(57)【要約】【課題】微生物固定膜を用いない、水質検査を行うためのバイオアッセイを提供する。【解決手段】低温で安定的に微生物を保存する供給槽を設けることを特徴とするバイオアッセイ方法およびそのための装置に関する。【選択図】  図１
2004290054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検水中の有害物質混入の有無を検定する方法であって、微生物を保存している微生物供給槽から微生物を掛流し流路に供給し、前記掛流し流路中を移動している非固定化微生物に対して検水を負荷し、負荷される検水に対する微生物応答を測定し、検水中に有害物質が混入した場合に引き起こされる微生物応答の変化を検出することを特徴とする方法。
【請求項２】
掛流し流路中、培地とともに非固定化微生物が一定の流速度で移動する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
検水を負荷する前に微生物を前培養し、次いで検水を負荷しつつ試験培養を行う、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
掛流し流路、それに連結している微生物供給槽、掛流し流路に検水を注入するための検水注入装置、および微生物供給槽から供給される微生物の応答を検出するための微生物応答検出装置を含む、検水中の有害物質混入の有無を検定するための装置。
【請求項５】
ａ）掛流し流路中では、培地が一定の流速度で流れており、その培地は掛流し的に排出され、
ｂ）微生物供給槽は微生物を保存しており、微生物を掛流し流路へ供給し、
ｃ）掛流し流路中の微生物は培地とともに排出されるまで一定の流速度で移動し、
ｄ）検水注入装置は、掛流し流路中を移動している微生物が対数増殖期となるに充分な移動距離を与える位置にて掛流し流路と連結し、
ｅ）微生物応答検出装置は、検水中に有害物質が混入した場合に微生物応答の変化が引き起こされるに充分な移動距離を与える位置に配置されている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
検水注入装置が連結していない点以外は同じ掛流し流路を対照掛流し流路としてさらに含む、請求項４または５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物固定膜を用いない、水質検査を行うためのバイオアッセイ方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および解決課題】
これまで、河川・湖沼等の環境水および下水、排水中に含まれている化学物質等の水質検査を行う、連続的に検査できかつ微生物を指標としているバイオアッセイ装置は、微生物固定膜を利用、即ち微生物を膜に固定してその呼吸活性を計測する（特許文献１、２および３）。しかし、微生物固定膜は微生物の応答が維持できる期間を超えると、微生物固定膜の交換が必要である。また、強い毒性を有する試料に曝されると、微生物が回復不可能なダメージを受け、交換時期に達しなくても微生物固定膜を交換する必要が生じる。そして、装置が水源に設置されている場合は、特に膜交換が困難となる。さらに、微生物を膜に固定した場合、微生物の応答を酸素電極を用いて酸素消費量により計測することは可能であるが、微生物細胞を破壊して測定する必要のある酵素活性の比色による測定や、蛍光、燐光等による測定には不向きである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−６３７２５
【特許文献２】
特開平１１−３７９６９
【特許文献３】
特開２０００−２０６０８７
【０００４】
【課題解決手段】
そこで、微生物固定膜を用いない、水質検査を行うためのバイオアッセイを鋭意研究した結果、低温で安定的に生存する微生物の存在を明らかにできたので、低温で安定的に微生物を保存する供給槽を設け、そこから一定の流速度で微生物を掛流し流路に供給し、微生物が安定に生育する条件で掛流し流路中を流すことで、水質検査を行うためのバイオアッセイが可能であることを見出し、本発明を完成した。
【０００５】
即ち、本発明は、
（１）検水中の有害物質混入の有無を検定する方法であって、微生物を保存している微生物供給槽から微生物を掛流し流路に供給し、前記掛流し流路中を移動している非固定化微生物に対して検水を負荷し、負荷される検水に対する微生物応答を測定し、検水中に有害物質が混入した場合に引き起こされる微生物応答の変化を検出することを特徴とする方法；
