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JP5768319B2 - 微生物検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、試料から微生物を検出する微生物検出方法に関する。
現在、微生物検出方法として、位相差顕微鏡を用いた方法あるいは蛍光染色法などがある。上記位相差顕微鏡は、微生物の反射光の位相差をコントラストに変換して像を作り出し、透明に近い微生物の観察を可能にする。また、蛍光染色法は、微生物を蛍光染色して観察する方法であり、微生物の持つDNA(Deoxyribonucleic acid)やRNA(Ribonucleic acid)を蛍光染色することで微生物のみを明瞭にするDAPI(4',6-Diamidine-2'-phenylindole dihydrochloride)染色法やアクリジンオレンジ染色法、特定微生物を核酸の配列から染め分けるFISH(fluorescence in situ hybridization)法、蛍光染色した抗体を用いる方法、蛍光染色したファージを用いる方法等の多くの方法が存在する。
そして、その他の微生物検出方法として、下記特許文献1には、キャピラリー等電点電気泳動法を用いて試料中のレジオネラ属菌を分離して検出するレジオネラ属菌検出方法が開示されている。また、上記蛍光染色法を活用した方法として、下記特許文献2には、標的微生物を蛍光標識抗体で標識し、蛍光強度に基づいて試料中の粒子から標的微生物を検出する方法であって、粒子の前方散乱光強度、蛍光標識抗体による蛍光強度及び夾雑物の特有な蛍光強度を測定し、蛍光標識抗体が夾雑物に非特異結合した擬陽性を示す粒子を測定結果に基づいて排除して標的微生物のみを検出する微生物検出方法が開示されている。さらに、下記特許文献3には、試料中の微生物を生死菌染色試薬と死菌染色試薬で染色し、試料の3種類の蛍光画像を撮影し、当該蛍光画像から微生物の発光点を抽出し、抽出した発光点毎の輝度のドットプロットを作成し、当該プロットを用いて生菌を計数するプログラム及び微生物計数装置が開示されている。
特開2008−109927号公報 特開2007−232382号公報 特開2007−097583号公報
ところで、上述した位相差顕微鏡を用いた方法または蛍光染色法では、環境中から採取した試料中に自家蛍光を持つ粒子が多数存在する場合に、標的微生物の判別が難しい。例えば、蛍光染色法のひとつであるFISH法は、定量性があり、また検出時間も短いことから便利な方法であるが、試料中に自家蛍光を持つ夾雑物が混ざっていると、標的微生物を選択的に検出することが困難となるとともに定量性が低下してしまう。そして、このような場合には、検出に時間がかかり、検出した標的微生物を計数するにも、時間と熟練を要する。
また、上記特許文献1では、キャピラリー等電点電気泳動法を用いて試料中のレジオネラ菌を分離して検出しているが、同じような電荷を持つタンパク質(夾雑物)が試料に含まれている場合にレジオネラ菌のみを検出するのが困難である。また、特許文献2では、標的微生物と夾雑物との蛍光波長の違いによって標的微生物と夾雑物とを判別しているが、夾雑物が藻類に限定されている発明であるために、他の夾雑物に対応することができない。さらに、特許文献3では、試料の3種類の蛍光画像を撮影し、当該3種類の画像から微生物の発光点を抽出しているが、3種類の蛍光画像の撮影という時間のかかる作業が必要になる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、自家蛍光する夾雑物が混ざっていたとしても、正確かつ短時間で標的微生物を検出することができる微生物検出方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、微生物検出方法に係る第1の解決手段として、試料から標的微生物を検出する微生物検出方法であって、前記試料中の夾雑物の蛍光色を前記標的微生物の蛍光と異なる色に変異させる夾雑物蛍光色変異工程を具備するという手段を採用する。
本発明では、微生物検出方法に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記夾雑物蛍光色変異工程において、前記試料中の夾雑物の蛍光色を変異させる夾雑物蛍光色変異液を添加するという手段を採用する。
本発明では、微生物検出方法に係る第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記夾雑物蛍光色変異液は、親油性蛍光色素を希釈した溶液であるという手段を採用する。
本発明では、微生物検出方法に係る第4の解決手段として、上記第3の解決手段において、前記親油性蛍光色素として親油性スリチル色素、親油性カルボシアニン色素または親油性ナイルレッドを希釈した溶液であるという手段を採用する。
本発明では、微生物検出方法に係る第5の解決手段として、上記第4の解決手段において、前記夾雑物蛍光色変異液は、前記親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide、前記親油性カルボシアニン色素である3,3'-dioctadecyl-5,5'-di(4-sulfophenyl)oxacarbocyanine,sodium salt、または前記親油性ナイルレッドである9-(Diethylamino)-5H-benzo[a]phenoxazin-5-oneを希釈した溶液であるという手段を採用する。
