メタ生物研究と保存のためのバイオレメディエーションおよびプロバイオティクス開発のための微生物株の探知
2019年10月31日
汚染はすべてのバイオームに影響を与える。海洋環境は特に影響を受けており、特に地球上で最も敏感な生態系の一つであるサンゴ礁が影響を受けています。バイオレメディエーションは、汚染物質を分解する生物の能力です。ここでは、サンゴのバイオレメディエーション能力と潜在的なプロバイオティクス特性を提示する微生物を分離および試験する方法論について説明する。
私たちは、サンゴの健康を促進すると同時に、汚染による影響を軽減し、変化する世界におけるサンゴ礁の持続性に貢献できるプロバイオティクスを分離し、組み立てることができます。説明する分離およびスクリーニングアプローチは、サンゴなどの海洋生物に対する汚染物質の分解やその他の有益な特性などの重要な代謝活性を示す微生物を選択するために使用することができる。この方法は、任意の汚染物質を分解することができる微生物を単離するために適用することができる。
さらに、他の材料源は、植物、土壌、水、何かなどの他の環境サンプルに使用することができます。文献を研究し、あなたの目的のための良い候補となり得る株に焦点を当ててみてください。可能であれば、それらの株のための分離方法を指示し、既知の病原体を避ける。
また、細菌のコンソーシアムを使用することを目指している場合は、コンソーシアムのメンバーが互いに敵対的な活動をしているかどうかを最初に調査することも非常に重要です。サンゴは絶滅のリスクが高まっているため、この方法論は世界的に始まっており、その方法を広げて標準化する必要があります。一部のサンゴ研究者は従来の微生物学の経験がないので、彼らは頻繁にそのようなアプローチを進める方法についてのアドバイスを求めています。
まず、各ターゲットサンプリング部位から、スクリューキャップ付きの滅菌ボトルを使用して、3重に500ミリリットルの水を集めます。サンプル処理が後で発生する場合は、ボトルを摂氏4度に保ちます。水のサンプルの同じサンプリングサイトからサンゴの破片をカットするためにペンチと鉗子の無菌ペアを使用してください。
20ミリリットルの無菌3%生理食塩水または人工海水を使用してサンプルサンゴの断片をリンスし、海水のゆるやかに付着した自由な生きた細菌を取り除きます。鉗子を使用して、滅菌生理液を含むスクリューキャップを備えた滅菌容器に各サンゴの破片を入れます。無菌鉗子とペンチを使用して、無菌ペトリ皿のサンゴの破片の5グラムを計量スケールで計量します。
5グラムのサンゴサンプルを無菌モルタルに移し、滅菌害虫を使用してマセレートします。無菌ヘラを使用して、25ミリリットルの塩化ナトリウム無菌溶液と2.5ミリメートルの10〜15個のガラスビーズを含む滅菌培養フラスコに浸化したサンプルを移します。20ミリリットルの滅菌生理食塩水を使用して、乳鉢をチューブに洗浄して、マセレートの最大量を回収します。
異なるサンゴの区画から微生物を取り外すには、フラスコをサンプリング部位の水温で16時間150回gの一定の撹拌下に保ちます。細菌を選択するには、まずサンゴサンプルの滅菌生理液中の10~10~10~10~10~10~10~10~10~10~10~10の水サンプルを実行します。ピペット希釈は、チップを捨てる前に5回上下します。
その後、それぞれ渦を起します。次のシリアル希釈を実行する前に、毎回5秒間サンプルを渦出します。ピペット 3%塩化ナトリウムリソジニーブロス寒天培地を含むペトリ皿上の各希釈のピペット100マイクロリットルをプレートします。
例えば摂氏26度など、目標温度で1~3日間プレートをインキュベートします。1日1回プレートをチェックしてください。ストリークプレート技術を使用して、新しいプレート上に明確な成長形態を提示するコロニーを選択して分離します。
プレート上に純粋なコロニーが生育するために、必要に応じてこのステップを何度も繰り返します。原稿に記載されているように、摂氏4度またはグリセロール中に分離物を保管してください。EE2分解能力試験を行うために、新鮮なプレートから単一コロニーを選び、チューブ内の滅菌LB培地の2ミリリットルで接種する。
グリセロールストックの場合は、10マイクロリットルのグリセロール細菌ストックを取り、LB寒天プレートにストリークします。一晩で摂氏24~28度でインキュベートし、単一のコロニーが成長します。一晩摂氏24〜28度で150倍gで一定の攪拌の下で傾斜LB培地を含むチューブを置きます。
細菌増殖後、細胞を8,000倍gで室温で8分間遠心してペレット化する。上清を捨てます。残りのLBスープを洗浄するには、2ミリリットルの生理食塩水を加え、細胞を再懸濁させる。
炭素源の痕跡がないことを保証するために、洗浄を2回繰り返します。洗浄し、かつ、EE2を含む最小ブッシュネルハース培地で再懸濁細胞を唯一の炭素源として接種する。インキュベーションの16〜72時間後にLB寒天培地上の600ナノメートルと私たちのコロニー形成単位で光学密度によって細菌の成長を評価します。
油水溶性分画と油水不溶性分率を含む最小培地を唯一の炭素源として調製するには、底部にバルブを含むフィルターフラスコに500ミリリットルの無菌蒸留水に1〜2%の原油を加えます。フラスコを24~28°Cで一定の攪拌下に置き、150倍gで48時間保ちます。その後、フラスコを安定した表面に置き、10〜20分待って、可溶性分画と不溶性分画を分離させます。
次に、底部フィルターフラスコを開いて、油水不溶性分率を節約する新しい滅菌フラスコに油水溶性画分を移します。その後、ブッシュネルハース寒天最小培地の2本を準備します。それをオートクレーブ。
油水溶性分率を唯一の炭素源として組み合わせて、500ミリリットルの寒天培地を作ります。油水不溶性分率で同じことを行い、個々のペトリ皿に各媒体の約25ミリリットルを転送します。油分解細菌を分離するには、以前希釈したサンプルとピペット100マイクロリットルの各希釈液を寒天培地を含むペトリ皿に再利用し、それらをプレートします。
あなたのプレートのための否定的なコントロールを維持することを忘れないでください。対象温度で1~3日間、調理し、先ほどの分離手順を繰り返します。このプロトコルでは、微生物は、推定BMC特性を提示する異なる水源およびサンゴナビンから単離され、異なるクラスの汚染物質を分解することができる。
