Name: 生物学的抽出フィールドキットとフィールドqPCRユニットを用いた現地での微生物DNA解析 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2026-01-02T14:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 33 s
Description: 学ぶ 現地での微生物DNA解析法。生物学的抽出フィールドキットとフィールドqPCRユニットを用いて、環境微生物のDNAを迅速に分離・分析する手法を解説。遠隔地での環境モニタリング能力向上に貢献する。

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<ol><li>Adeloju, S. B., Khan, S., Patti, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arsenic+contamination+of+groundwater+and+its+implications+for+drinking+water+quality+and+human+health+in+under-developed+countries+and+remote+communities-a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Sci%22%5BJournal%5D)">Arsenic contamination of groundwater and its implications for drinking water quality and human health in under-developed countries and remote communities-a review.</a> Appl Sci. 11 (4), 1926(2021).</li>
<li>Masindi, V., Foteinis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Groundwater+contamination+in+Sub-Saharan+Africa%3A+Implications+for+groundwater+protection+in+developing+countries%5BTitle%5D)+AND+%22Clean+Eng+Technol%22%5BJournal%5D)">Groundwater contamination in Sub-Saharan Africa: Implications for groundwater protection in developing countries.</a> Clean Eng Technol. 2 (1), 100038(2021).</li>
<li>Balasooriya, B. K., Rajapakse, J., Gallage, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+drinking+water+quality+issues+in+remote+and+Indigenous+communities+in+rich+nations+with+special+emphasis+on+Australia%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Total+Environ%22%5BJournal%5D)">A review of drinking water quality issues in remote and Indigenous communities in rich nations with special emphasis on Australia.</a> Sci Total Environ. 903 (1), 166559(2023).</li>
<li>Chen, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Natural+attenuation+potential+of+vinyl+chloride+and+butyl+acrylate+released+in+the+East+Palestine%2C+Ohio+train+derailment+accident%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">Natural attenuation potential of vinyl chloride and butyl acrylate released in the East Palestine, Ohio train derailment accident.</a> Environ Sci Technol. 58 (40), 17743-17755 (2024).</li>
<li>Singer, L. T., Schumacher, F., Fabisiak, J., Dietz, L. J., Ciesielski, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+East+Palestine+train+derailment%3A+A+complex+environmental+disaster%5BTitle%5D)+AND+%22Neurotoxicol+Teratol%22%5BJournal%5D)">The East Palestine train derailment: A complex environmental disaster.</a> Neurotoxicol Teratol. 110, 107522(2025).</li>
<li>Rubin, B. E. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+the+impact+of+storage+conditions+on+microbial+community+composition+in+soil+samples%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Investigating the impact of storage conditions on microbial community composition in soil samples.</a> PLoS One. 8 (7), e70460(2013).</li>
<li>Fromin, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impacts+of+soil+storage+on+microbial+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22Soil%22%5BJournal%5D)">Impacts of soil storage on microbial parameters.</a> Soil. 11 (1), 247-265 (2025).</li>
<li>Wang, Y., Li, X., Chi, Y., Song, W., Yan, Q., Huang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+of+the+freshwater+microbial+community+structure+and+assembly+processes+during+different+sample+storage+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Microorganisms%22%5BJournal%5D)">Changes of the freshwater microbial community structure and assembly processes during different sample storage conditions.</a> Microorganisms. 10 (6), 1176(2022).</li>
<li>Kia, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrity+of+the+human+faecal+microbiota+following+long-term+sample+storage%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Integrity of the human faecal microbiota following long-term sample storage.</a> PLoS One. 11 (10), e0163666(2016).</li>
<li>Seifert-Dähnn, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Costs+and+benefits+of+automated+high-frequency+environmental+monitoring-the+case+of+lake+water+management%5BTitle%5D)+AND+%22J+Environ+Manage%22%5BJournal%5D)">Costs and benefits of automated high-frequency environmental monitoring-the case of lake water management.</a> J Environ Manage. 285 (1), 112108(2021).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Groundwater+Sampling+%28SESDPROC-301-R3%29%22">Groundwater Sampling (SESDPROC-301-R3)</a>. , United States Environmental Protection Agency. Washington, D.C. (2013).</li>
<li>Microbial Insights. , Microbial Insights, Inc. At. At 
 <a target="_blank" href="https://microbe.com/">https://microbe.com/</a> (2025).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>5/16インチのシリコンチューブ</td><td>アマゾン(www.amazon.com)</td><td>796753613221</td><td>代替モデルも許容される場合があります</td></tr><tr><td>クーラー</td><td>ステープルズ(www.staples.com)</td><td>24299978</td><td>代替モデルも許容される場合があります</td></tr><tr><td>DNA分離フィールドキット</td><td>微生物インサイト社および</td><td>https://microbe.com/bio-extract/</td><td>独自仕様</td></tr><tr><td>フィールドqPCRユニットとアクセサリー</td><td>微生物インサイト社および</td><td>https://microbe.com/fieldquant/</td><td>独自仕様</td></tr><tr><td>手袋</td><td>アマゾン(www.amazon.com)</td><td>サイズによります</td><td>代替モデルも許容される場合があります</td></tr><tr><td>地下水ろ過器</td><td>微生物インサイト社および</td><td>https://microbe.com/wp-content/uploads/2025/08/MI-Sampling-US-01.02-bio-flo_dna_mi.pdf</td><td></td></tr><tr><td>氷</td><td>地元のコンビニエンスストア</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>カモアDIP1500蠕動ポンプ 24 V 1500 mL/min 高圧</td><td>アマゾン(www.amazon.com)</td><td>701705886813</td><td>代替モデルも許容される場合があります</td></tr><tr><td>ニードルノーズプライヤー</td><td>アマゾン(www.amazon.com)</td><td>762983170575</td><td>代替モデルも許容される場合があります</td></tr><tr><td>ペーパータオル</td><td>ステープルズ(www.staples.com)</td><td>2126874</td><td>代替モデルも許容される場合があります</td></tr><tr><td>安全メガネ</td><td>アマゾン(www.amazon.com)</td><td>B0BNHKWR6W</td><td>代替モデルも許容される場合があります</td></tr><tr><td>シャーピー細かい筆尖マーカー</td><td>アマゾン(www.amazon.com)</td><td>71641300033</td><td>代替モデルも許容される場合があります</td></tr></tbody></table>

