JP2022101225A - 環境dnaサンプル採取装置及び環境dnaサンプル採取方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一般的な環境DNAの分析は、現地で1リットル程度の水(環境水)を試料として採取し、これを例えば、孔径0.7μmのろ紙でろ過して、ろ紙上に捕捉した残渣物から抽出したDNAをリアルタイムPCR解析や次世代シーケンサーによるアンプリコン解析することにより行う。分析には大量の水のろ過が必要となる一方、ろ過には時間がかかるため、現地で採取した大量の水をクーラーボックス等に収納し、分析施設等に持ち帰ってろ過、分析することも行われている。
従来、測定対象とする液体を現地で採取する採取方法及び装置として、特許文献1に開示された技術が知られている。特許文献1の採取方法及び装置は、採取容器の内部を上下に仕切る不要物除去用のフィルタを備えており、フィルタを通じて採取容器の上側に導入された液体を採取するというものである。
また、環境DNAの分散濃度は希薄であり、分析用にサンプリングするには調査水域の採水箇所で大量に採水する必要がある。特に、河川や海流のある調査水域では、ろ過能力に合わせて連続採水すると、計測タイミング時刻を渡過した試料水が混入してしまい、採取されたサンプルの品質が劣化する原因となる。
本発明は、前記した課題を解決し、調査水域における生物情報の入手に優れ、しかも分析に係る労力を低減できる環境DNAサンプル採取装置及び環境DNAサンプル採取方法を提供することを課題とする。
本発明では、調査水域における所定の採水箇所においてサンプリング時刻に必要量の試料水量を一度に採取して貯留容器に貯留できる。したがって、河川や海流のある調査水域においても必要量の試料水量を速やかにサンプリングできる。そして、採取した試料水を、ろ過装置を介して水域に排水することで、調査水域の水中(環境中)に含まれる微細な生物破片や排泄物等をろ過装置に捕捉できる。つまり、長時間を要するろ過時間との調整を図りつつ、分析に必要な環境DNAサンプルを好適に採取することができる。したがって、調査水域における生物情報の入手に優れ、適切な環境DNAの評価を行うことができる。しかも、試料水の入った貯留容器に代えて、ろ過装置で捕捉された試料を分析施設等に持ち帰ればよいので、分析に係る労力を好適に低減できる。
このように構成することによって、サンプリング時刻毎に各ろ過セットの貯留容器に必要量の試料水量を採取しつつ、各ろ過装置により分析に必要な環境DNAサンプルを個別に採取することができる。したがって、環境DNAの分析に係る労力をより一層低減できる。また、ろ過セットが採取回数に必要な数を備えているので、前回採取した試料水の影響を排除できる。また、大量の試料水のろ過を行うことが厳しい水質の場合には、貯留容器に残った試料水量(残存量)を確認することでろ過できた量を把握できる。さらに、ろ過セットの回収時に新しいろ過セットに交換することで分析に必要な環境DNAサンプルを連続的に採取することができる。
管理された環境下(例えば、冷蔵温度や冷凍温度に管理された環境下)にろ過装置を設置すると、ろ過装置により捕捉した微細な生物破片や排泄物等の劣化を防止できるので、水域における生物情報を正確に入手できる。これにより、適切な環境DNAの評価を行うことができる。
本発明では、採取装置設置工程により、調査水域に環境DNAサンプル採取装置を設置し、採水工程により、サンプリング時刻毎に試料水を採水して、各ろ過セットの貯留容器に貯留できる。つまり、ある所定の採水箇所、サンプリング時刻に採水した必要量の試料水量を貯留容器に確保できる。したがって、流れのある実海域でも必要量の試料水量を速やかにサンプリングできる。そして、ろ過工程により、貯留容器内の試料水をろ過装置を介して水域に排水することで、調査水域の水中(環境中)に含まれる微細な生物破片や排泄物等をろ過装置に捕捉できる。そして、回収工程により、ろ過残渣を環境DNA分析用のサンプルとして回収できるので、調査水域における生物情報の入手に優れ、適切な環境DNAの評価を行うことができる。しかも調査水域の現地にてろ過残渣を回収できるので、分析に係る労力を好適に低減できる。
本実施形態の環境DNAサンプル採取装置Mは、図1に示すような調査水域W(採水箇所)に設置される浮き構造物100の構造物本体110上に設けられるものであり、調査水域(現地)Wにて直接に環境DNA分析のためのサンプルを採取する装置である。
構造物本体110は、浮力を有する筏状の構造物であり、ワイヤー101、アンカー102を介して調査水域Wの海上に留まるように係留されている。浮き構造物100は、浮き構造物100に備わる図示しない駆動機構または船舶による牽引等によって海上を移動可能である。
