(57)【要約】【課題】  効率が大幅に向上したハイスループットであり、かつ、未知の微生物を高確率で分離し得る微生物スクリーニング装置および微生物のスクリーニング方法を提供すること。【解決手段】  本発明の微生物スクリーニング装置は、自然界に存在する未知または既知の微生物を個別に分離および／または配列する手段を備える。好ましくは、この微生物の分離および／または配列手段は、微生物を分散させた液体を保持する保持容器と、保持容器に連通し、液体を液滴としてまたは連続流体として媒体上に吐出する吐出ヘッドとを有する吐出機である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然界に存在する未知または既知の微生物を個別に分離および／または配列する手段を備える、微生物スクリーニング装置。
【請求項２】
前記微生物の分離および／または配列手段が、微生物を分散させた液体を保持する保持容器と、該保持容器に連通し、該液体を液滴としてまたは連続流体として媒体上に吐出する吐出ヘッドとを有する吐出機である、請求項１に記載の微生物スクリーニング装置。
【請求項３】
前記吐出機が、ディスペンサー装置、インクジェット装置およびスポッター装置から選択される塗付機、または、霧吹き、スプレー、ネブライザーおよびアトマイザーから選択される塗布機である、請求項１または２に記載の微生物スクリーニング装置。
【請求項４】
前記液滴の体積を、１フェムトリットルから１マイクロリットルに制御し得る、請求項２または３に記載の微生物スクリーニング装置。
【請求項５】
前記微生物の分離および／または配列手段が、前記吐出ヘッドおよび前記媒体の少なくとも一方を直交する２方向に独立して移動させる手段を有する、請求項２から４のいずれかに記載の微生物スクリーニング装置。
【請求項６】
自然界に存在する未知または既知の微生物を液体に分散させる工程と、
該液体を液滴としてまたは連続流体として媒体上に吐出し、該微生物を個別に分離および／または配列するする工程と
を含む、微生物のスクリーニング方法。
【請求項７】
前記液体の濃度が、前記微生物が前記液滴中に実質的に１個存在するように調整される、請求項６に記載のスクリーニング方法。
【請求項８】
前記液滴の体積が、前記微生物が該液滴中に実質的に１個存在するように調整される、請求項６または７に記載のスクリーニング方法。
【請求項９】
前記媒体が、ガラス、セラミックス、金属、プラスチック、炭素剤、天然有機物、繊維、繊布および不繊布から選択される材料からなり、表面に凹凸を有する平板である、請求項６から８のいずれかに記載のスクリーニング方法。
【請求項１０】
前記媒体が、疎水性領域と親水性領域とを有する、請求項６から９のいずれかに記載のスクリーニング方法。
【請求項１１】
前記媒体が、帯電領域と非帯電領域とを有する、請求項６から９のいずれかに記載のスクリーニング方法。
【請求項１２】
前記媒体が、所定のパターンに形成された電極を有する、請求項６から９のいずれかに記載のスクリーニング方法。
【請求項１３】
前記液体が、特定の微生物が増殖、成長、生存、分解および／または合成し得るような環境を有するよう調整されている、請求項６から１２のいずれかに記載のスクリーニング方法。
【請求項１４】
前記媒体が、特定の微生物が増殖、成長、生存、分解および／または合成し得るような環境を有するよう調整されている、請求項６から１２のいずれかに記載のスクリーニング方法。
【請求項１５】
前記吐出工程の前に、前記液体を帯電させる工程をさらに含む、請求項６から１４のいずれかに記載のスクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な微生物スクリーニング装置および微生物のスクリーニング方法に関する。より詳細には、本発明は、効率が大幅に向上したハイスループットであり、かつ、未知の微生物を高確率で分離・同定し得る微生物スクリーニング装置および微生物のスクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然界には、土壌に含まれる微生物を始めとして膨大な種類および数の未知の微生物が存在する。これらの微生物の中から、創薬の材料、食品・化成品などの材料、環境浄化・環境センシング材料などの有用微生物の探索が行われている。その探索（スクリーニング）プロセスは、微生物採取、前処理（不純物分離、濃縮、希釈、培養液への分散）、培地上への配置、培養、アッセイなどを含む。これらのプロセスは、ほとんどが手作業によって行われており、非常に多くの人手、時間および費用を要する。既存技術による微生物スクリーニング手順の具体例は以下の通りである。