生物学的抽出フィールドキットとフィールドqpcrユニットを用いた現地での微生物dna解析

Microbial DNA Analysis in the Field Using a Biological Extraction Field Kit and a Field qPCR Unit

代表的な環境サンプルからのDNA抽出は、生物抽出フィールドキットと、先に述べた高度に検証された実験室ベースの方法の両方を用いて行われました。 図4に示すように、フィールドキットを用いたDNA分離の成功は、qPCR結果と高度に検証された実験室ベースの抽出法を比較することで確認されました。この一貫性は、この方法が現場での環境サンプルのDNA完全性を保持していることを裏付けています。
フィールドqPCRキットの構成要素は図5に示されています。フィールドqPCRユニットを用いた標準培養希釈デハロココイデス(DHC)の分析を行い、室内(21°C)および屋外(30°C)の両方で、実際の現場条件下での機器の堅牢性を示しました。図6に示される結果は、それぞれの10回の異なる反復で低い偏差があることを示しています。全体の背景として、DHCは塩素化溶媒を分解する能力を持つ生物であり、環境修復業界でqPCRによって一般的に定量されます。
機器の精度を検証するため、DHCは3つの異なる濃度で、重複して実施された10台のフィールドqPCR機器を用いて分析しました(図7)。存在比が低くても、相対標準偏差はすべてのランで低く(5%未満)維持されていました。標準偏差と比較して、対数データにおいて相対標準偏差は重要なことに注意してください。なぜなら、次の式で結果を正規化するからです。
<img alt="式1" src="/files/ftp_upload/69713/69713eq1.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1783400419000" data-alt="Equation 1">
ここでRSDは相対標準偏差、σはデータセットの標準偏差、μはデータセットの平均です。
本論文内の両手法は、再現フィールド抽出およびqPCRアッセイの両方で再現可能な結果を提供します。フィールドと実験室での抽出とqPCR解析の一致は、実験室インフラに依存せずに信頼性が高く高品質なデータが得られることを示し、遠隔地や資源制限のある環境でも微生物分析を実施できることを示しています。
<img alt="図1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69713/69713fig1.jpg" data-altupdatedat="1783400419000" data-alt="Figure 1"> 
図1:カプセル化されたフィルターキットの部品。 カプセル化されたフィルターは、水サンプルからバイオマスをろ過するために使われます。チューブを介して蠕動ポンプに接続することで、水がフィルターを通過します。水の総体積を記録した後、水は捨てられ、フィルターに集められたバイオマスはDNA抽出の準備が整います。部品:a. 使用前後にフィルターや部品を保持する滅菌チューブ、b. 給水口キャップ、c. ホースクランプ、d. ルーアーロックチューブ接続アダプター、E. カプセル化されたフィルター、F. ゴム製アウトレットキャップ。画像はMicrobial Insights, Inc.12の許可を得て使用。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69713/69713fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。</a>
<img alt="図2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69713/69713fig2.jpg" data-altupdatedat="1783400419000" data-alt="Figure 2"> 
図2:フィルターとチューブの接続。 チューブはルーアロックチューブ接続アダプターに押し込まれ、ホースクランプで固定されます。チューブのもう一方の端は蠕動ポンプに接続されています(この接続およびポンプの動作は本プロトコルの範囲外です)。画像はMicrobial Insights, Inc.12の許可を得て使用。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69713/69713fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。</a>
<img alt="図3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69713/69713fig3.jpg" data-altupdatedat="1783400419000" data-alt="Figure 3"> 