本発明では、微生物検出方法に係る第6の解決手段として、上記第5の解決手段において、前記親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide、前記親油性カルボシアニン色素である3,3'-dioctadecyl-5,5'-di(4-sulfophenyl)oxacarbocyanine,sodium salt、または前記親油性ナイルレッドである9-(Diethylamino)-5H-benzo[a]phenoxazin-5-oneを50〜500ng/mlの濃度で使用するという手段を採用する。
本発明では、微生物検出方法に係る第7の解決手段として、上記第6の解決手段において、前記夾雑物蛍光色変異液は、前記親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide、前記親油性カルボシアニン色素である3,3'-dioctadecyl-5,5'-di(4-sulfophenyl)oxacarbocyanine,sodium salt、または前記親油性ナイルレッドである9-(Diethylamino)-5H-benzo[a]phenoxazin-5-oneを100〜400ng/mlの濃度で使用するという手段を採用する。
本発明では、微生物検出方法に係る第8の解決手段として、上記第7の解決手段において、前記夾雑物蛍光色変異液は、前記親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide、前記親油性カルボシアニン色素である3,3'-dioctadecyl-5,5'-di(4-sulfophenyl)oxacarbocyanine,sodium salt、または前記親油性ナイルレッドである9-(Diethylamino)-5H-benzo[a]phenoxazin-5-oneを200〜300ng/mlの濃度で使用するという手段を採用する。
本発明では、微生物検出方法に係る第9の解決手段として、上記第1〜8のいずれかの解決手段において、FISH(fluorescence in situ hybridization)法を使用するという手段を採用する。
本発明では、試料中の夾雑物の蛍光色を標的微生物の蛍光と異なる色に変異させる。これにより、標的微生物と夾雑物との蛍光色に違いが生じるので、標的微生物の蛍光が明瞭になる。このように、本発明では、標的微生物の蛍光が明瞭になるので、正確かつ短時間で標的微生物を検出することができる。
本発明の一実施形態に係る微生物検出方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る微生物検出方法において、第2の工程に使用するろ過装置10の要部斜視図である。 本発明の一実施形態に係る微生物検出方法の第7の工程(夾雑物蛍光色変異工程)を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る微生物検出方法において、蛍光顕微鏡で観察される試料の画像を示す模式図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る微生物検出方法は、FISH法を用いて微生物を検出する方法であり、図1に示すように第1〜第8の工程からなる。また、これら第1〜第8の工程のうち、第7の工程は、本実施形態における夾雑物蛍光色変異工程である。
〔第1の工程〕
第1の工程では、レジオネラ菌の固定標本を作製する(ステップS1)。すなわち、レジオネラ菌(標的微生物)を含む水を主成分とする液体試料に、終濃度が4質量%になるようにパラホルムアルデヒド溶液を添加すると共に液体試料を4℃の温度の下で一晩保存することにより、レジオネラ菌を液体試料中に化学固定した固定標本を作製する。
〔第2の工程〕
第2の工程では、上記レジオネラ菌の固定標本を液体試料から分離する(ステップS2)。すなわち、上記第1の工程で得られたレジオネラ菌の固定標本を含む液体試料を、ろ過装置10(図2参照)によってろ過することで、レジオネラ菌の固定標本を液体試料から分離する。
ここで、第2の工程で使用するろ過装置10は、図2に示すように、ガイドタワー1、ろ過器2及び吸引器3を備えている。ガイドタワー1は、ろ過器2に液体試料を導入するための筒形状の流路であり、ろ過器2の上側に取り付けられている。ろ過器2は、ガイドタワー1を介して導入された液体試料中の0.22μm未満の粒子及び液体をメンブレンフィルタ2aを通じて下側の吸引器3に通過させて、メンブレンフィルタ2a上にレジオネラ菌の固定標本を捕集するものである。
このろ過器2では、メンブレンフィルタ2aが着脱可能になっており、ろ過毎にメンブレンフィルタ2aを交換することが可能である。メンブレンフィルタ2aは、装着に必要な余白を含めた直径が25mmの円形部材である。このメンブレンフィルタ2aは、孔径が0.22μmの微細孔が無数に形成されたポリカーボネート製のフィルタである。このようなメンブレンフィルタ2aでは、中心部の直径16mmの円形領域が上記液体試料のろ過に供される。吸引器3は、上記メンブレンフィルタ2aの下側から液体試料中の0.22μm未満の粒子及び液体を吸引するものである。
〔第3の工程〕
第3の工程では、レジオネラ菌の固定標本を乾燥させる(ステップS3)。すなわち、レジオネラ菌の固定標本が付着したメンブレンフィルタ2aをろ過器2から取り外し、さらにメンブレンフィルタ2aを常温の空気中で乾燥させた後に99.5質量%のエタノールで脱水し、再度、常温の空気中で乾燥させる。