好ましくは、掛流し流路中、培地とともに非固定化微生物が一定の流速度で移動する方法；さらに好ましくは、検水を負荷する前に微生物を前培養して対数増殖期とし、次いで検水を負荷しつつ試験培養を行う方法；および
【０００６】
（２）掛流し流路、それに連結している微生物供給槽、掛流し流路に検水を注入するための検水注入装置、および微生物供給槽から供給される微生物の応答を検出するための微生物応答検出装置を含む、検水中の有害物質混入の有無を検定するための装置；
好ましくは、  ａ）掛流し流路中では、培地が一定の流速度で流れており、その培地は掛流し的に排出され、
ｂ）微生物供給槽は微生物を保存しており、微生物を掛流し流路へ供給し、
ｃ）掛流し流路中の微生物は培地とともに排出されるまで一定の流速度で移動し、
ｄ）検水注入装置は、掛流し流路中を移動している微生物が対数増殖期となるに充分な移動距離を与える位置にて掛流し流路と連結し、
ｅ）微生物応答検出装置は、検水中に有害物質が混入した場合に微生物応答の変化が引き起こされるに充分な移動距離を与える位置に配置されている装置；さらに好ましくは、検水注入装置が連結していない点以外は同じ掛流し流路を対照掛流し流路としてさらに含む装置；に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（１）バイオアッセイ方法
本発明は要するに、低温で安定的に微生物を保存する供給槽を設け、そこから一定の流速度で微生物を掛流し流路に供給し、微生物が安定に生育する条件で掛流し流路中を流し、途中、水質検査の対象となる検水を加えてさらに生育させ、検水負荷前と負荷後の微生物の応答を測定し比較することにより、検水中の有害物質の有無の検定を行う。これにより、微生物固定膜を用いずに水質検査を行うためのバイオアッセイが可能となった。
【０００８】
本発明において「検水」とは、河川・湖沼等の環境水および下水、排水から供給される検体試料水であり、これらは有害物質が混入されていないか、水質検査が常に必要な試料水である。
【０００９】
「掛流し流路」では、培地保存槽から供給される培地が一定の流速度で流れており、その培地は掛流し的に排出される。培地保存槽からの培地の供給は通常ポンプ等を用いる。本発明では、培地が流れている掛流し流路に対し、微生物を微生物供給槽から供給する。よって、本発明では、微生物は掛流し流路中を培地とともに流れるのに任せて放置し、１回の検定を行った後、微生物および培地は排出される。培地は、用いる微生物に応じて変動し、通常は新しい培地を使用する。新しい培地とは微生物生育に未だ使用していない培地である。新しい培地としては、微生物が酵母の場合、通常ＹＰＤ培地（酵母エキス１％、ポリペプトン２％、ブドウ糖２％）、またはＳＤ培地（ｙｅａｓｔ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｂａｓｅ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ａｍｉｎｏ  ａｃｉｄｓ  （Ｄｉｆｃｏ．０９１９−１５−３））にグルコース、アミノ酸を加えたものを用いる。
【００１０】
微生物供給槽は、微生物保存液を低温で保存したものであり、ここに微生物保存液とは、培地中に微生物を懸濁させて得られた懸濁液である。保存温度は、凍結せずかつ休眠状態を維持する温度であり、望ましい温度は０℃から１５℃、さらに望ましい温度は４℃である。微生物保存液の培地は、使用する微生物の休眠状態を維持するのに適した培地である。具体的には、この培地は培地保存槽から掛流し流路に供給される培地と同じであっても異なっていてもよい。
【００１１】
微生物供給槽における細胞濃度は特に限定されないが、微生物を休眠状態で保存するのに適当な濃度でありかつ微生物応答を検出するのに十分な濃度を掛流し流路へ供給するのに可能な濃度である。供給槽の容量は、掛流し流路に微生物を供給する速度と微生物が保存可能である期間により規定される。例えば、６ヶ月間、流速０．００１ｍｌ／分で微生物保存液を供給する場合、５００ｍｌ程度の容量が必要となる。
【００１２】
微生物供給槽における微生物の保存は、細胞が休眠状態で維持するのに適当な条件が好ましい。温度が低温で一定であることに加え、培地は、使用する微生物の至適ｐＨを維持し、微生物が細胞外に放出する老廃物を除去する機構等を有すること、細胞が均一に分布するよう攪拌されていることが好ましい。