リオデジャネイロ連邦大学環境衛生実験センターから得られた下水処理場で採取した水サンプルを用いて、EE2を分解できる33種類の細菌株を単離した。さらに、油分解細菌を選択する技術を用いて、油水溶性分率と油水不溶性分率の両方を分解することができる20株が単離された。微生物においてスクリーニングされた推定BMC特性は、その中でもサンゴ病原体ビブリオコレラリチカスに対して強い拮抗活性を示す株、尿素を分解できる株、カタラーゼの産生能が良く、かつ潜在的に有益な遺伝子を提示する微生物が見出された。
バイオレメディエーションとBMC接種の両方を採用し、油暴露の影響からサンゴを予測することが可能でした。サンゴから分離された石油バイオレメディエーターPBMCコンソーシアムは、1%の油にさらされたサンゴナビンに接種された。これは、接種のないサンゴの健康と比較して、より良い保存光化学的能力を示した。
サンプルを室温で長時間放置しないでください。さもなければ、微生物群集は変化し、病気関連微生物は他の微生物を増殖させる可能性がある。原油は有毒です。
このまたは使用する他の汚染物質を使用する場合は、適切な個人用保護具を使用してください。この技術は、サンゴの修復と海洋バイオレメディエーションの分野で革新的な方法を開き、地球規模の変化によって引き起こされる経済的、生態学的、社会的影響を最小限に抑えるために使用される可能性があります。
概要
この研究は、サンゴの健康を促進し、汚染の影響を軽減できる微生物の分離とテストに焦点を当てています。説明されている方法論は、変化する海洋環境におけるサンゴの回復力の強化を目指しています。
主要な研究要素
科学の分野
- 微生物学
- 海洋生物学
- 環境科学
背景
- サンゴ礁は汚染の影響を受ける敏感な生態系です。
- バイオレメディエーションは、汚染物質を分解するために生物を使うことを含みます。
- 微生物はサンゴのプロバイオティクスとして機能する可能性があります。
- サンゴ微生物学における標準化された方法の必要性があります。
研究の目的
- バイオレメディエーションとサンゴのためのプロバイオティクスの可能性を持つ微生物を分離すること。
- 有益な微生物をスクリーニングするための方法論を開発すること。
- 汚染によるサンゴの絶滅のリスクの増加に対処すること。
使用された方法
- 対象地点からの水とサンゴのサンプル収集。
- 無菌技術と培地を使用した微生物の分離。
- 汚染物質の分解に関連する代謝活性のスクリーニング。
- 微生物叢間の拮抗的相互作用のテスト。
主な結果
- 異なる成長形態を持つ微生物株の成功的な分離。
- 汚染物質を分解できる微生物の同定。
- さらなる研究と応用のためのプロトコルの確立。
結論
- これらの方法論はサンゴの健康と回復力を向上させることができます。
- 技術の標準化はより広範な応用にとって重要です。
- 分離された微生物の可能性を完全に探求するためにさらなる研究が必要です。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Microbial strain prospecting for bioremediation and probiotic development addresses critical challenges in marine ecosystem preservation, particularly for coral reefs facing pollution-driven decline. This workflow enables targeted identification of bacteria capable of degrading environmental contaminants while supporting host resilience, directly impacting translational research and conservation pipelines. The approach offers scalable, adaptable solutions for integrating environmental and host-beneficial microbial functions into broader R&D and restoration strategies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic interrogation of microbial metabolic pathways for pollutant degradation.
- Supports functional validation of candidate strains with beneficial host interactions.
- Facilitates biological de-risking by screening for antagonistic or pathogenic activity within consortia.
- Provides a foundation for predictive confidence in strain selection for environmental and host applications.
Screening & Assay Development
- Standardizes isolation and screening of microbial strains for specific metabolic activities.
- Delivers reproducible, quantitative outputs such as pollutant degradation and antagonistic activity.
- Prepares validated microbial consortia for downstream application in bioremediation or probiotic workflows.