【０００３】
土壌（一般的には、１０５〜１０９個/ｇの微生物を含む）から微生物サンプルを採取し、水を添加して懸濁試料を調製し、そして希釈（５ｍｌ程度の容積の試験管で多段階希釈）を行う。その後、目的とする微生物に応じて予め選定しておいた培地上に当該懸濁試料を数ｍｌ塗付し、保温・保湿放置による培養を行う。なお、寒天培地を入れた容器は直径１０ｃｍ程度であり、培養期間は通常１日〜７日である。充分培養がおこなわれた後に目視にてコロニー数を計数し、菌株を分離する。この菌株分離は、滅菌針先端にコロニーを接触させ、その滅菌針先端に付着した試料を試験管中の培養液で懸濁攪拌するか、上記と同様の方法によって試料を寒天培地表面に塗布することにより培養する。このような工程を経て純粋菌株を取得し、その後、当該菌株の評価試験を行う。
【０００４】
このような従来方法によれば、スクリーニング試料に非常に多くの数および種類の微生物が混在する。したがって、混在する微生物同士が互いの増殖・成長に悪影響を及ぼし、１つの微生物を分離（同定）する確率がきわめて小さい。しかも、プロセスのほとんどを手作業で行わなければならない。実際、従来技術によれば、きわめて多くの人手、時間および費用を費やしているにもかかわらず、分離した微生物の大半は既知の微生物である（すなわち、未知の微生物はほとんど分離・同定できない）。一般には、自然界に存在する微生物のうち、９０％以上を分離・同定し損ねていると言われている。言い換えると、自然界に存在する微生物のうち、現在までわずか数％程度しか分離・同定されていないと言われている（すなわち、非常に多くの有用な微生物が未知のまま自然界に存在していると考えられている）。
【０００５】
ところで、例えば新薬開発分野においては、細菌・ウィルスなどを始めとした自然界に存在する膨大な未知の微生物やその酵素の培養・スクリーニング、合成および毒性評価などのプロセスが必要とされる。上記のように、従来技術によるスクリーニングの効率がきわめて低いので、１つの新薬を開発するまでには、一般に、１５〜２０年の期間および１５０億円〜２００億円の開発費用が必要であると言われている。さらに、当該分野においては、折角開発した抗生物質などの新薬は、短期間での薬物耐性菌の出現により、効果が持続できなくなくなって来ており、何らかの決定的な解決策が出ないと、新規抗生物質の開発と耐性菌との競争が続くと思われる。
【０００６】
以上のように、高効率および高確率の、画期的な微生物探索のためのスクリーニング手法の開発が強く望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、効率が大幅に向上したハイスループットであり、かつ、未知の微生物を高確率で分離し得る微生物スクリーニング装置および微生物のスクリーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、採取した微生物を培養液等と一緒に、媒体上に個別に分離および／または配列し、そこで培養することにより、きわめて高効率および高確率でスクリーニングできることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明の１つの局面によれば、微生物スクリーニング装置が提供される。この装置は、自然界に存在する未知または既知の微生物を個別に分離および／または配列する手段を備える。
【００１０】
上記の構成によれば、微生物を個別に媒体上に配置できるので、同種の他の微生物および他種の微生物の出す毒素などによる悪影響を受けることなく、また微生物同士で栄養素を奪い合う拮抗も生じず、きわめて純粋に培養できる。その結果、より好ましい栄養条件および環境条件下での培養および／またはスクリーニングが可能となり、未知の微生物の分離確率が従来に比べて格段に大きくなる。
【００１１】
好ましい実施形態においては、上記微生物の分離および／または配列手段は、微生物を分散させた液体を保持する保持容器と、該保持容器に連通し、該液体を液滴としてまたは連続流体として媒体上に吐出する吐出ヘッドとを有する吐出機である。
