a part of the aqueous phase of the two-phase solution to be contained in the agar medium.

まず、パーコール密度勾配遠心により、ハイドロゲル微粒子とハイドロゲル微粒子外に存在する菌体を分離し、洗浄されたハイドロゲル微粒子を回収する。さらにその後、水を加えて遠心分離(120G、5分)を行い、パーコール粒子を除去する。
次に、洗浄されたハイドロゲル微粒子をゲル溶液5にいれて、溶液を調整する。
次に、その溶液を寒天培地に流し込んだ後、冷蔵庫で冷やして、溶液を固める。
次に、冷蔵庫からプレートを取り出してから、室温で培養する。
これにより、すでに分離培養した微生物からより多くの微生物を得ることができる。
First, the hydrogel fine particles and the cells existing outside the hydrogel fine particles are separated by percoll density gradient centrifugation, and the washed hydrogel fine particles are collected. Thereafter, water is added and centrifugation (120 G, 5 minutes) is performed to remove Percoll particles.
Next, the washed hydrogel fine particles are put into the gel solution 5 to prepare the solution.
Next, the solution is poured into an agar medium and then cooled in a refrigerator to harden the solution.
Next, after removing the plate from the refrigerator, it is incubated at room temperature.
Thereby, more microorganisms can be obtained from microorganisms that have already been separated and cultured.

本発明の実施形態である微生物の分離培養方法は、ハイドロゲル溶液、微生物含有溶液、培地、水相用の界面活性剤を混合して4成分混合溶液を調整してから、4成分混合溶液をオイル中に投入、激しく撹拌してW/Oエマルジョンの形成を行う工程S1と、エマルジョンを含有する溶液を撹拌しながら0℃以上4℃以下に冷却して、エマルジョン溶液からハイドロゲル微粒子を作成する工程S2と、ハイドロゲル微粒子を含有する溶液の撹拌速度を低速度にして、微生物、培地及び水相用の界面活性剤を含有したハイドロゲル微粒子が凝集してなる凝集体を、オイル中に含む凝集体含有溶液を作成する工程S3と、凝集体含有溶液を所定の温度で所定の時間保持して、ハイドロゲル微粒子内で微生物を分離培養する分離培養工程S4と、を有する構成なので、各ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納でき、隣接する微生物同士の接触をなくしたままで、細胞間相互作用を強めることができ、これにより培養効率を高めることができ、水溶性物質の移動は制限されないため細胞間相互作用を強めて、単位体積あたりの菌体密度を環境中に匹敵するレベルまで高くして、微生物が生育する環境を模擬でき、凝集体をオイル中で形成する構成により、凝集体を安定保持でき、水相用の界面活性剤のみを有し、オイル相用の界面活性剤を入れない構成により、オイル中で凝集体を安定保持した状態で、オイルの外部から隔離した状態であっても、ハイドロゲル微粒子内の微生物を培養でき、ハイドロゲル微粒子内に微生物を隔離して格納する構成により、各微生物は各ハイドロゲル微粒子内にそれぞれ分離隔離され、各ハイドロゲル間で微生物の移動ができないので、各ハイドロゲル微粒子内で単一種類の微生物を純粋に分離培養することができ、高いハイスループット性を実現でき、微生物の培養効率を高めることができ、従来法では分離培養が困難であった難培養性微生物でも分離培養でき、新種の微生物の分離培養確率を高めることができる。   In the method for separating and culturing microorganisms according to the embodiment of the present invention, a hydrogel solution, a microorganism-containing solution, a medium, and a surfactant for an aqueous phase are mixed to prepare a four-component mixed solution, Step S1 in which the mixture is put into oil and vigorously stirred to form a W / O emulsion, and a solution containing the emulsion is cooled to 0 ° C. or higher and 4 ° C. or lower while stirring to prepare hydrogel fine particles from the emulsion solution. In step S2, the agitation of the hydrogel fine particles containing the surfactant for the microorganism, the medium, and the aqueous phase is included in the oil at a low stirring speed of the solution containing the hydrogel fine particles. Step S3 for producing an aggregate-containing solution, and separation culture step S4 for separating and culturing microorganisms in the hydrogel fine particles by holding the aggregate-containing solution at a predetermined temperature for a predetermined time. Because it is configured to isolate and store microorganisms in each hydrogel fine particle, while eliminating the contact between adjacent microorganisms, it is possible to strengthen the interaction between cells, thereby increasing the culture efficiency, Since the movement of water-soluble substances is not restricted, the interaction between cells can be strengthened, the cell density per unit volume can be increased to a level comparable to that in the environment, and the environment in which microorganisms grow can be simulated. In the state where the aggregates can be stably held by the structure formed in the above, having only the surfactant for the water phase and not having the surfactant for the oil phase, the aggregates are stably held in the oil. Even in a state of being isolated from the outside of the oil, the microorganisms in the hydrogel particles can be cultured, and the microorganisms are stored in the hydrogel particles so that each microorganism has its own hydrogen. Since each microgel is separated and isolated within each microgel, and microorganisms cannot move between each hydrogel, a single type of microbe can be purely separated and cultured within each hydrogel microparticle, and high throughput can be achieved. Thus, even difficult-to-cultivate microorganisms, which were difficult to separate and culture by conventional methods, can be separated and cultured, and the probability of separating and culturing new species of microorganisms can be increased.