使用する微生物は有害物質応答性を有するとともに、長期間低温で保持した後も、十分な生存率を有する種類を選択することが望ましい。例えば、酵母細胞は保存期間が４ヶ月後において１０％以上の生存率を有する（図７）。
本発明は、このように微生物が低温において安定的に生存することを見出し、完成されたものであり、微生物供給槽を用いるバイオアッセイはこの知見を基礎としている。
【００１３】
本発明では、「検水の負荷」は間欠的であっても連続的であってもよい。間欠的に検水を負荷する場合、検水は異なる場所から採取した試料水であってよく、同じ場所から異なる時間に採取した試料水であってよい。間欠的に検水を負荷する場合、検水の１回の負荷量は掛流し流路の径に依存するが、例えば径が１−３ｍｍであれば、通常、検水０．００１−５ｍｌを負荷する。
「検水の負荷」を連続的に行う場合、本発明により、検水の経時的な水質検査が可能となる。よって、この態様では、本発明は、検水中の有害物質混入の有無を経時的にモニターする方法であって、微生物を保存している微生物供給槽から微生物を掛流し流路に供給し、前記掛流し流路中を移動している非固定化微生物に対して連続的に検水を負荷し、連続的に負荷される検水に対する微生物応答を連続的に測定し、検水中に有害物質が混入した場合に引き起こされる微生物応答の変化を経時的に検出することを特徴とする方法を提供する。ここに、検水の経時的な水質検査は、任意にモニターしたい時間行うことができる。通常は、数時間から数日、あるいは数ヶ月である。基本的には、モニター時間は、微生物供給槽中の微生物の応答性に依存する。連続的に検水を負荷する場合、検水の掛流し流路への通水量は、掛流し流路の径に依存するが、例えば径が１−３ｍｍであれば、通常、検水０．００１−１ｍｌ／分である。
【００１４】
本発明に用いる微生物は、「掛流し流路中を移動する非固定化微生物」であり、固定膜に固定化されていない。ここに使用される微生物は天然に存在する野生株または野生型株、例えばヒト、マウスその他の哺乳類由来の動物細胞および動物細胞の樹立株、これまでバイオアッセイに用いられている魚類、線虫等の細胞、昆虫細胞、酵母等の真菌細胞、および大腸菌等の細菌細胞の何れであっても良い。野生株は天然に存在する組換えを行っていない微生物である。野生型株は注目する遺伝子に手をつけていない微生物である。樹立株は動物細胞で継代培養できるもの、例えばガン細胞などの組換えが施されていないものも含む。
【００１５】
「微生物応答」とは、天然に存在する野生株または野生型株の場合、微生物細胞数、生細胞数、呼吸量、ＡＴＰ量等である。また、有害物質の存在下に変動する遺伝子のｍＲＮＡレベルであることができる。ｍＲＮＡレベルは、ノーザンブロット法（緒方宣邦、野島博：遺伝子工学キーワードブック  改定第２版、羊土社、２０００，  ｐｐ２９９−３０１）、逆転写ＰＣＲ法（ＲＴ−ＰＣＲ）（中別府雄作、他：細胞工学別冊  Ｔｉｐｓシリーズ  改定ＰＣＲ  Ｔｉｐｓ，  秀潤社、１９９９，  ｐｐ２５−４３）等によって測定できる。
ここに、「有害物質の存在下に変動する遺伝子」は、酵母細胞の場合、公共のデータベース（例えば、ドイツのＭＩＰＳ：Ｍｕｎｉｃｈ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ、米国のＳＧＤ：Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  Ｇｅｎｏｍｅ  Ｄａｔａｂａｓｅ）に開示されている酵母遺伝子の中から適宜選択し、これらはインターネットを介して知ることができる。好ましい遺伝子は、ミトコンドリアタンパク質、遺伝子修復系タンパク質、エネルギー系タンパク質、トランスポート促進タンパク質、ストレスタンパク質、代謝系タンパク質、脱毒性タンパク質および機能未知の遺伝子である。例えば、ＹＬＲ３０３Ｗ、ＹＬＬ０５７Ｃ、ＹＯＲ３８２Ｗ、ＹＣＲ１０２Ｃ、ＹＫＬ０７１Ｗ等である。
【００１６】