【００１２】
上記の構成によれば、液体中に多種の微生物が分散した状態であっても、当該液体を媒体上に吐出することのみによって、各微生物を個別に分離および／または配列することが可能になる。
【００１３】
好ましい実施形態においては、上記吐出機は、ディスペンサー装置、インクジェット装置およびスポッター装置から選択される塗付機、または、霧吹き、スプレー、ネブライザーおよびアトマイザーから選択される塗布機である。
【００１４】
上記の構成によれば、微量の液体を精度良く、再現性良く、微生物に衝撃などの害を与えることなく、かつ、高速で効率良く塗付または塗布することが可能となる。しかも、これらの装置は比較的簡単に接液部分を滅菌処理でき、外来菌の影響を受けにくいので、非常に好ましい栄養条件および環境条件下での培養および／またはスクリーニングが可能となる。
【００１５】
好ましい実施形態においては、上記装置は、上記液滴の体積を、１フェムトリットルから１マイクロリットルに制御し得る。
【００１６】
上記の構成によれば、液滴の体積を制御することにより、液滴中に含まれる微生物の個数を従来よりもはるかに高精度で実質的に１個に制御できる。その結果、きわめて好ましい栄養条件および環境条件下での培養および／またはスクリーニングが可能となる。
【００１７】
好ましい実施形態においては、上記微生物の分離および／または配列手段は、上記吐出ヘッドおよび上記媒体の少なくとも一方を直交する２方向に独立して移動させる手段を有する。
【００１８】
上記の構成によれば、多種・多数の微生物を媒体上の任意な位置に、任意なパターンで高速に個別に分離および／または配列させることが可能となる。
【００１９】
本発明の別の局面によれば、微生物のスクリーニング方法が提供される。この方法は、自然界に存在する未知または既知の微生物を液体に分散させる工程と、該液体を液滴としてまたは連続流体として媒体上に吐出し、該微生物を個別に分離および／または配列するする工程とを含む。
【００２０】
上記の構成によれば、微生物を個別に媒体上に配置できるので、同種の他の微生物および他種の微生物の出す毒素などによる悪影響を受けることなく、また微生物同士で栄養素を奪い合う拮抗も生じず、きわめて純粋に培養できる。その結果、より好ましい栄養条件および環境条件下での培養および／またはスクリーニングが可能となり、未知の微生物の分離確率が従来に比べて格段に大きくなる。
【００２１】
好ましい実施形態においては、上記液体の濃度は、上記微生物が上記液滴中に実質的に１個存在するように調整される。
【００２２】
上記の構成によれば、特別な分離手段を設けることなく、媒体上に塗付することだけで、微生物ごとに分離することが可能になる。さらに、濃度を変えることにより、媒体上に分離および／または配列できる微生物の数を任意に変えることも可能になる。
【００２３】
好ましい実施形態においては、上記液滴の体積は、上記微生物が該液滴中に実質的に１個存在するように調整される。
【００２４】
上記の構成によれば、特別な分離手段を設けることなく、媒体上に塗付することだけで、微生物ごとに分離することが可能になる。さらに、吐出液滴の体積を変えることにより、媒体上に分離および／または配列できる微生物の数を任意に変えることも可能になる。
【００２５】
好ましい実施形態においては、上記媒体は、ガラス、セラミックス、金属、プラスチック、炭素剤、天然有機物、繊維、繊布および不繊布から選択される材料からなり、表面に凹凸を有する平板である。
【００２６】
上記の構成によれば、媒体上への微生物の分離および／または配列が比較的簡単に行われる。さらに、このような媒体は、微生物にとって培養しやすい栄養条件、環境条件を整備しやすく、培養およびスクリーニングが比較的簡単に行われる。また、表面に凹凸を設けた媒体を用いることにより、微生物は液の流れとともに凹部に入り込みので、液架橋力により微生物を良好に個別に分離することができる。なお、液架橋力は液付着力とも呼ばれ、この場合、微生物−凹部内壁間の接触部に毛管凝集した液が両者を引き付ける力である。液架橋力は、液の表面張力＋毛管負圧で表される。
【００２７】
好ましい実施形態においては、上記媒体は、疎水性領域と親水性領域とを有する。
【００２８】
上記の構成によれば、吐出液の状態（例えば、水溶液系、有機溶剤系、油系）、荷電状態（例えば、正、負、荷電量）または物性、あるいは微生物自体の荷電状態または物性に応じて、微生物を良好に個別に分離および／または配列することが可能となる。
