極限環境微生物学のための現場型微生物遺伝子解析装置の開発(微生物, <特集>海底熱水系における生物・地質の相互作用)  [in Japanese] Development of an in situ Gene Analysis Device for Extreme Environmental Microbiology(Microbiology)  [in Japanese]

本研究の目的は, 深海や深部地下などに代表される極限環境の現場において使用することのできる遺伝子解析装置の開発である。遺伝子解析の対象は, それらの環境中に生息する微生物(細菌および古細菌)である。本研究を通してROV(Remotely Operated Vehicle)やAUV(Autonomous Underwater Vehicle)によって現場に持ち込むことのできる様な小型の遺伝子解析装置が開発されれば, 深海現場において汚染のないサンプルを用いた長期連続遺伝子解析が可能となり, これまでの解析手法では得ることが困難であった情報を得ることができると期待できる。本研究では, 特に遺伝子解析において中心的な反応であるPCR(Polymerase Chain Reaction)を行う装置を製作する方法として「マイクロ加工技術」を応用することで, 小型の遺伝子解析装置のプロトタイプを製作し, 評価を行なった。その結果, 長時間にわたって安定かつ連続的な遺伝子断片の増幅が可能であることが確認できた。また30MPaまでの高圧力条件下においても, PCR法による遺伝子増幅が可能であることが明らかとなった。

The purpose of this study was to develop an automated in situ gene analysis device for use in extreme environmental microbiology. Bacteria or Archaea inhabiting extreme environments such as the deep-sea or the deep subsurface are major targets of gene analysis using this device. By developing a small, fully automated and integrated gene analysis device, a small ROV (Remotely Operated Vehicle) or AUV (Autonomous Underwater Vehicle) can bring the device into underwater extreme environments to analyze microbial communities without risk of contamination and time lag problems. Since a long-term analysis operation will also be available, dynamic properties of microflora can be revealed. In this study, "microfabrication techniques" originated in the field of semiconductor or micromachine engineering are applied to develop an in situ gene analysis device that is capable of flow-through PCR (polymerase chain reaction) analyses. The device is composed of a glass-based "temperature control chip", a silicone rubber-based "microchannel chip" and a pumping system. Microfabrication techniques enable the device to be miniaturized and functionally integrated. Results of evaluation experiments indicate that the developed device can amplify targeted specific DNA fragments from E. coli cells. Furthermore, flow-through PCR operations have been tried under high static pressure conditions up to 30 MPa to simulate analysis in deep-sea environments. PCR is thus possible under high pressure, and the possibility of gene analysis in deep-sea or deep subsurface environments is demonstrated.