本発明で使用される微生物にはまた、上記天然に存在する細胞の組換え体、即ち形質転換体が含まれる。本発明に用いる形質転換体は、上記「有害物質の存在下に変動する遺伝子」のプロモーターのポリヌクレオチド配列に、マーカータンパク質をコードするポリヌクレオチドを作動可能に連結して得られるポリヌクレオチド構築物を含むベクターを上記天然に存在する細胞に導入することにより調製できる。プロモーターにタンパク質をコードするポリヌクレオチドを作動可能に連結する方法は周知である（例えばＲ．Ｗ．オールド、Ｓ．Ｂ．プリムローズ  遺伝子操作の原理  原書第５版，  培風館，  ｐｐ１３８−１６５，  ｐｐ．２３４−２６３，  ２０００を参照）。プロモーターの配列は、例えば酵母の場合、公共のデータベース（ＳＣＰＤ：Ｔｈｅ  Ｐｒｏｍｏｔｅｒ  Ｄａｔａｂａｓｅ  ｏｆ  Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）に開示されている。マーカータンパク質の例としてはＧＦＰ（Ｇｒｅｅｎ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｐｒｏｔｅｉｎ）（Ｈｅｉｍ，  Ｒ．，  Ｃｕｂｉｔｔ，  Ａ．  Ｂ．  ａｎｄ  Ｔｓｉｅｎ，  Ｒ．  Ｙ．（１９９５）  Ｎａｔｕｒｅ  ３７３，  ６６３−６６４；Ｈｅｉｍ，  Ｒ．，  Ｐｒａｓｈｅｒ  ＤＣ．  ａｎｄ  Ｔｓｉｅｎ，  Ｒ．  Ｙ．（１９９４）  Ｐｒｏｃ．  Ｎａｔｌ．  Ａｃａｄ．  Ｓｃｉ．，  ９１，  １２５０１−１２５０４；Ｗａｒｇ，  Ｓ．  ａｎｄ  Ｈａｚｅｒｉｇｇ，  Ｔ．（１９９４）Ｎａｔｕｒｅ  ６３９，  ４００−４０３；Ｙｏｕｖａｎ，  Ｄ．Ｃ．  ａｎｄ  Ｍｉｃｈｅｌ−Ｂｅｙｅｒｌｅ，  Ｍ．Ｅ．（１９９６）Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  １４  １２１９−１２２０；Ｃｈａｌｆｉｅ，  Ｍ．，  Ｔｕ，  Ｙ．，  Ｅｕｓｋｉｒｃｈｅｎ，  Ｇ．，  Ｗａｒｄ，  Ｗ．  Ｗ．  ａｎｄ  Ｐｒａｓｈｅｒ，  Ｄ．Ｃ．（１９９４）Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２６３，  ８０２−８０５）、β−ガラクトシダーゼ（Ｃａｎｅｓｔｒｏ  Ｃ，  Ａｌｂａｌａｔ  Ｒ，  Ｅｓｃｒｉｖａ  Ｈ，  Ｇｏｎｚａｌｅｚ−Ｄｕａｒｔｅ  Ｒ．  Ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ  ｂｅｔａ−ｇａｌａｃｔｏｓｉｄａｓｅ  ａｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  ａｍｐｈｉｏｘｕｓ：  ａ  ｕｓｅｆｕｌ  ｈｉｓｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍａｒｋｅｒ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｄｉｇｅｓｔｉｖｅ  ｓｙｓｔｅｍ．Ｄｅｖ  Ｇｅｎｅｓ  Ｅｖｏｌ  ２００１  Ｍａｒ  ２１１（３）：１５４−６）、ルシフェラーゼ（Ａｒｃｈ  Ｔｏｘｉｃｏｌ  ２００２  Ｊｕｎ；７６（５−６）：２５７−６１、Ｅｓｔｒｏｇｅｎｉｃ  ａｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ＵＶ  ｆｉｌｔｅｒｓ  ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  ｂｙ  ａｎ  ｉｎ  ｖｉｔｒｏ  ｒｅｐｏｒｔｅｒ  ｇｅｎｅ  ａｓｓａｙ  ａｎｄ  ａｎ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ  ｚｅｂｒａｆｉｓｈ  ａｓｓａｙ．Ｓｃｈｒｅｕｒｓ  Ｒ，  Ｌａｎｓｅｒ  Ｐ，  Ｓｅｉｎｅｎ  Ｗ，  Ｖａｎ  Ｄｅｒ  Ｂｕｒｇ  Ｂ．）、及びアセチルトランスフェラーゼ（Ｊ  Ｒｅｃｅｐｔ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｔ  Ｒｅｓ  ２００１  Ｆｅｂ；２１（１）：７１−８４，  Ａ  ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌ  ａｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ｕｓｅ  ｉｎ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ｓｔｅｒｏｉｄｓ  ａｎｄ  ｓｔｅｒｏｉｄ  ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ．    Ｚｈａｎｇ  Ｓ，  Ｌｕ  Ｊ，  Ｉｙａｍａ  Ｋ，  Ｌｏ  ＳＣ，  Ｄａｎｉｅｌｓｅｎ  Ｍ．）等が挙げられる。