【００２９】
好ましい実施形態においては、上記媒体は、帯電領域と非帯電領域とを有する。
【００３０】
上記の構成によれば、吐出液または微生物自体の荷電状態に応じて、媒体上の帯電領域または非帯電領域に微生物を良好に個別に分離および／または配列することが可能となる。
【００３１】
好ましい実施形態においては、上記媒体は、所定のパターンに形成された電極を有する。
【００３２】
上記の構成によれば、電極パターンへ所定の電圧を印加して電界を制御することにより、吐出液または微生物自体の荷電状態や誘電率などの物性に応じて、微生物をより良好に個別に分離および／または配列することが可能となる。
【００３３】
好ましい実施形態においては、上記液体は、特定の微生物が増殖、成長、生存、分解および／または合成し得るような環境を有するよう調整されている。
【００３４】
上記の構成によれば、目的とする微生物種に最適な環境に調整された液（代表的には、培養液）を用いることにより、媒体上に吐出した後の微生物の増殖、成長および生存を制御し、スクリーニングすることを可能にする。
【００３５】
好ましい実施形態においては、上記媒体は、特定の微生物が増殖、成長、生存、分解および／または合成し得るような環境を有するよう調整されている。
【００３６】
上記の構成によれば、目的とする微生物種に最適な環境に調整された媒体を用いることにより、媒体上に吐出した後の微生物の増殖、成長および生存を制御し、スクリーニングすることを可能にする。
【００３７】
好ましい実施形態においては、上記方法は、上記吐出工程の前に、上記液体を帯電させる工程をさらに含む。
【００３８】
上記の構成によれば、吐出液および／または微生物自体の荷電量が小さい場合あるいは異種の電荷を有する微生物が混在している場合であっても、微生物を良好に個別に分離および／または配列することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【００４０】
Ａ．用語の説明
本明細書における用語および表現の意味は、以下の通りである。
【００４１】
「個別に」とは、実質的に１個ずつという意味である。より具体的には、試料液体中に多種類の微生物が多数個含まれていたとしても、媒体上に塗付された液体の各々独立した部分（液滴に対応する部分）には微生物が実質的に１個しか存在しないという意味である。
【００４２】
「分離」とは、多種類の微生物の中から１種類の微生物を取り出すことをいう。
【００４３】
「配列」とは、媒体上の任意の位置に任意のパターンで試料液体（結果的には、微生物）を配置することをいう。
【００４４】
「塗付」とは、微小液滴を吐出してスポット状に媒体に付着させることをいう。
【００４５】
「塗布」とは、微小液滴を噴霧して、液滴同士が実質的に重ならないように薄膜状に媒体に付着させることをいう。
【００４６】
「微生物」とは、自然界に存在する未知および既知のあらゆる微小な生物（代表的には、大きさが５マイクロメートル以下の生物）を意味し、細菌、真菌、原虫、およびウィルス等を包含する。
【００４７】
「液体」とは、微生物のスクリーニングに使用可能なあらゆる液体を意味し、水、培養液、分離液、希釈液、有機物溶解液、有機溶媒、高分子ゲル溶液、コロイド分散溶液、電解質水溶液、無機塩水溶液、金属水溶液、微生物分散のための界面活性剤を微量添加した水溶液、浸透圧調整剤を含有する水溶液およびこれらの混合液体を包含する。
【００４８】
「微生物が吐出液滴中に実質的に１個存在する」とは、微生物が同種の他の微生物および／または他種の微生物の影響を実質的に受けないで増殖・成長し得るような個数で液滴中に存在することを意味する。
【００４９】
Ｂ．スクリーニング装置
図１は、本発明の好ましい実施形態による微生物スクリーニング装置の概略斜視図である。このスクリーニング装置１００は、微生物を個別に分離および／または配列する手段を備える。図１の実施形態においては、この分離・配列手段は吐出機２０である。吐出機２０の代表例としては、ディスペンサー装置、インクジェット装置およびスポッター装置のような塗付機、ならびに、霧吹き、スプレー、ネブライザーおよびアトマイザーのような塗布機が挙げられる。以下、吐出機２０がインクジェット装置である場合について説明する。