〔第4の工程〕
第4の工程では、レジオネラ菌の固定標本にプローブを結合させる(ステップS4)。すなわち、FITC(fluorescein isothiocyanate)によって標識したプローブ(レジオネラ菌用DNAプローブ)と、ハイブリダイゼーションバッファとを「1:9」の割合で混合したプローブ溶液をシャーレ内に作製し、レジオネラ菌が付着したメンブレンフィルタ2aから切り取った扇形のフィルタ部分(菌サンプル2b)をピンセットによってプローブ溶液に浸し、46℃の温度下で約2時間保存することで、レジオネラ菌の固定標本にプローブを結合させる。
なお、上記ハイブリダイゼーションバッファの成分構成は、NaClが0.9質量%、Tris‐Clが20mM、formamideが35質量%、Blocking reagentが2質量%、SDS(Sodium Dodecyl sulphate:界面活性剤)が0.02質量%である。
〔第5の工程〕
第5の工程では、上記菌サンプル2bから未反応のプローブを除去する(ステップS5)。すなわち、ウォッシングバッファを50mlの遠沈管に入れ、当該ウォッシングバッファに上記菌サンプル2bを48℃の環境下で15分浸すことで、菌サンプル2b上の未反応のプローブを除去する。ウォッシングバッファ内では、未反応のプローブが自然拡散によって菌サンプル2bから剥がれ落ちる。
なお、上記ウォッシングバッファの成分構成は、Tris−Clが20mM、NaClが80mM、EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)が5mM、SDSが0.01質量%である。
〔第6の工程〕
第6の工程では、菌サンプル2bを乾燥させる(ステップS6)。すなわち、ウォッシングバッファによって未反応のプローブが除去された菌サンプル2bを99.5質量%のエタノールに1分間入れることで脱水し、その後に常温の空気中で乾燥させる。
〔第7の工程〕
第7の工程(夾雑物蛍光色変異工程)では、菌サンプル2bに含まれる夾雑物の蛍光色を変異させる(ステップS7)。この第7の工程は、最初に夾雑物蛍光色変異液Cを作製する前工程と、夾雑物蛍光色変異液Cを用いて菌サンプル2bに含まれる夾雑物の蛍光色を変異させる後工程とからなる。前工程では、親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide(親油性蛍光色素)の原液をベクターシールドによって50〜500ng/mlに希釈した夾雑物蛍光色変異液C(溶液)を作製する。この夾雑物蛍光色変異液Cとしては、N-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromideを100〜400ng/mlの範囲で希釈したものが好ましい。また、N-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromideを200〜300ng/mlに希釈したものがより好ましい。
後工程では、図3に示すように、菌サンプル2bをスライドガラス11に載せ、マイクロピペット12で菌サンプル2bのレジオネラ菌捕集部分2c(試料)に上記夾雑物蛍光色変異液を添加し、さらにカバーガラスを載せてスライドガラス11に密着させることにより試料への気泡の侵入を防止する。この結果、夾雑物蛍光色変異液Cがレジオネラ菌捕集部分2cに浸透して夾雑物の蛍光色が本来の蛍光色(レジオネラ菌の蛍光色に類似する蛍光色)から変異する。
〔第8の工程〕
第8の工程では、蛍光顕微鏡を用いて試料中のレジオネラ菌を検出する(ステップS8)。すなわち、上記後工程で処理されたスライドガラス11を蛍光顕微鏡に装着し、波長495nmの青色の励起光をスライドガラス11上の試料に照射することにより、プローブが結合したレジオネラ菌を波長520nmの緑色光として蛍光させる。そして、蛍光顕微鏡で得られる試料の画像を所定の画像処理アルゴリズムで画像処理することによって試料中に含まれるレジオネラ菌のみを検出する。
ここで、蛍光顕微鏡には、光学フィルタセットとして顕微鏡付属の緑色蛍光観察用セットを用いても良いが、微生物染色用蛍光試薬の励起波長(レジオネラ菌用DNAプローブを標識したFITCの励起波長495nm)を選択的に透過するバンドパスフィルタを励起波長光路に装着する方がより好ましい。
図4(a)に示すように、夾雑物蛍光色変異液Cを添加した試料の画像は、背景bk(赤色)に対してレジオネラ菌lg(緑色)がコントラスト良く映し出される。これに対して、図4の(b)に比較例として示すように、夾雑物蛍光色変異液Cを添加しない試料の画像は、夾雑物ipがレジオネラ菌lgの蛍光色(緑色)と略同じ蛍光色で自家蛍光するので、レジオネラ菌lgと夾雑物ipとを容易に識別できない画像である。実験によって確認した結果、夾雑物蛍光色変異液Cを添加した試料の画像は、背景bk及び夾雑物ipが赤色として観察され、これに対してレジオネラ菌lgは緑色として観察された。
ここで、背景bk及び夾雑物ipが赤色として観察される理由としては、以下のことが考えられる。レジオネラ菌lgは、その表面に夾雑物蛍光色変異液C(N-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide)が上述の濃度ではあまり付着しないので、赤色に変異せずに緑色を発する。しかし、背景bkや夾雑物ipは、付着性の良い物質が含まれることで、レジオネラ菌以上に夾雑物蛍光色変異液C(N-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide)がその表面に付着するので、自家蛍光が吸収されて赤色になる。この結果、レジオネラ菌lgの緑色光のみが明瞭となる。