【００１７】
ベクターの調製は、例えば酵母細胞の場合、酵母において複製可能なプラスミドを選択し、これにマーカータンパク質をコードするポリヌクレオチドを挿入し、次いでプロモーター配列を含むポリヌクレオチドをマーカー遺伝子の上流部分に挿入することにより行うことができる。
形質転換体は周知の手法により調製できる。例えば、酵母細胞を形質転換する方法は、Ｋａｉｓｅｒ  Ｃ，  Ｍｉｃｈａｅｌｉｓ  Ｓ，  Ｍｉｔｃｈｅｌｌ  Ａ：  Ａ  Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｃｏｕｒｓｅ  Ｍａｎｕａｌ  １９９４  ｅｄｉｔｉｏｎ  （Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ）  ｐｐ．１３３−１３４，１９９４に記載されている。
【００１８】
形質転換体を用いた場合、本発明に使用される「微生物応答」はマーカータンパク質の発現レベルである。マーカータンパク質の発現レベルは、形質転換体を粉砕しタンパク質抽出液を得、この液中のマーカータンパク質量を測定することにより得られる。例えばマーカータンパク質がＧＦＰの場合、タンパク質抽出液の蛍光量を蛍光分光光度計により計測する。また、マーカータンパク質の発現レベルは、形質転換体を粉砕しなくても直接、蛍光顕微鏡、レーザー顕微鏡による画像処理、フローサイトメトリーによる計測、エバネッセント光による計測、さらに比色計などを用いた検出方法により、細胞の蛍光（ＧＦＰ）もしくはもしくは発色（β−ｇａｌ）を測定できる場合もある。好ましい形質転換体は、酵母遺伝子のプロモーターをマーカータンパク質をコードするポリヌクレオチドに作動可能に連結したポリヌクレオチドを含むベクターによって形質転換されている酵母、または染色体のＯＲＦをマーカータンパク質をコードするポリヌクレオチドで置換するように形質転換されている酵母であり、さらに好ましくは、その酵母遺伝子がミトコンドリアタンパク質、遺伝子修復系タンパク質、エネルギー系タンパク質、トランスポート促進タンパク質、ストレスタンパク質、代謝系タンパク質、脱毒性タンパク質および機能未知の遺伝子のなかから選ばれるものである。
【００１９】
本発明では、検水中に有害物質が混入した場合に引き起こされる微生物応答の変化を検出する。検水に有害物質が存在する場合、掛流し流路中の微生物が検水と接触すると、生育阻害、呼吸量低下等の影響を受ける。加えて微生物が組換え体である場合、レポーター遺伝子の発現が起きる。
【００２０】
本発明では上記の通り、微生物供給槽から微生物を掛流し流路中に供給し、掛流し的に排出される。そのため、本発明において測定できる「微生物応答」として、酸素消費量等の可逆的な応答のみならず、微生物の死滅を伴う生細胞数および細胞を破壊して測定する細胞内の酵素活性などの不可逆的な応答も利用できる。
【００２１】
掛流し流路に微生物を供給した直後に検水の負荷を行うことが可能である。しかし、微生物を供給するための微生物供給槽では微生物は休眠状態にある。よって、本発明では好ましくは、検水を負荷する前に微生物を前培養し、次いで検水を負荷しつつ試験培養を行う。この態様では、掛流し流路から供給される微生物を一定時間流路中で保持し、それにより休眠状態の微生物の活性を回復させる前培養を行い、次いで検水の負荷を行う。前培養ではさらに、微生物の化学物質感受性を上げるため、可能な限り、細胞周期のすべてのステージの細胞を含む状態である対数増殖期とすることが望ましい。そこで、前培養では、新しい培地が流れている掛流し流路内にて微生物供給槽由来の微生物を希釈培養し、それにより微生物が対数増殖期になるように温度および時間を制御する。具体的には、酵母の場合、前培養の条件は２５−３０℃、２時間から十数時間である。時間に応じて、掛流し流路の長さを調節する。即ち、検水注入は、掛流し流路中を移動している微生物が対数増殖期となるに充分な移動距離を与える位置にて行う。
【００２２】
ここに、検水負荷が連続的でも間欠的でもよいことは上述の通りである。試験培養は、検出すべき微生物の応答により異なるが、数１０分から数時間である。時間に応じて、掛流し流路の長さを調節する。即ち、微生物応答検出は、検水中に有害物質が混入した場合に微生物応答の変化が引き起こされるに充分な移動距離を与える位置にて行う。