【００５０】
吐出機２０は、微生物を分散させた試料液体を保持する保持容器（図示例ではシリンジ）２と、ニードル部３を介して保持容器２に連通し、微生物を分散させた液体を液滴としてまたは連続流体として媒体１上に吐出する吐出ヘッド４とを有する。シリンジ２およびニードル部３には、任意の適切な温度機構（図示例ではコイルヒーター）５が設けられ、目的に応じて試料液体の温度を適切に調節し得る。
【００５１】
吐出ヘッド４としては、任意の適切なインクジェットヘッドが採用され得る。図２〜図４を用いて、インクジェットヘッドの一例を説明する。図２は、ヘッド４の概略斜視図であり、説明のため一部を切断して断面を示してある。ノズル２１０は、液体室２１１と連通する位置にノズル形成基板２１２を貫通して配置されている。圧力発生部材２１３が、弾性板２１４から構成される液体室２１１の壁の１つと接触し押圧している。圧力発生部材２１３は、代表的には、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電材料４１と銀パラジウム等の内部電極４２ａおよび４２ｂとを積層した圧電素子である。弾性板２１４は、液体室の全面を覆うように配置され、均一な厚みの膜で構成されている。弾性板２１４の材質の代表例としては、Ｎｉ電鋳、ステンレス等の金属、またはポリイミド、ポリサルフォン等の高分子膜が挙げられる。
【００５２】
図３は、駆動部３１と液体流路３２との接触状態を説明するための斜視図である。圧力発生部材２１３にはケース２１５が接合され、圧力発生部材２１３の弾性板２１４と接触する端面２１６とケース２１５の端面２１７とは、変位方向に距離ｇの一定の距離関係を保持している。図２に示すように、接合時にはケース２１５の端面２１７と弾性板２１４の表面２１８とが接触することによって、圧力発生部材２１３が弾性板２１４に均一に押し込まれる。図４は、液体の吐出状態を説明する断面図である。微生物を分散させた液体５１は、ノズル２１０まで来ており、液体５１の圧力によりメニスカス５３を形成している。圧力発生部材２１３が弾性板２１４に均一に押し込まれることにより弾性板２１４が変形し、その圧力によってメニスカス５３が突出する。その結果、液体５１が液滴５４となり、ノズル２１０から媒体１に向かって飛翔する。
【００５３】
ヘッド４は、目的に応じて、単一ノズルの構成でもよく、複数ノズルを有する構成（いわゆるマルチヘッド）でもよい。マルチヘッドを構成することにより、スクリーニング効率（速度）が格段に向上し得る。なお、ヘッド４は、上記のようなピエゾ方式がバブルジェット方式よりも好ましい。バブルジェット方式は液体を瞬間的に高温に加熱するので、液体に分散された微生物に悪影響を与える可能性があるからである。
【００５４】
本発明のスクリーニング装置１００における吐出機２０は、上記微生物を分散させた液滴の体積を、好ましくは１フェムトリットル（ｆｌ）から１マイクロリットル（μｌ）、さらに好ましくは１ピコリットル（ｐｌ）から１００ナノリットル、最も好ましくは１０ピコリットルから１０ナノリットルに制御して吐出し得る。上記ノズルの内径および圧力発生部材により液体にかかる圧力等を制御することにより、液滴の体積（粒径）を制御し得る。
【００５５】
好ましくは、上記微生物の分離および／または配列手段（吐出機２０）は、吐出ヘッド４および媒体１の少なくとも一方を直交する２方向に独立して移動させる手段７を有する。当該移動手段７は、代表的には、いわゆるＸ−Ｙプロッターである。図１の実施形態においては、吐出ヘッド４をＸ方向に、媒体１をＹ方向に移動させる構成が例示されているが、吐出ヘッド４をＹ方向に、媒体１をＸ方向に移動させてもよい。もちろん、吐出ヘッド４および媒体１のいずれか一方をＸおよびＹの２方向に移動させてもよい。Ｘ−Ｙプロッターの構成は周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００５６】
Ｃ．スクリーニング方法
次に、本発明の好ましい実施形態による微生物のスクリーニング方法について説明する。
【００５７】