本発明の実施形態である微生物の分離培養方法は、ハイドロゲル微粒子42の径が、1μm以上50μm以下である構成なので、多数の独立した培養容器に相当するゲル微粒子を調整することが可能になり、結果として比較的容易かつ低コストに多数の微生物培養株を分離することが可能となる。   In the method for separating and culturing microorganisms according to the embodiment of the present invention, the diameter of the hydrogel fine particles 42 is 1 μm or more and 50 μm or less, so that it is possible to adjust gel fine particles corresponding to a large number of independent culture vessels. As a result, a large number of microorganism culture strains can be separated relatively easily and at low cost.

本発明の実施形態である微生物の分離培養方法は、凝集体含有溶液14を4℃以上70℃以下、500時間以下の条件で培養する構成なので、多様な微生物を増殖することが可能であり、結果として本手法は一般性に優れ、多くのサンプル、多様な目的に利用することができる。   Since the method for separating and culturing microorganisms according to an embodiment of the present invention is configured to culture the aggregate-containing solution 14 under conditions of 4 ° C. or higher and 70 ° C. or lower and 500 hours or shorter, various microorganisms can be grown. As a result, this method is excellent in generality and can be used for many samples and various purposes.

本発明の実施形態である微生物の分離培養方法は、W/Oエマルジョンの形成を行う工程S1及びハイドロゲル微粒子を作成する工程S2では1000rpm以上で溶液を撹拌し、凝集体含有溶液S3を作成する工程で及び分離培養工程S4では400rpm以下で溶液を撹拌する構成なので、粒径が50μm以下のゲル微粒子を大量に粒径を比較的そろえて作成することができる。   In the method for separating and culturing microorganisms, which is an embodiment of the present invention, the solution is stirred at 1000 rpm or more in step S1 for forming a W / O emulsion and step S2 for creating hydrogel fine particles, thereby creating an aggregate-containing solution S3. Since the solution is stirred at 400 rpm or less in the step and in the separation culture step S4, gel fine particles having a particle size of 50 μm or less can be prepared with a relatively large particle size.

本発明の実施形態である微生物の分離培養方法は、ハイドロゲル溶液33から形成するハイドロゲル微粒子42一つに対し微生物が一以下となる濃度となるように、微生物含有溶液14とハイドロゲル溶液33を調整する工程とを有する構成なので、純粋培養株を獲得する確率を高めることができる。   In the method for separating and culturing microorganisms according to the embodiment of the present invention, the microorganism-containing solution 14 and the hydrogel solution 33 are adjusted so that the concentration of microorganisms is one or less with respect to one hydrogel fine particle 42 formed from the hydrogel solution 33. Therefore, the probability of obtaining a pure culture can be increased.

本発明の実施形態である微生物の分離培養方法は、微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液14に水を添加・撹拌して水相とオイル相の2相からなる2相溶液を作成、さらに遠心分離して微小ゲル粒子を回収する工程S5と、2相溶液の水相の一部を寒天培地に含有させて、微生物を培養する工程S6を有する構成なので、培養後の微生物の細胞数を高めることができる。結果として各種解析および利用が可能になる。   The method for separating and culturing microorganisms according to an embodiment of the present invention is a two-phase solution comprising two phases of an aqueous phase and an oil phase by adding and stirring water to an aggregate-containing solution 14 containing hydrogel fine particles from which microorganisms are separated and cultured. And then centrifuging and collecting the microgel particles, and a step S6 for culturing the microorganism by containing a part of the aqueous phase of the two-phase solution in the agar medium. The number of cells can be increased. As a result, various types of analysis and use are possible.