【００２３】
（２）バイオアッセイ装置
本発明は別の態様として、本発明のバイオアッセイ方法を実施するための装置を提供する。詳細には、微生物供給槽、それに連結している掛流し流路、掛流し流路に検水を注入するための検水注入装置、および微生物供給槽から供給される微生物の応答を検出するための微生物応答検出装置を含む、検水中の有害物質混入の有無を検定するための装置である。
本発明における典型的な装置を図１に示す。
【００２４】
対照掛流し流路を備えた本発明の装置を図２に示す。微生物の応答を検出する場合、対照となる状態との差をとることにより、より正確な応答を把握することができる。そこで、検水を加えない対照区として別の掛流し流路を設け、検出区と同様にモニタリングする。
【００２５】
微生物供給槽を複数備えた本発明の装置を図３に示す。
微生物供給槽を複数用いることで、応答を検出する微生物を複数にすることができる。微生物供給槽各々に、それに連結している掛流し流路、掛流し流路に検水を注入するための検水注入装置、微生物検出装置を配する。微生物検出装置は１台で必要に応じて掛流し流路を切り替えて用いることも可能である。このようにして、同一の検水について複数種類の微生物応答を計測し、その応答を比較することによって、検水中の有害物質を推定することが可能となる。例えば、微生物として酵母遺伝子ＹＬＬ０５７Ｃのプロモーターアッセイ細胞および酵母遺伝子ＹＢＲ０７２Ｗのプロモーターアッセイ細胞を保存したそれぞれ２つの微生物供給槽用いた場合、検水にペンタクロロフェノールが含まれるとＹＬＬ０５７Ｃ細胞のみが応答し、２−４−ジクロロフェノールまたはｐ−ノニルフェノールが含まれるとＹＢＲ０７２Ｗ細胞のみが応答する。また、亜ヒ酸塩が検水に含まれると、ＹＬＬ０５７Ｃ細胞およびＹＢＲ０７２Ｗ細胞の両方が応答する。
【００２６】
本発明は別の態様として、掛流し流路を流れる非固定化微生物を採取するためのサンプリング路サンプリング路をさらに備えた本発明の装置を提供する。具体的には、微生物供給槽、それに連結している掛流し流路、掛流し流路に検水を注入するための検水注入装置、掛流し流路を流れる非固定化微生物を採取するためのサンプリング路、サンプリング路から供給される微生物の応答を検出するための微生物応答検出装置、およびサンプリング路から採取されなかった残りの微生物および検水を排出するための排液口を含む、検水中の有害物質混入の検出するための装置である。この態様の装置を図４−６に示す。
【００２７】
【実施例】
以下に本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【００２８】
実施例１
１．低温保存持の酵母細胞の生存率
ＹＰＤ培地（酵母エキス１％、ポリペプトン２％、ブドウ糖２％）に酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ  Ｓ２８８Ｃ（α  ＳＵＣ２ｍａｌ  ｍｅｌ  ｇａｐ２  ＣＵＰ１））を４℃で１２ヶ月保存した。保存時はスターラーで培地を常に攪拌した。
生菌数の測定は、次の様に行った。先ず、培養液１．０ｍＬをマイクロピペットで無菌的に計り取り、滅菌生理食塩水などの希釈水で１０倍段階希釈し、菌数溶液を作製する。各１０倍段階希釈した菌数溶液をＹＰＤ寒天培地（ＹＰＤ培地に１０％の寒天を加えてオートクレーブで加熱滅菌し、シャーレに注ぎ、固まらせた固体）に播種し、３日後に生育したコロニー数を計測し、ＣＦＵ（コロニー形成単位）を得た。
得られた結果を図７に示す。図７は、４℃程度の低温保存において微生物が次第に損傷を受け死滅することを示している。具体的には、保存期間が４ヶ月でも生細胞数は１０％以上となっている。これにより、酵母は長期間低温で保持した後も、十分な生存率を有することが示された。
【００２９】
２．生育の計測による毒性物質の検出
凍結保存した酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ  Ｗ３０３株  （Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｙｐｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ    ＡＴＣＣ  ２００１２３９）を選択培地（ＳＤ培地：ｙｅａｓｔ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｂａｓｅ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ａｍｉｎｏ  ａｃｉｄｓ  （Ｄｉｆｃｏ．０９１９−１５−３）＋グルコース＋アミノ酸（アデニン、ヒスチジン、トリプトファン、ウラシル、ロイシン））にて２５℃において振盪培養することにより定常状態になるように増殖させた。