採水用ポンプ10は、調査水域Wの海水を採水し、後段の貯留容器群20に送出するためのポンプである。採水用ポンプ10は、バッテリ70からの電力を用いて制御部60の制御により作動される。
採水用ポンプ10の吸入側には採水管11が接続されている。採水管11は、図1に示すように、構造物本体110から海中に向けて延設された支持部材120に支持されて海中に没している。採水管11の採水口11aは、例えば、海面から所定の深さに設置されている。なお、図示しない採水口可動機構等を採水口11aに設けて、海水の流れ方向の上流側に採水口11aを向けてもよい。
採水用ポンプ10の吐出側には、図2に示すように、吐出管12が接続されている。吐出管12は、後段の分岐管13に接続されている。吐出管12の途中には、吐出管12を開閉する第1開閉弁12aが設けられている。第1開閉弁12aは、バッテリ70からの電力を用いて制御部60の制御により作動される。分岐管13の一端部には貯留容器群20に繋がる複数の入口管14が接続されている。各入口管14の途中には、各入口管14を開閉するための第2開閉弁14aが設けられている。第2開閉弁14aは、バッテリ70からの電力を用いて制御部60の制御により作動される。
分岐管13の他端部は、排水貯留容器40に延在して排水貯留容器40内に開口している。排水貯留容器40へ向かう分岐管13の途中には、分岐管13を開閉する第3開閉弁13aが設けられている。第3開閉弁13aは、バッテリ70からの電力を用いて制御部60の制御により作動される。
各第二フィルタ32は、ゴミや不要物が除去された後の試料水をろ過するものであり、試料水に含まれる微細な生物破片や排泄物等を捕捉する役割をなす。本実施形態では、第二フィルタ32として、目開きの大きさが7μmのものを採用している。各第二フィルタ32は、冷蔵室35内に配置されており、ろ過後に冷蔵室35から取り出し可能である。
冷蔵室35は、バッテリ70からの電力により作動する冷却装置33により冷却されている。冷蔵室35内は、遮光されており、ろ過により捕捉した生物破片や排泄物等の劣化が進行し難い環境となっている。
各第二フィルタ32でろ過された後のろ水は、後段の排水管16の個別排水管16bを介して排水される。排水管16の下流側端部は、分岐管13の他端部に接続されている。各個別排水管16bの途中には、個別排水管16bを開閉するための第5開閉弁16aが設けられている。第5開閉弁16aは、バッテリ70からの電力を用いて制御部60の制御により作動される。
本実施形態では、貯留容器21とろ過装置とを組み合わせて一つのろ過セットを構成している。このろ過セットは、少なくとも採取回数(サンプリング回数)に必要な数備わる。例えば、2時間毎に計12回採水するサンプリングの場合には、少なくともろ過セットが12個備わる。
排水貯留容器40の頂部には、ろ過用ポンプ50に接続された吸引管18が取り付けられている。吸引管18の吸引口18aは、排水貯留容器40に貯留された排水の水面H1よりも上側の内空部A内に開口している。
ろ過用ポンプ50は、吸引管18を介して排水貯留容器40の内空部A内の気体を吸引し、排水貯留容器40内を負圧状態にすることで、分岐管13の排水を促進し、ろ過作用を促すものである。ろ過用ポンプ50は、バッテリ70からの電力を用いて制御部60の制御により作動される。ろ過用ポンプ50は、貯留容器21に貯留された試料水が時間をかけて第二フィルタ32に流れるように、吸い込み量が設定されている。
環境DNAサンプル採取方法は、採取装置設置工程と、採水工程と、ろ過工程と、回収工程と、を備えている。なお、採水前の状態では、採水用ポンプ10及びろ過用ポンプ50は作動を停止しており、また、各開閉弁は閉じられている。
採取装置設置工程は、環境DNAサンプル採取装置Mを調査水域Wに設置する工程である。採取装置設置工程では、図示しない駆動機構による自立航行や船舶による牽引等により、調査水域Wに浮き構造物100を移動する。調査水域Wに浮き構造物100を移動したら、ワイヤー101を通じて複数のアンカー102を降ろし、調査水域Wに浮き構造物100を係留する。
具体的に、採水工程では、ろ過開始時刻の数分前に、採水用ポンプ10を作動させて採水管11や吐出管12等に採水を通すことによる共洗いを行う。この場合、制御部60は、採水用ポンプ10を作動させ、吐出管12の第1開閉弁12a及び分岐管13の第3開閉弁13aを開く。これにより、採水管11、吐出管12及び分岐管13が共洗いされる。共洗い後の水は、分岐管13から排水貯留容器40に排水され、制御部60により第6開閉弁17aが開かれることで排出管17から排出される。