本発明の実施形態である凝集体含有溶液14は、オイル31と、オイル31中に含有された凝集体41を有し、凝集体41が、50個以上のハイドロゲル微粒子42が凝集されてなり、ハイドロゲル微粒子42が、径1μm以上50μm以下であり、微生物21〜24、培地32及び水相用の界面活性剤34を含有する構成なので、細胞間相互作用を強めて、各ハイドロゲル微粒子内で単一種類の微生物を純粋に分離培養することができ、微生物の分離培養効率及び未培養微生物(新種)の分離培養効率を高めることができる。   The aggregate-containing solution 14 according to the embodiment of the present invention includes an oil 31 and an aggregate 41 contained in the oil 31, and the aggregate 41 is formed by aggregating 50 or more hydrogel fine particles 42. Since the hydrogel fine particle 42 has a diameter of 1 μm or more and 50 μm or less and contains the microorganisms 21 to 24, the culture medium 32, and the aqueous phase surfactant 34, the interaction between cells is strengthened, Thus, a single type of microorganism can be purely separated and cultured, and the efficiency of separating and culturing microorganisms and the efficiency of separating and culturing uncultured microorganisms (new species) can be improved.

本発明の実施形態である微生物の分離培養方法及び凝集体含有溶液は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではい。   The method for separating and culturing microorganisms and the aggregate-containing solution, which are embodiments of the present invention, are not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the technical idea of the present invention. . Specific examples of this embodiment are shown in the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
まず、サンプル媒体として、河川水を採取した。
次に、河川水を所定量25mlチューブに図り取り、3分間、超音波をあてた。
次に、25mlチューブを静置し上澄み液を回収した。
次に、上澄み液を5μmフィルターに通し、ろ液を微生物(以下、菌体という。)サンプルとして回収した。
次に、菌体を染色した。
次に、顕微鏡観察により、サンプル中の菌体細胞数を算出した。
以上のようにして、河川水内の菌体濃度を算出した。
Example 1
First, river water was collected as a sample medium.
Next, a predetermined amount of river water was taken into a 25 ml tube, and ultrasonic waves were applied for 3 minutes.
Next, the 25 ml tube was allowed to stand and the supernatant was collected.
Next, the supernatant was passed through a 5 μm filter, and the filtrate was collected as a microorganism (hereinafter referred to as microbial cell) sample.
Next, the cells were stained.
Next, the number of bacterial cells in the sample was calculated by microscopic observation.
As described above, the bacterial cell concentration in the river water was calculated.

次に、これをもとに、サンプルの菌体濃度を0.5×10cell/mlとしたサンプル溶液(微生物含有溶液)を調整した。 Next, based on this, a sample solution (microorganism-containing solution) in which the bacterial cell concentration of the sample was 0.5 × 10 8 cells / ml was prepared.

ハイドロゲル溶液(ゲル状態)として、液状の低融点アガロースゲル(One cell systems社製、以下、Cell Gelと略記する。)を用意した。 培地として、最終濃度で0.32g/Lになるように、標準の1/20希釈したNB培地を用意した。水相用の界面活性剤として、PLORONIC F−68を用意した。   As a hydrogel solution (gel state), a liquid low-melting point agarose gel (manufactured by One cell systems, hereinafter abbreviated as Cell Gel) was prepared. As the medium, a standard 1/20 diluted NB medium was prepared so that the final concentration was 0.32 g / L. PLORONIC F-68 was prepared as a surfactant for the aqueous phase.

次に、ハイドロゲル溶液500μlに、サンプル溶液100μlと、培地50μlと、水相用の界面活性剤25μlとを混合して、4成分混合溶液675μlを調整した。   Next, 500 μl of the hydrogel solution was mixed with 100 μl of the sample solution, 50 μl of the medium, and 25 μl of the surfactant for the aqueous phase to prepare 675 μl of the four-component mixed solution.

次に、20mlバイアル瓶に、オイルとしてCell Mixオイル(One Cell systems社製)を15ml用意した。次に、オイル中に4成分混合溶液を混合してから、恒温水槽で40℃の条件で混合して、5成分混合溶液を調整した。   Next, 15 ml of Cell Mix oil (manufactured by One Cell Systems) was prepared as an oil in a 20 ml vial. Next, after mixing 4 component mixed solution in oil, it mixed on the conditions of 40 degreeC with the constant temperature water tank, and prepared 5 component mixed solution.

次に、20mlバイアル瓶にスターラーを入れ、室温、2100rpm 1minの条件で5成分混合溶液を撹拌した。   Next, a stirrer was placed in a 20 ml vial, and the five-component mixed solution was stirred under conditions of room temperature and 2100 rpm for 1 min.

次に、容器に充填したクラッシュアイス中に20mlバイアル瓶を入れて5成分混合溶液を約4℃以下に急冷し、on ice 2100rpm 1minの条件で撹拌した。次に、on ice 1100rpm 1minの条件で撹拌した。   Next, a 20 ml vial was placed in the crushed ice filled in the container, and the 5-component mixed solution was rapidly cooled to about 4 ° C. or lower and stirred under the condition of onice 2100 rpm for 1 min. Next, it agitated on the conditions of on ice 1100rpm 1min.

