寒天マイクロ流路デバイスを用いた流路内細菌培養

摘要

近年，抗生物質に耐性を持つ耐性菌が出現し，世界中に流行する危険がある(1)。そのため，新たな抗生物質の開発が必要であるが，従来手法である光学顕微鏡観察や遺伝子解析などによる抗生物質の作用機序探索は困難となってきている(2)。電子顕微鏡で生細菌を高分解能観察することができれば，細菌の極微形態の経時変化が明らかになり，それらの中には新たな抗生物質の作用機序となりうる現象が含まれる可能性が高い。液中の細菌を電子顕微鏡観察する技術としては大気圧走査電子顕微鏡（ASEM）が開発されている(3)。ASEM は電子線透過膜越しに液中の細菌の微細構造などを観察することができる。しかし，ASEM は環境を培養条件に保つことのが困難であった。そこで我々は，膜厚数十nmの窒化シリコン製の電子線透過膜をマイクロ流路デバイスに取り付けることで細菌を真空環境から保護しつつ，培養条件を保ちつつ細菌を電子顕微鏡観察する MEMS 液体セルを開発してきた(4)（図１(a)）。しかしMEMS液体セルは，電子線透過膜と細菌の間に存在する培養液が電子線を散乱してしまい，電子顕微鏡の持つ高分解能を発揮することができずにいる。また，細菌培養ために培養液を還流する必要があり，単一個体の長時間観察が困難である。この問題に対し，電子線透過膜と細菌の間の培養液を空気に置換しつつ細菌を培養できれば，電子線散乱を大幅に抑制でき，かつ単一個体の経時変化を長時間観察できる（図1(b)）。そこで，我々は培養液なしで細菌培養をするために寒天製のマイクロ流路デバイスを開発した(5)。寒天マイクロ流路デバイスに必要な要素機能は，①外部からの細菌導入，②デバイス内の流体除去，③培養液を用いない培養である。①はマイクロ流路を用いて外部から流体を導入することにより，②は内部の流体を寒天の吸水で除去することにより，これまでに実現済みである。そこで，本稿では，③の要素である寒天マイクロ流路デバイスの培養能力を確認するために，流路内に大腸菌を播種し，培養液を添加した寒天からの栄養供給により大腸菌が増殖する様子を光学顕微鏡観察した結果を報告する。