その後、ろ過開始時刻になると、制御部60は、該当するろ過セットの貯留容器21に通じる入口管14の第2開閉弁14aを開くとともに、分岐管13の第3開閉弁13aを閉じる。これにより、該当するろ過セットの貯留容器21に採水した試料水が所定水量貯留される。その後、制御部60は採水用ポンプ10を停止する。採水用ポンプ10の停止制御は、例えば、液面センサ等を用いて貯留容器21に所定採水量溜まったことを検出することにより行うことができる。
その後、第一フィルタ31でろ過された試料水は、冷蔵室35内に導入され、第二フィルタ32でろ過される。これにより、第二フィルタ32により試料水に含まれる微細な生物破片や排泄物等が捕捉される。
制御部60は、ろ過開始後、予め設定された時間、例えば、ろ過開始から1時間または30分経過した場合に、ろ過を停止するように制御する。つまり、制御部60は、所定時間経過後に出口管15の第4開閉弁15a及び個別排水管16bの第5開閉弁16aを閉じるとともに、ろ過用ポンプ50を停止する。
第二フィルタ32でろ過された後のろ水は、後段の排水管16の個別排水管16bを介して排水され、分岐管13に流入した後に排水貯留容器40に排水される。そして、制御部60は、排水貯留容器40に排水されたろ水を排出すべく排出管17の第6開閉弁17aを開く。これにより、排出管17を通じて排出口17bから海中にろ水が排出される。
なお、試料水に含まれる浮遊物が多く、貯留容器21の試料水を全量ろ過できない場合には、ろ過の途中で停止するようにしてもよい。
回収した第二フィルタ32は、例えば-20℃の冷凍環境で保存することが好ましい。また、ろ過停止後の24時間以内に第二フィルタ32を回収する場合には、冷蔵室35を例えば4℃の冷暗環境にすることが好ましい。
また、第二フィルタ32を回収する場合には、貯留容器21に残った試料水量を確認し、ろ過量を把握することが好ましい。
以上のような採水方法において、制御部60は、他のろ過セットにおける採水工程の開始を、例えば、上記ろ過工程によるろ過開始時刻の2時間後に行うことが好ましい。
図3に示すように、環境DNAサンプル採取装置M1は、採水用ポンプ10と、貯留容器としての貯留タンク21Aと、ろ過装置群30Aと、ろ過用ポンプ50と、を備えている。ろ過装置群30Aは、貯留タンク21Aを共有の貯留容器とする2組のろ過装置(2つのろ過セット)を備えている。また、ろ過用ポンプ50は、排出管17の上流側を直接吸引するように構成されている。
なお、図示はしないが、環境DNAサンプル採取装置M1も同様に、前記実施形態で説明した制御部60と、バッテリ70と、ソーラーパネル(発電設備)80(図2参照)と、を備えている。
貯留タンク21Aの頂部には、第一フィルタ31を介して吐出管12が接続されている。つまり、貯留タンク21Aには、第一フィルタ31で大きめのゴミや不要物等が除去された試料水が流入するように構成されている。貯留タンク21Aの内側下部には、第一フィルタ31を介して導出管19の上流側の吸込み口が配置されている。導出管19は、後段の分岐管13に向けて延在し分岐管13に接続されている。導出管19の途中には流量計19b及び導出管19を開閉する第7開閉弁19aが設けられている。
また、分岐管13の途中には、第1三方向弁13Aが設けられている。第1三方向弁13Aには共洗い用管13Cが接続されている。第1三方向弁13Aは、分岐管13を連通しながら、分岐管13と共洗い用管13Cとの間を遮断する状態と、分岐管13と共洗い用管13Cとを連通する状態との2つの状態を切り替える弁である。共洗い用管13Cの途中には、共洗い用管13Cを開閉する第10開閉弁13Bが設けられている。
共洗い用管13Cの下流側端部は、第2三方向弁16Bに接続されている。第2三方向弁16Bは、集合排水管16Aの途中に設けられている。第2三方向弁16Bは、集合排水管16Aを連通しながら、集合排水管16Aと共洗い用管13Cとの間を遮断する状態と、集合排水管16Aと共洗い用管13Cとを連通する状態との2つの状態を切り替える弁である。
集合排水管16Aには、排出管17が接続されている。排出管17の途中には、第6開閉弁17a及びろ過用ポンプ50が設けられている。
環境DNAサンプル採取方法は、前記実施形態と同様に、採取装置設置工程と、採水工程と、ろ過工程と、回収工程と、を備えている。なお、採水前の状態では、採水用ポンプ10及びろ過用ポンプ50は作動を停止しており、また、各開閉弁は閉じられている。
採水工程では、貯留タンク21Aに試料水を採取して貯留する。この場合、ろ過開始時刻に先立って、制御部60は、採水用ポンプ10を作動させて、貯留タンク21Aに採取した海水を一旦貯留させる。その後、図示しない排水専用管の排出コックを手動で操作して貯留タンク21Aから海水を排水し、採水管11、吐出管及び貯留タンク21Aを共洗いする。貯留タンク21Aからの排水は、採水口11aから離れた位置にて行うことが好ましい。なお、この排水は、制御部60の制御で自動的に行うことも可能である。