以上により、ハイドロゲル溶液から複数のハイドロゲル微粒子を形成して、オイル中にハイドロゲル微粒子が凝集した凝集体を含む凝集体含有溶液を作成した。   As described above, a plurality of hydrogel fine particles were formed from the hydrogel solution, and an aggregate-containing solution containing an aggregate in which the hydrogel fine particles were aggregated in oil was prepared.

図10は、微小ゲル粒子形成直後の外観を示す写真である。顕微鏡観察によるハイドロゲル微粒子の平均粒径は、25μmであり、4成分混合溶液675μlから形成されたハイドロゲル微粒子数は107個であった。 FIG. 10 is a photograph showing the appearance immediately after the formation of the fine gel particles. The average particle diameter of the hydrogel particles by microscopic observation was 25 μm, and the number of hydrogel particles formed from 675 μl of the four-component mixed solution was 10 7 .

次に、速やかに室温(約25℃)として、400rpm 1minの条件で撹拌した。
その後、室温で、310時間まで、400rpm 1minの条件で撹拌を続けた。
これにより、ハイドロゲル微粒子内で微生物を分離培養した。
Next, the mixture was quickly brought to room temperature (about 25 ° C.) and stirred at 400 rpm for 1 min.
Thereafter, stirring was continued at room temperature for up to 310 hours under the condition of 400 rpm for 1 min.
Thereby, microorganisms were separated and cultured in the hydrogel fine particles.

図11は、培養開始から150時間経過時点の凝集体含有溶液の外観であって、培養中(凝集体形成)を示す写真である。凝集体が形成されていた。   FIG. 11 is a photograph showing the appearance of the aggregate-containing solution at the time when 150 hours have elapsed from the start of the culture and showing that the culture is in progress (aggregate formation). Aggregates were formed.

図12は、培養開始から150時間経過時点での凝集体含有溶液の顕微鏡写真であり、50μmバースケール(a)と、20μmバースケール(b)である。図12(a)に示すように、オイル中に直径約1mmのハイドロゲル微粒子の凝集体が形成されていた。また、図12(b)に示すように、直径約5μm〜30μmのハイドロゲル微粒子が凝集されていた。   FIG. 12 is a photomicrograph of the aggregate-containing solution after 150 hours from the start of culture, which are 50 μm bar scale (a) and 20 μm bar scale (b). As shown in FIG. 12A, an aggregate of hydrogel fine particles having a diameter of about 1 mm was formed in the oil. Moreover, as shown in FIG.12 (b), the hydrogel microparticles | fine-particles about 5-30 micrometers in diameter were aggregated.

なお、培養開始から0〜310時間の分離培養の途中では所定時間ごとに、凝集体含有溶液の一部を取り出して、顕微鏡観察して、コロニー数をカウントした。   In the course of the separation culture for 0 to 310 hours from the start of the culture, a part of the aggregate-containing solution was taken out every predetermined time and observed with a microscope to count the number of colonies.

具体的には、まず、20mlバイアル瓶から1.5μlチューブに所定量の凝集体含有溶液を移した。次に、所定量の水を加えてから、遠心分離した。これにより、オイル相(上相)、水相(下相)の2相からなる溶液を作成した。水相には、凝集体が分散された。次に、オイル相を取り除き、凝集体が分散された水相溶液を回収した。次に、水相中に分散したハイドロゲル微粒子内の微生物を蛍光色素で染色した。蛍光色素はSYTOX Greenを用いた。次に、蛍光顕微鏡装置(オリンパスBX53)を用いて、蛍光顕微鏡観察した。図13は、水中に分散したハイドロゲル微粒子と内部に形成したコロニーを示す蛍光顕微鏡写真である。ハイドロゲル微粒子内の蛍光発光する微生物コロニー数を計数した。   Specifically, first, a predetermined amount of the aggregate-containing solution was transferred from a 20 ml vial into a 1.5 μl tube. Next, a predetermined amount of water was added, followed by centrifugation. As a result, a solution composed of two phases of an oil phase (upper phase) and an aqueous phase (lower phase) was prepared. Aggregates were dispersed in the aqueous phase. Next, the oil phase was removed, and an aqueous phase solution in which aggregates were dispersed was recovered. Next, the microorganisms in the hydrogel fine particles dispersed in the aqueous phase were stained with a fluorescent dye. As the fluorescent dye, SYTOX Green was used. Next, the fluorescence microscope was observed using the fluorescence microscope apparatus (Olympus BX53). FIG. 13 is a fluorescence micrograph showing hydrogel fine particles dispersed in water and colonies formed inside. The number of fluorescent colonies in the hydrogel fine particles was counted.