定常状態にある酵母を４℃にて１週間保存し、次いで上記同じ培地で１０倍希釈し、２５℃にて２時間、前培養を行った。その後、被検試料を添加しさらに４時間、２５℃にて培養した。これと同条件で化学物質を添加せずに培養して対照区とした。６００ｎｍの吸光度を測定することにより、細胞の増殖を計測した。化学物質の添加により、いずれも細胞増殖の阻害が確認された。
【表１】
2004290054.tif 000003
【００３０】
以上の結果より、検水負荷の４時間後における掛流し流路中の検体の吸光度を測定することにより、検水中の有害物質の有無が検定できることが明らかとなる。
【００３１】
実施例２
レポーター・ジーン・アッセイによる有害物質の検出
１．酵母遺伝子ＹＬＬ０５７Ｃプロモーターアッセイ細胞作成
酵母遺伝子ＹＬＬ０５７Ｃのプロモーター配列を含むオリゴヌクレオチド（配列番号１）をＰＣＲにより増幅するためのプライマーを作成した。プライマーはプライマー設計用のソフトウェアであるＯｌｉｇｏ４．０−Ｓ，ＳｅｑｕｅｎｃｈｅｒＩマッキントッシュ版を用いて設計し、アッパープライマーの塩基配列は
ＧＣＴＡＡＣＧＡＡＣＡＧＧＡＴＧＧＴＡＴＴＧＡ      （配列番号２）
であり、ロウワープライマーの塩基配列は、
ＡＴＴＴＴＡＡＣＴＧＧＧＴＴＡＣＴＧＴＧＣＴ          （配列番号３）
とした。ＰＣＲはテンプレートとして酵母の染色体（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ  Ｓ２８８Ｃ，  Ｃａｔ．４０８０２，Ｒｅｓｅｒｃｈ  Ｇｅｎｅｔｉｃｓ，  Ｉｎｃ．）を用い試薬は市販のキット（ＫＯＤ  ＤＮＡ  Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ；コードＫＯＤ−１０１、Ｔｏｙｏｂｏ）を使用した。
【００３２】
使用するベクターは大腸菌と酵母の両方で複製されるＹＥｐ型シャトルベクターであるｐＹＥＳ２（ｐＹＥＳ２，  Ｃａｔ  ｎｏ：Ｖ８２５−２０，  Ｉｎｖｉｒｔｏｇｅｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，  ＵＳＡ）（Ｒ．Ｗ．オールド、Ｓ．Ｂ．プリムローズ  遺伝子操作の原理  原書第５版，  培風館，  ｐｐ．２３４−２６３，  ２０００））を用いた。また、マーカータンパク質ＧＦＰをコードするポリヌクレオチド（配列番号４）はベクターｐＱＢＩ  ６３（Ｃａｔ  ｎｏ．５４−００８２，  和光純薬工業（株））のＧＦＰの部分を用いた。まず、ｐＹＥＳ２の  多重クローニング部位（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｃｌｏｎｉｎｇ  ｓｉｔｅ）の中にＧＦＰのオリゴヌクレオチドを挿入したベクターを作成した。その後、ｐＹＥＳ２のＧＡＬ１プロモーターの部分を目的とする酵母遺伝子であるＹＬＬ０５７Ｃのプロモーター配列を含むオリゴヌクレオチドで置換した。ＧＦＰおよびプロモーター配列を含むオリゴヌクレオチドの挿入の操作は、適当な制限酵素を選択して行った。
【００３３】
ベクターで酵母を形質転換する手順を以下に示す。
１）酵母細胞Ｗ３０３を２００ｍｌのＳＤ培地でＯＤ６６０が０．５になるまで振とう培養する。
２）集菌して５ｍｌのＴＥ−ｂｕｆｆｅｒにけん濁する。
３）２．５Ｍのリチウムアセテイト２５０μＬを添加する。
４）３００μｌずつ分注し１０μｌのプラスミドベクターを添加し、３０℃３０分培養する。
５）７００μｌの５０％ＰＥＧ４０００を付加し、３０℃６０分振とう培養する。
６）ヒートショック（４２℃、５分）後、急冷する。
７）１Ｍソルビト−ルで２回洗浄する。
８）最小栄養培地で作成した寒天プレートに播種する。
形質転換の確認は選択培地（ＳＤ培地）＋グルコース＋アミノ酸（アデニン、ヒスチジン、トリプトファン、ロイシン）により行った。選択培地の寒天プレートに生育したコロニーはさらに、アミノ酸の栄養要求性を確認した。