その後、制御部60は、ろ過開始時刻になると、採水用ポンプ10を再び作動させる。これにより、貯留タンク21Aに採取した試料水が貯留される。このとき、試料水に含まれる大きめのゴミや不要物が第一フィルタ31で一次ろ過されて除去される。
その後、制御部60は、一方のろ過装置(第一フィルタ31及び第二フィルタ32)に試料水が流れるように、分岐管13の第1三方向弁13Aを作動させて、分岐管13を連通するとともに、分岐管13と共洗い用管13Cとの間を遮断する。また、制御部60は、第2三方向弁16Bを作動させて、集合排水管16Aを連通するとともに、集合排水管16Aと共洗い用管13Cとの間を遮断する。さらに、制御部60は、一方のろ過装置に通じる出口管15の第8開閉弁15A、第9開閉弁15B及び第5開閉弁16aを開くとともに、ろ過用ポンプ50を作動させる。
そうすると、導出管19から分岐管13を通じて一方の出口管15に試料水が流れ、第一フィルタ31でろ過された試料水が第二フィルタ32でさらにろ過される。これにより、第二フィルタ32により試料水に含まれる微細な生物破片や排泄物等が捕捉される。
制御部60は、ろ過開始後、予め設定された時間、例えば、ろ過開始から1時間または30分経過した場合、あるいは、流量計19bの計測により所定量の試料水が通過したことが検出された場合に、ろ過を停止するように制御する。
そして、制御部60は、他方のろ過セットにおける採水工程の開始を、例えば、上記ろ過工程によるろ過開始時刻の2時間後に行う。
なお、第一フィルタ31は、貯留タンク21A及びろ過装置群30の両方に設けたものを示したが、これに限られることはなく、いずれか一方に備わればよい。
例えば、前記実施形態では、浮き構造物100上に環境DNAサンプル採取装置M,M1を設けたが、これに限られることはなく、図4に示すような支柱140で水上に構築される水上構造物150上に環境DNAサンプル採取装置M,M1を設けてもよい。
また、図5に示すように、ワイヤー101とアンカー102とブイ160により調査水域Wに係留される船舶170上に、環境DNAサンプル採取装置M,M1を設けてもよい。
また、前記実施形態では、第一フィルタ31と第二フィルタ32とからなるろ過装置を示したが、これに限られることはなく、目開きの異なる第三フィルタを第一フィルタ31の上流側や下流側等に配置してもよい。
また、前記実施形態では、環境DNAサンプル採取装置M,M1を海洋上に設けたが、調査水域Wに隣接する陸上に設けてもよい。
また、貯留容器21や貯留タンク21Aは、環境DNAの分析に影響を及ぼさないように、所定量の試料水量を貯留できるものであればよく、種々の材料からなるものを採用することができる。
21A 貯留タンク(貯留容器)
31 第一フィルタ(ろ過装置)
32 第二フィルタ(ろ過装置)
33 冷却装置
35 冷蔵室
100 浮き構造物
M,M1 環境DNAサンプル採取装置
W 調査水域
Claims (4)
- 環境DNA調査水域に設置する環境DNAサンプル採取装置であって、
試料水用の貯留容器及びろ過装置を備えており、
採取時に調査水域から必要量の試料水量を採取して前記貯留容器に貯留し、前記貯留容器に貯留した試料水を前記ろ過装置でろ過することによって、採取タイミングに適した環境DNAサンプルを採取することを特徴とするサンプル採取装置。 - 前記貯留容器と前記ろ過装置とを組み合わせて一つのろ過セットを構成し、
前記ろ過セットは、採取回数に必要な数を備えていることを特徴とする請求項1に記載の環境DNAサンプル採取装置。 - 少なくとも前記ろ過装置は、温度管理された環境下に設置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の環境DNAサンプル採取装置。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の環境DNAサンプル採取装置を環境DNA調査水域に設置して環境DNAをサンプリングする環境DNAサンプル採取方法であって、
前記貯留容器と前記ろ過装置とを組み合わせて構成した一つのろ過セットを、予め設定された複数のサンプリング時刻に対応する数を備えた環境DNAサンプル採取装置を、調査水域に設置する採取装置設置工程と、
前記サンプリング時刻に合わせて、該当する前記ろ過セットの前記貯留容器に試料水を採取して貯留する採水工程と、
前記貯留容器から前記ろ過装置に試料水を供給してろ過し、ろ過後のろ水を排水するろ過工程と、
ろ過残渣を環境DNA分析用のサンプルとして回収する回収工程と、
を備えたことを特徴とする環境DNAサンプル採取方法。
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