次に、顕微鏡を用いて、微分干渉画像を観察した。図14は、水中に分散したハイドロゲル微粒子と内部に形成したコロニーを示す微分干渉画像である。ハイドロゲル微粒子内の微生物コロニー数を計数した。蛍光顕微鏡とのカウント数を平均化して、コロニー数を計数した。これにより、所定時間ごとのコロニー数の計数結果をまとめた。   Next, the differential interference image was observed using a microscope. FIG. 14 is a differential interference image showing hydrogel fine particles dispersed in water and colonies formed inside. The number of microbial colonies in the hydrogel fine particles was counted. The number of colonies was counted by averaging the counts with the fluorescence microscope. Thereby, the count result of the number of colonies for every predetermined time was put together.

<培養効率>
コロニー数の結果をもとに、培養効率を算出した。培養効率は、コロニー形成率、すなわち、植菌した全微生物細胞のうちコロニーを形成した割合であり、出現したコロニー数/全植菌体数で算出される。全植菌体数は、顕微鏡直接計数法で細胞数をカウントした値を用いた。出現したコロニー数は、上記の顕微鏡での計数結果を用いた。
<Culture efficiency>
The culture efficiency was calculated based on the result of the number of colonies. The culture efficiency is a colony formation rate, that is, a ratio of colonies formed among all inoculated microbial cells, and is calculated by the number of colonies that appear / the total number of inoculated cells. As the total number of inoculated cells, the value obtained by counting the number of cells by a microscopic direct counting method was used. The number of colonies that appeared was the result of counting with the microscope described above.

図15は、培養開始から150時間経過時点の培養効率の結果を示すグラフである。本手法(新規手法)の培養効率(コロニー形成率)は20%であった。図15に、比較のため、比較例1の寒天培養法(従来法)の結果も示した。培養開始から150時間経過時点の従来法の培養効率は2.2%であった。   FIG. 15 is a graph showing the results of the culture efficiency when 150 hours have elapsed from the start of culture. The culture efficiency (colony formation rate) of this method (new method) was 20%. FIG. 15 also shows the results of the agar culture method (conventional method) of Comparative Example 1 for comparison. The culture efficiency of the conventional method at the point of 150 hours after the start of culture was 2.2%.

図15からわかるように、実施例1は比較例1に比べて優れた結果を示した。一般的に、環境中の微生物のコロニー形成率は1%程度と言われていることから、それと比べても極めて高い値であった。   As can be seen from FIG. 15, Example 1 showed superior results compared to Comparative Example 1. Generally, since the colony formation rate of microorganisms in the environment is said to be about 1%, it was extremely high compared to that.

<コロニー形成率の培養時間依存性>
図16は、コロニー形成率の培養時間依存性の結果を示すグラフである。四角で示したデータが実施例1の結果である。なお、同条件で実験を行った2つの実験結果(実施例2、3)も丸及び三角で示したデータで記載した。実施例1〜3のコロニー形成率の培養時間依存性の結果のばらつきは小さかった。いずれも、培養時間が50時間までに18〜22%のコロニー形成率を示した後、50〜200時間で飽和状態となり、25〜30%コロニー形成率に達した。その後、いずれもコロニー形成率が10〜20%に減少するという、ほぼ同様の特性を示した。
<Culture time dependency of colony formation rate>
FIG. 16 is a graph showing the results of the culture time dependency of the colony formation rate. The data indicated by the squares are the results of Example 1. In addition, two experimental results (Examples 2 and 3) in which the experiment was performed under the same conditions are also described with data indicated by circles and triangles. The variation in the results of the culture time dependence of the colony formation rates in Examples 1 to 3 was small. In either case, the culture time showed a colony formation rate of 18-22% by 50 hours, then became saturated in 50-200 hours and reached a colony formation rate of 25-30%. Thereafter, almost the same characteristics were exhibited that the colony formation rate decreased to 10 to 20%.

<新種の割合>
まず、凝集体が分散された水相溶液をパーコール密度勾配遠心した。水相の下部分には、凝集体が沈殿し、最下層には菌体が沈殿した。これにより、ハイドロゲル微粒子とハイドロゲル微粒子外に存在する菌体を分離した。次に、ピペットで、沈殿した凝集体を含む上澄み液を回収した。これにより、洗浄されたハイドロゲル微粒子を回収した。
<Ratio of new species>
First, a Percoll density gradient centrifugation was performed on the aqueous phase solution in which the aggregates were dispersed. Aggregates were precipitated in the lower part of the aqueous phase, and cells were precipitated in the lowermost layer. As a result, the hydrogel fine particles and the cells existing outside the hydrogel fine particles were separated. Next, the supernatant containing the precipitated aggregate was collected with a pipette. Thereby, the washed hydrogel fine particles were collected.