以上のように、本実施形態に係る微生物検出方法では、第7の工程(夾雑物蛍光色変異工程)において試料に夾雑物蛍光色変異液Cを添加するので、夾雑物が赤色に染まるため、レジオネラ菌の緑色蛍光が明瞭になる。このように、本実施形態では、レジオネラ菌の色(緑色)と夾雑物の色(赤色)とが異なるので、正確かつ短時間でレジオネラ菌を検出することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
(1)上記実施形態では、FISH法によってレジオネラ菌を染色したが、本発明はこれに限定されない。例えば、核酸染色法及び抗体染色法等、FISH法以外の蛍光染色法によってレジオネラ菌を染色するようにしてもよい。
(2)上記実施形態において、夾雑物蛍光色変異液は、親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromideを希釈した溶液であるが、本発明はこれに限定されない。
例えば、夾雑物蛍光色変異液として、親油性カルボシアニン色素である3,3'-dioctadecyl-5,5'-di(4-sulfophenyl)oxacarbocyanine,sodium salt、または親油性ナイルレッドである9-(Diethylamino)-5H-benzo[a]phenoxazin-5-oneを希釈した溶液を用いてもよい。
1…ガイドタワー、2…ろ過器、2a…メンブレンフィルタ、2b…菌サンプル、2c…レジオネラ菌捕集部分、3…吸引器、10…ろ過装置、11…スライドガラス、12…マイクロピペット、C…夾雑物蛍光色変異液

Claims (7)

  1. 試料から標的微生物を検出する微生物検出方法であって、
    前記試料中の夾雑物の蛍光色を前記標的微生物の蛍光と異なる色に変異させるために、親油性蛍光色素を希釈した溶液である夾雑物蛍光色変異液を試料中に添加する夾雑物蛍光色変異工程を具備することを特徴とする微生物検出方法。
  2. 前記夾雑物蛍光色変異液は、前記親油性蛍光色素として親油性スリチル色素、親油性カルボシアニン色素または親油性ナイルレッドを希釈した溶液であることを特徴とする請求項1に記載の微生物検出方法。
  3. 前記夾雑物蛍光色変異液は、前記親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide、前記親油性カルボシアニン色素である3,3'-dioctadecyl-5,5'-di(4-sulfophenyl)oxacarbocyanine,sodium salt、または前記親油性ナイルレッドである9-(Diethylamino)-5H-benzo[a]phenoxazin-5-oneを希釈した溶液であることを特徴とする請求項2に記載の微生物検出方法。
  4. 前記夾雑物蛍光色変異液は、前記親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide、前記親油性カルボシアニン色素である3,3'-dioctadecyl-5,5'-di(4-sulfophenyl)oxacarbocyanine,sodium salt、または前記親油性ナイルレッドである9-(Diethylamino)-5H-benzo[a]phenoxazin-5-oneを50〜500ng/mlの濃度で使用することを特徴とする請求項3に記載の微生物検出方法。
  5. 前記夾雑物蛍光色変異液は、前記親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide、前記親油性カルボシアニン色素である3,3'-dioctadecyl-5,5'-di(4-sulfophenyl)oxacarbocyanine,sodium salt、または前記親油性ナイルレッドである9-(Diethylamino)-5H-benzo[a]phenoxazin-5-oneを100〜400ng/mlの濃度で使用することを特徴とする請求項4に記載の微生物検出方法。
  6. 前記夾雑物蛍光色変異液は、前記親油性スリチル色素であるN-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(6-(4-(diethylamino)phenyl)hexatrienyl)pyridinium dibromide、前記親油性カルボシアニン色素である3,3'-dioctadecyl-5,5'-di(4-sulfophenyl)oxacarbocyanine,sodium salt、または前記親油性ナイルレッドである9-(Diethylamino)-5H-benzo[a]phenoxazin-5-oneを200〜300ng/mlの濃度で使用することを特徴とする請求項5に記載の微生物検出方法。
  7. FISH(fluorescence in situ hybridization)法を使用することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の微生物検出方法。
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