【００３４】
２．酵母遺伝子ＹＢＲ０７２Ｗのプロモーターアッセイ細胞作成
酵母遺伝子ＹＢＲ０７２Ｗのプロモーター配列を含むオリゴヌクレオチド（配列番号７）をＰＣＲにより増幅し、そのためのプライマーとして、アッパープライマー：
ＧＣＡＧＴＣＡＡＣＧＡＧＧＡＧＣＧＡＡＴＣＡＧ      （配列番号５）、
ロウワープライマー：
ＧＴＴＡＡＴＴＴＧＴＴＴＡＧＴＴＴＧＴＴＴＧ        （配列番号６）、を用いる以外は、上記１．と同様に処理し、目的の形質転換体を作成した。
【００３５】
３．生育の計測による毒性物質の検出
得られた形質転換体を選択培地（ＳＤ培地）＋グルコース＋アミノ酸（アデニン、ヒスチジン、トリプトファン、ロイシン）にて２５℃において振盪培養することにより定常状態になるように増殖させた。
定常状態の形質転換体を４℃にて１週間保存し、次いで上記同じ培地で１０倍希釈し、前培養を２５℃にて１５時間行った。その後、被検試料を添加しさらに４時間培養した。これと同条件で化学物質を添加せずに培養して対照区とした。サンプルを採取し、フローサイトメトリー（ＥＰＩＣＳ  ＸＬ：ベックマンコールター）で蛍光を計測した。化学物質を負荷しない場合の蛍光強度を予め測定し、その１．５倍以上の蛍光強度を有するものを蛍光検出有りとして＋と表示した。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
表２は、検水にペンタクロロフェノールが含まれるとＹＬＬ０５７Ｃ細胞のみが応答し、２−４−ジクロロフェノールまたはｐ−ノニルフェノールが含まれるとＹＢＲ０７２Ｗ細胞のみが応答し、そして検水に亜ヒ酸塩が含まれると、ＹＬＬ０５７Ｃ細胞およびＹＢＲ０７２Ｗ細胞の両方が応答することを示している。
これにより、複数のプロモーターアッセイ細胞の培養槽を用いることにより、化学物質の推定が可能となることが示された。
【００３８】
【発明の効果】
本発明により奏される効果を以下に列挙する。
１．従来の微生物固定膜は他の微生物混入、有害物質による過度な障害により微生物の損傷を受けた場合、微生物固定膜の交換の必要があった。本発明では、微生物供給槽を用いることで、膜交換が不要となる。
２．本発明では、微生物供給槽の生育維持可能な期間であれば、微生物供給槽を交換することなく毒性評価が可能であるため、長期間生育が維持できる微生物を用いることにより、培養槽を交換する期間が長くなる。
３．本発明では、掛流し流路から検出装置へ掛流し的に微生物を提供するため、酸素消費量等の可逆的な微生物応答の測定のみならず、微生物の死滅を伴う生細胞数および細胞を破壊して測定する細胞内の酵素活性などの不可逆的な微生物応答の計測をも用いることができる。また、細胞を膜に固定していない為、個々の細胞をフローサイトメトリーで計測するという方法を用いることも可能となる。
４．  微生物固定膜の場合は繰り返しまたは連続的に膜上の細胞をモニタするので、細胞状態をある程度一定に保つ必要がある。しかし、掛流しの場合は細胞状態を一定に保つ必要が無いので、細胞数の増加を計測するなどの、微生物応答の測定において極めて標準的な計測法を用いることも可能である。
５．化学物質の影響は、微生物においては対数増殖期に特に顕著に現れる。掛流し流路で微生物を増殖させ、被検物質を対数増殖期にするように温度および時間を制御することにより、より化学物質感受性を上げることが可能となる。
【００３９】
【配列表】
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【図面の簡単な説明】
【図１】微生物供給槽、掛流し流路、検水注入装置および微生物応答検出装置を含む、検水中の有害物質混入の有無を検出するための装置の概念図である。
【図２】対照掛流し流路をさらに備えた本発明の装置である。
【図３】微生物供給槽を複数備えた本発明の装置である。
【図４】微生物供給槽、掛流し流路、検水注入装置、サンプリング路、微生物応答検出装置および排液口を含む、検水中の有害物質混入の有無を検出するための装置の概念図である。
【図５】対照掛流し流路をさらに備えた本発明の装置である。
【図６】微生物供給槽を複数備えた本発明の装置である。
【図７】酵母の生存試験結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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