最初に、微生物を所定の液体に分散させる。液体には、必要に応じて、界面活性剤や分散剤等が添加され得る。このプロセスは、従来と同様の手順に従って行われる。一例は以下の通りである。分離源（例えば、土壌）を採取する。土壌１ｇ中に、１０５〜１０９個の微生物が存在すると言われている。この微生物濃度が、後述する分散液濃度や吐出液滴の体積を決定する基礎となる。採取した土壌を水に懸濁し、不純物を物理的手段（代表的には、フィルター）で除去する。次いで、不純物を除去した懸濁液を、目的に応じた適切な液体を用いて、所定の濃度まで多段階で希釈して吐出用分散液（試料液体）を調製する。
【００５８】
上記所定の濃度は、好ましくは、スクリーニング装置からの吐出液滴中に微生物が実質的に１個存在するような濃度である。上記分離源の微生物濃度を基礎にして算出される吐出用分散液の濃度と吐出液滴の体積とを制御することにより、吐出液滴中に微生物が実質的に１個存在するよう調整することが可能となる。
【００５９】
また、吐出用分散液は、目的とする微生物が増殖、成長、生存、分解および／または合成し得るような環境を有するよう調整されている。例えば、栄養素、温度、ｐＨ、酸素、水分活性、圧力および特定化合物含有量などを系統的に変化させて異なる環境を形成した分散液を用意し、上記マルチヘッドの吐出機を用いて当該分散液の各々を媒体に塗付することにより、従来に比べて格段に優れた効率でスクリーニングを行うことが可能となり、目的とする微生物の探索が格段に促進される。
【００６０】
必要に応じて、吐出用分散液は、任意の適切な手段により帯電処理に供される。
【００６１】
次に、得られた吐出用分散液を、図１に示すようなスクリーニング装置１００の保持容器２に入れる。必要に応じて、温度調節機構５により温度制御を行う。次いで、当該分散液を吐出ヘッド４から吐出して媒体１に向かって飛翔させ、媒体１に付着させる。微生物が媒体１に個別に付着する限りにおいて、分散液を液滴として吐出してもよく、連続流体として吐出してもよい。個別に分離するという観点からは、液滴として吐出するのが好ましい。図５は、媒体１に分散液の液滴５４が付着している様子を示す模式図である。個々の液滴５４には、微生物が実質的に１個存在する。微生物は、媒体１上で生化学反応、物質分解、エネルギー変換および／または増殖等を行い、最終的に分離・同定され得る。媒体は、目的とする微生物が増殖、成長、生存、分解および／または合成し得るような環境を有するよう調整されている。例えば、栄養素、温度、ｐＨ、酸素、水分活性、圧力および特定化合物含有量などを系統的に変化させて異なる環境を形成した媒体を用意し、それぞれの媒体に上記マルチヘッドの吐出機を用いて分散液を塗付することにより、従来に比べて格段に優れた効率でスクリーニングを行うことが可能となり、目的とする微生物の探索が格段に促進される。分散液および媒体の両方の環境をそれぞれ系統的に変化させると、スクリーニング効率がさらに向上し、微生物の探索がさらに格段に促進される。
【００６２】
媒体１を構成する材料の代表例としては、ガラス、セラミックス、金属、プラスチック、炭素材料、天然有機物（例えば、寒天、セルロース）、繊維、繊布および不繊布が挙げられる。天然有機物、プラスチックおよびガラスが好ましい。天然有機物は、微生物の培養を簡便・容易に行うことができる。プラスチックは、目的に応じて各種加工を安価かつ容易に行うことができる。ガラスは、目的に応じて加工でき、かつ、その加工物で容易に微生物の培養を行うことができ、さらに、光透過性を確保することができる。
【００６３】
１つの実施形態においては、媒体１は、表面に凹凸を有する平板である。凹凸の形状としては、目的に応じて任意の適切な形状が採用され得る。例えば、半球状の凹部を形成してもよく、平面視矩形の凹部を形成してもよく、図６に示すような多数の溝６６を形成してもよい。図６のような溝の１本ごとに分散液を塗付することにより、以下のような利点がある：（１）寒天のような固体培地ではなく、液体培養が可能となる。すなわち、培養液を予め溝に保持しておき、微生物または微生物を含有させた液をそれぞれの溝に塗付（滴加）し、培養することが可能となる。（２）細長い溝を形成することにより、溝部において増殖・培養された微生物が毛管力によって溝の長手方向に流れ体積変化が起こるので、流れた部分が培養された部分であるときわめて容易に検出できる。（３）互いの溝同士が独立しているので、それぞれの溝の培養液が混合することがない。その結果、微生物同士の相互の悪影響を防止でき、きわめて良好な環境で培養が行われる。（４）それぞれの溝の培養条件（例えば、ｐＨ、溶存酸素量、栄養分）を系統的に変化させることにより、同時並行して種々の培養条件を検討することが可能となり、スクリーニング効率が格段に向上する。