次に、洗浄されたハイドロゲル微粒子を、40℃に温めた低融点アガロースゲルsea−plaque1%溶液5mlにいれて、溶液を調整した。次に、その溶液を寒天培地(DR2A0.32g/L含有)に流し込んだ後、冷蔵庫で15分冷やした。これにより、sea−plaque1%溶液を固めた。次に、冷蔵庫からプレートを取り出してから、室温で培養した。培養により、いくつかの単一種のコロニーを形成でき、菌株を50株以上得た。   Next, the washed hydrogel fine particles were placed in 5 ml of a low melting point agarose gel sea-place 1% solution heated to 40 ° C. to prepare a solution. Next, the solution was poured into an agar medium (containing DR2A 0.32 g / L) and then cooled in a refrigerator for 15 minutes. This solidified the sea-place 1% solution. Next, the plate was taken out from the refrigerator and cultured at room temperature. By culturing, several single species of colonies could be formed, and more than 50 strains were obtained.

次に、得られた菌株(50株以上)について、それぞれPCRを用いて16S rRNA遺伝子の全長を増幅、DNA配列を解析した。次に、得られたDNA配列について、データベースに登録されている既存培養株の16SrRNA遺伝子との相同性を比較した。次に、相同性98%未満のものを新種と定義して、新種の割合を算出した。   Next, with respect to the obtained strains (50 strains or more), the full length of 16S rRNA gene was amplified using PCR, and the DNA sequence was analyzed. Next, the homology of the obtained DNA sequence with the 16S rRNA gene of the existing culture strain registered in the database was compared. Next, those with less than 98% homology were defined as new species, and the proportion of new species was calculated.

図17は、新種の割合の結果を示すグラフである。 また、表1は、新種の割合の算出結果を示すものである。   FIG. 17 is a graph showing the results of the ratio of new species. Table 1 shows the calculation results of the ratio of new species.

図17、表1に示すように、本手法(新規手法:GMD in Oil)では、相同性100%以下98%以上の新種ではないものは55%であった。相同性98%未満95%以上の菌株が38%得られ、相同性95%未満の菌株が7%得られたことから、本手法(新規手法)で得られた新種の割合は45%であった。   As shown in FIG. 17 and Table 1, in this method (new method: GMD in Oil), 55% were not new species with homology of 100% or less and 98% or more. Since 38% of strains with a homology of less than 98% and 95% or more were obtained, and 7% of strains with a homology of less than 95% were obtained, the proportion of new species obtained by this method (new method) was 45%. It was.

図17、表1には、比較のため、比較例1の寒天培養法(従来法)の結果も示した。   FIG. 17 and Table 1 also show the results of the agar culture method (conventional method) of Comparative Example 1 for comparison.

図18は、Agar plating(寒天平板法)で行った2次培養の結果を示す写真である。寒天培養法(従来法)では、相同性97%未満95%以上の菌株が5%得られ、相同性95%未満の菌株は得られなかったことから、得られた新種の割合は5%であった。本手法(新規手法)は寒天培養法(従来法)に比べて、優れた効果を示した。   FIG. 18 is a photograph showing the results of secondary culture performed by Agar plating (agar plate method). In the agar culture method (conventional method), 5% of strains with a homology of less than 97% and 95% or more were obtained, and strains with a homology of less than 95% were not obtained. there were. This method (new method) showed an excellent effect compared to the agar culture method (conventional method).

(比較例1)
寒天平板を用いた他は実施例1と同様にして、微生物の培養を行った。寒天平板上のコロニーは目視で計数した。
(Comparative Example 1)
The microorganisms were cultured in the same manner as in Example 1 except that an agar plate was used. Colonies on the agar plate were counted visually.

(実施例2、3)
それぞれ実施例1と同様にして、培養を行い、コロニー形成率の培養時間依存性を調べた。
(Examples 2 and 3)
Culture was performed in the same manner as in Example 1, and the dependency of colony formation rate on the culture time was examined.

(実施例4)
河川水の代わりに土壌を用いた他は実施例1と同様にして、培養を行った。
Example 4
Culture was performed in the same manner as in Example 1 except that soil was used instead of river water.

サンプル調整は以下のようにして行った。まず、25mlチューブに5g程度の土壌と純水5mlを入れ、超音波をあてて3分程度処理した後、25mlチューブを静置し上澄み液を回収した。次に、上澄み液を5μmフィルターに通し、ろ液を微生物(以下、菌体ともいう。)サンプルとして回収した。   Sample adjustment was performed as follows. First, about 5 g of soil and 5 ml of pure water were placed in a 25 ml tube, treated with ultrasonic waves for about 3 minutes, and then the 25 ml tube was left standing to collect the supernatant. Next, the supernatant liquid was passed through a 5 μm filter, and the filtrate was recovered as a microorganism (hereinafter also referred to as microbial cell) sample.