図3:DNA分離フィールドキットの構成要素。 すべての部品は使用前に滅菌されています。構成要素は以下の通りです:(1) カプセル化されたフィルターキット(詳細は 図1 参照)、(2) 3 mLシリンジ、(3) 溶液Aをあらかじめ装填した1 mLシリンジ(キャップ付き)、(4) 溶液Bをあらかじめ装填した1 mLシリンジ(キャップ付き)、(5) 3 mL シリンジ、(6) シリコーンビードチューブ、(7) 分離カラム装着の1 mLシリンジ、(8) 1 mL 使い捨てトランスファーピペット、 (9) DNA分離サンプル準備カートリッジ、(10) 1.5 mLマイクロ遠心分離機チューブ。写真に載っていません:振る際のシーリング用のパラフィルムスクエアと、抽出に使う表面を掃除するためのアルコールプレップワイプです。画像はMicrobial Insights, Inc.12の許可を得て使用。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69713/69713fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。</a>
<img alt="図4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69713/69713fig4.jpg" data-altupdatedat="1783400419000" data-alt="Figure 4"> 
図4:実世界のサンプルを用いたフィールド抽出比較。 2つの代表サンプルから実験室法(赤いバー)を用いたDNAのqPCR結果と生物学的抽出フィールドキット(青バー)の比較結果。これらは標準的なqPCR解析で期待される再現解析は行われませんでした。遺伝子標的(x軸)は、両方法とも1桁以内の存在比(y軸)を示します。各特定の遺伝子標的に関する情報は本論文の範囲外であるため含まれていません。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69713/69713fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。</a>
<img alt="図5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69713/69713fig5.jpg" data-altupdatedat="1783400419000" data-alt="Figure 5"> 
図5:現場ベースのqPCR機器およびコンポーネント。 構成要素は以下の通りです:A.現場ベースのqPCR装置、B. サンプル準備トレイ、凍結乾燥試薬を含むC. アッセイストリップ、D. 機器を動作させるためのアプリケーションがあらかじめインストールされた。画像はMicrobial Insights, Inc.12の許可を得て使用。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69713/69713fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。</a>
<img alt="図6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69713/69713fig6.jpg" data-altupdatedat="1783400419000" data-alt="Figure 6"> 
図6:現場qPCRの堅牢性の実証。 デハロココイデス(DHC)標準は、屋外(30°C、赤いバー)および屋内(21°C、青いバー)の温度条件下で10回のレプリケートで解析され、この装置の現場での信頼性が強調されました。複製ラン番号はx軸に、計算されたDHC存在比はy軸に記載されます。内部(20°C)平均は10²セル/mL×4.92、SD=1.14×10²セル/mL(n=10)、外部(30°C)平均は5.89×10²セル/mL、SD=1.80×10²セル/mL(n=10)と計算されました。20°Cと30°Cでの測定値は有意な差はありませんでした(ウェルチのt検定、p = 0.17)。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69713/69713fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。</a>
<img alt="図7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69713/69713fig7.jpg" data-altupdatedat="1783400419000" data-alt="Figure 7"> 
図7:フィールドqPCR精度の実証。 10種類の異なる機器間で精密な性能を、3つの異なる標準濃度で重複して実行します。真の値と複製数(各標準濃度で10台の機器でn = 2)はx軸に沿って示され、フィールドユニット固有の色付きバーで示されています。y軸は各ランの計算された存在比を示します。各標準濃度の相対標準偏差パーセントは、バーの上の点線で示されています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69713/69713fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。</a>

生物学的抽出フィールドキットとフィールドqPCRユニットを用いた現地での微生物DNA解析

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