- Enables scalable screening across diverse environmental samples and target compounds.
Translational & Preclinical Research
- Aligns microbial candidate selection with disease-relevant and ecosystem-relevant endpoints.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation in metaorganism research.
- Enables risk-adjusted advancement of microbial consortia for translational deployment in restoration projects.
- Provides mechanistic de-risking for both environmental and host-beneficial outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
This methodology integrates from early microbial discovery through screening, validation, and translational application in environmental and host-focused interventions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing for pollutant degradation and beneficial host interactions.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative assays for metabolic and antagonistic activities.
- Analytics: Provides measurable outputs such as optical density, colony counts, and functional screening results.
- Translational Research: Bridges discovery to preclinical validation for ecosystem and host resilience strategies.
- Enterprise Reuse: Offers a flexible, adaptable platform for prospecting microbial strains across diverse targets and environments.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in microbial candidate selection and functional validation.
- Operational Value: Standardizes and scales microbial screening for reproducibility and cross-team adoption.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions for microbial consortia deployment in restoration and bioremediation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of microbial candidates for translational and environmental applications.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microbiology, environmental sampling, and functional screening.
- Needs access to sterile sampling tools, culture media, and analytical instrumentation for quantitative assays.
- Demands cross-team standardization for reproducibility and data comparability.
- Adaptable to various model systems and target compounds beyond EE2 and crude oil.
- Practical limitations include potential overgrowth of disease-related microbes and the need for safety protocols when handling toxic contaminants.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:27
Water and Coral Collection and Storage for Microbial Isolation
3:11
Isolation of EE2 (Estrogen 17a-ethinylestradiol)-degrading Bacteria from Seawater and/or Corals
5:50
Isolation of Oil-degrading Bacteria from Seawater and/or Corals
7:35
Results: Bioremediator-pBMC Consortium
9:03
Conclusion