本手法(新規手法)の培養効率すなわち植菌した全微生物細胞のうちコロニーを形成した割合(コロニー形成率)は9.0%(培養開始から150時間経過時点)であった。   The culture efficiency of this method (new method), that is, the rate of colony formation (colony formation rate) among all the inoculated microbial cells was 9.0% (at the time 150 hours passed from the start of culture).

(比較例2)
寒天平板を用いた他は実施例4と同様にして、微生物の培養を行った。寒天平板上のコロニーは目視で計数した。寒天培養法(従来法)のコロニー形成率は1.1%(培養開始から150時間経過時点)であった。
(Comparative Example 2)
The microorganisms were cultured in the same manner as in Example 4 except that an agar plate was used. Colonies on the agar plate were counted visually. The colony formation rate of the agar culture method (conventional method) was 1.1% (at the time when 150 hours had elapsed from the start of the culture).

(比較例3)
オイル相に界面活性剤(Span 80)を0.1%添加した他は実施例1と同様にして、溶液を調整した。溶液ではオイル相に界面活性剤を添加されているので、エマルジョンが安定し微小ゲル粒子はオイル相中に分散して存在し凝集体を形成しなかった。
(Comparative Example 3)
A solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.1% of a surfactant (Span 80) was added to the oil phase. In the solution, since the surfactant was added to the oil phase, the emulsion was stable, and the microgel particles were dispersed in the oil phase and did not form aggregates.

この溶液を用いて、培養を行った。培養過程で、所定時間ごとのコロニー数の計数結果をまとめた。   Culture was performed using this solution. In the culturing process, the count results of the number of colonies every predetermined time were summarized.

コロニー形成率は最大で1.6%(培養開始から150時間経過時点)であった。これは、従来法と同等レベルであった。   The maximum colony formation rate was 1.6% (at the time when 150 hours had elapsed from the start of culture). This was the same level as the conventional method.

図19は、凝集系(実施例4)と分散系(比較例3)のコロニー形成率の培養時間依存性の比較結果を示すグラフである。   FIG. 19 is a graph showing a comparison result of the culture time dependency of the colony formation rate of the aggregation system (Example 4) and the dispersion system (Comparative Example 3).

実施例4と比較例3の結果を比較すると、実施例4ではオイル相中で凝集体が形成されているが、比較例3では凝集体が形成されていない。この違いがコロニー形成率に大きな影響をもたらすことが明らかとなった。つまり、凝集体を形成することの効果が実証されていることが判明した。   Comparing the results of Example 4 and Comparative Example 3, in Example 4, aggregates were formed in the oil phase, but in Comparative Example 3, no aggregates were formed. It became clear that this difference has a great influence on the colony formation rate. That is, it has been proved that the effect of forming aggregates has been demonstrated.

本発明の微生物の分離培養方法及び凝集体含有溶液は、微生物の分離培養効率及び難培養性微生物(新種)の分離培養効率を高める効果を奏するので、従来法で分離培養できておらず、新たな創薬を創出できる可能性がある、新種の難培養性微生物を発見でき、医学・薬学・生物学産業上の利用可能性がある。   The method for separating and culturing microorganisms and the aggregate-containing solution of the present invention have the effect of increasing the efficiency of separating and culturing microorganisms and the difficulty of separating and culturing difficult-to-cultivate microorganisms (new species). New types of difficult-to-culture microorganisms that can create new drugs, and can be used in the medical, pharmaceutical, and biological industries.

10試験管、11・・・キャップ、13・・・エマルジョン、14・・・凝集体含有溶液、15・・・内部で微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液、20・・・微生物群、21、22、23、24・・・微生物、31・・・オイル、32・・・培地、33・・・ハイドロゲル溶液、34・・・水相用の界面活性剤、41・・・凝集体、42・・・ハイドロゲル微粒子、43・・・溶存物質、44・・・イオン、16・・・水相、51・・・水、133・・・エマルジョン、422・・・まだ固まっていない状態のゲル。
10 test tubes, 11 ... cap, 13 ... emulsion, 14 ... aggregate-containing solution, 15 ... aggregate-containing solution containing hydrogel fine particles in which microorganisms are separated and cultured, 20 ... Microorganism group, 21, 22, 23, 24 ... Microorganism, 31 ... Oil, 32 ... Medium, 33 ... Hydrogel solution, 34 ... Surfactant for aqueous phase, 41 ... -Aggregates, 42 ... hydrogel fine particles, 43 ... dissolved substances, 44 ... ions, 16 ... aqueous phase, 51 ... water, 133 ... emulsion, 422 ... still solidified Gel not in the state.

Claims (7)

ハイドロゲル溶液、微生物含有溶液、培地、水相用の界面活性剤を混合して4成分混合溶液を調整した後、前記4成分混合溶液をオイル中に投入、撹拌してW/Oエマルジョンの形成を行う工程と、
前記エマルジョンを含有する溶液を撹拌しながら0℃以上4℃以下に冷却して、エマルジョンからハイドロゲル微粒子を作成する工程と、
前記ハイドロゲル微粒子を含有する溶液をさらに撹拌して、微生物、培地及び水相用の界面活性剤を含有したハイドロゲル微粒子が凝集してなる凝集体を、オイル中に含む凝集体含有溶液を作成する工程と、
前記凝集体含有溶液を所定の温度で所定の時間保持して、前記ハイドロゲル微粒子内で微生物を分離培養する分離培養工程と、を有することを特徴とする微生物の分離培養方法。
After preparing a four-component mixed solution by mixing a hydrogel solution, a microorganism-containing solution, a medium, and a surfactant for an aqueous phase, the four-component mixed solution is put into oil and stirred to form a W / O emulsion. A process of performing
Cooling the solution containing the emulsion to 0 ° C. or higher and 4 ° C. or lower while stirring to create hydrogel fine particles from the emulsion;
The solution containing the hydrogel fine particles is further stirred to prepare an aggregate-containing solution containing in the oil an aggregate formed by aggregating the hydrogel fine particles containing a surfactant for microorganisms, a medium and an aqueous phase. And a process of
A method for separating and culturing microorganisms, comprising: a step of separating and culturing microorganisms in the hydrogel fine particles by holding the aggregate-containing solution at a predetermined temperature for a predetermined time.
前記ハイドロゲル微粒子の径が、1μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の微生物の分離培養方法。   The method for separating and culturing microorganisms according to claim 1, wherein the diameter of the hydrogel fine particles is 1 µm or more and 50 µm or less. 前記凝集体含有溶液を4℃以上70℃以下、500時間以下の条件で培養することを特徴とする請求項1又は2に記載の微生物の分離培養方法。   The method for separating and culturing microorganisms according to claim 1 or 2, wherein the aggregate-containing solution is cultured under conditions of 4 ° C or higher and 70 ° C or lower and 500 hours or shorter. 前記W/Oエマルジョンの形成を行う工程及びハイドロゲル微粒子を作成する工程では1000rpm以上で溶液を撹拌し、
前記凝集体含有溶液を作成する工程及び分離培養工程では400rpm以下で溶液を撹拌することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の微生物の分離培養方法。
In the step of forming the W / O emulsion and the step of creating hydrogel fine particles, the solution is stirred at 1000 rpm or more,
The method for separating and culturing microorganisms according to any one of claims 1 to 3, wherein the solution is stirred at 400 rpm or less in the step of creating the aggregate-containing solution and the step of separating and culturing.
前記ハイドロゲルから形成されるハイドロゲル微粒子一つに対し微生物が一以下となる濃度となるように、前記微生物含有溶液と前記ハイドロゲル溶液とを調製する工程をさらに有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の微生物の分離培養方法。   The method further comprises the step of preparing the microorganism-containing solution and the hydrogel solution so that the concentration of microorganisms is one or less with respect to one hydrogel fine particle formed from the hydrogel. The method for separating and culturing a microorganism according to any one of 1 to 4. 微生物を分離培養したハイドロゲル微粒子を含む凝集体含有溶液に水を添加後、撹拌放置して、水相とオイル相の2相からなる2相溶液を作成し、さらに遠心分離して微小ゲル粒子を回収する微小ゲル粒子回収工程と、
前記2相溶液の水相の一部を寒天培地に含有させて、微生物を培養する工程とをさらに有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の微生物の分離培養方法。
Water is added to the agglomerate-containing solution containing microgel particles from which microorganisms are separated and cultured, and then left to stir to create a two-phase solution consisting of two phases, an aqueous phase and an oil phase, and further centrifuged to form microgel particles. A microgel particle recovery process for recovering
The method for separating and culturing a microorganism according to any one of claims 1 to 5, further comprising a step of culturing the microorganism by containing a part of the aqueous phase of the two-phase solution in an agar medium. .
オイルと、前記オイル中に含有された凝集体を有し、
前記凝集体は、50個以上のハイドロゲル微粒子が凝集されてなり、
前記ハイドロゲル微粒子が、径1μm以上50μm以下であり、微生物、培地及び水相用の界面活性剤を含有することを特徴する凝集体含有溶液。
Oil and aggregates contained in the oil,
The aggregate is formed by aggregation of 50 or more hydrogel fine particles,
The agglomerate-containing solution, wherein the hydrogel fine particles have a diameter of 1 μm or more and 50 μm or less, and contain a microorganism, a medium, and a surfactant for an aqueous phase.
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