【００６４】
別の実施形態においては、媒体１は、図７に示すように疎水性（撥水性）領域７１と親水性領域７２とを有する。疎水性領域７１と親水性領域７２とは、目的に応じて任意のパターンで配置され得る。例えば、図示例のように１面の親水性領域に疎水性領域が島状に配置してもよく、両者を１列ごとに交互に配置してもよく、チェッカー状に配置してもよい。疎水性領域７１および親水性領域７２は、任意の適切な手段により形成され得る。例えば、半導体表面改質加工技術を利用してプラズマガスにより処理してもよく、有機シラン系または有機チオール系の自己組織化膜を塗布形成してもよい。このような媒体を用いる場合には、分散液を微小液滴としてではなく連続流体や比較的大きな液滴として吐出しても、非常に良好な結果が得られる。親水性領域と疎水性領域では、帯電した分散液や微生物の静電気的な力が作用して付着挙動が違うことを利用しているので、塗付するだけで媒体の疎水・親水パターンに合わせて分離できるからである。例えば、液が水系の場合には親水性領域に選択的にトラップされ、液が油系および有機溶剤系の場合には疎水性領域に選択的にトラップされる。
【００６５】
さらに別の実施形態においては、媒体１は、帯電領域と非帯電領域とを有する。この場合には、帯電領域の帯電状態を利用することにより、微生物の分離および配列が促進され得る。帯電領域および非帯電領域は、任意の適切な手段により任意の潜像パターンで形成され得る。例えば、図８に示すように電極針８０を用いた接触帯電や導電性物質パターンの接触による接触帯電により形成してもよく、電子ビームの照射による非接触帯電により形成してもよい。導電性物質パターンの接触とは、予め所定のパターンに成型した導電性物質を媒体に接触させて通電することにより、接触部分にのみ選択的に潜像パターンを形成することである。
【００６６】
さらに別の実施形態においては、媒体１は、所定のパターンに形成された電極９０を有する。電極パターン９０は、代表的には、フォトリソグラフィーによって形成される。電極パターンへの電圧の印加条件は、目的に応じて適切に設定され得る。すなわち、直流を印加してもよく、交流を印加してもよく、交流の周波数を変化させることもできる。より詳細には、以下の通りである。微生物の荷電状態が液体の荷電状態に比べて大きい場合には、電気泳動を利用する。この場合、帯電した微生物が電界中を移動するように電圧印加波形を制御する。微生物が荷電しておらず、かつ誘電率が液体の誘電率に比べて大きい場合には、電界強度の大きい方に微生物を移動させる正の誘電泳動を利用する。微生物が荷電しておらず、かつ誘電率が液体の誘電率に比べて小さい場合には、電界強度の小さい方に微生物を移動させる負の誘電泳動を利用する。微生物によって誘電率が異なるので、交流電圧（特に、その周波数）を適切に選択することにより、ほぼ全ての微生物に適応させることが可能となる。
【００６７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例には限定されない。
【実施例１】
【００６８】
通常の方法を用いて土壌から不純物を分離し、微生物試料（Bacillus
subtilis）を採取した。この試料を水系の溶液（ＬＢ培地、１Ｌ培地中にポリペプトン１０ｇ、酵母抽出物１０ｇおよび塩化ナトリウム５ｇ）中に懸濁し、培養液を用いて希釈し、微生物の媒体上での塗付個数が０．０１個/滴〜２３個/滴となるように１０３〜１０６個/ｍｌの範囲内で濃度調整を行って、微生物を分散させた。この分散試料を塗付機のシリンジ部分に充填した。塗付機のシリンジ部分からの吐出量は１０ｎｌ/滴になるように予め調整しておいた。この分散試料を図５に示すように寒天培地媒体上に１滴１滴吐出した。このような吐出パターンは、Ｘ−Ｙプロッターを用いて高速で形成した。塗付した媒体を３０℃、５０％ＲＨ環境下で放置し培養した。培養時間とコロニーの出現率との関係を表１および図１０に示す。さらに、１個／滴の濃度における培養時間とコロニーの径（実測平均値）との関係を表２に示す。
【００６９】
【表１】
2005137288.tif 000003
【００７０】
【表２】
2005137288.tif 000004
【００７１】
これらの結果から明らかなように、Bacillus subtilisを寒天培地上に１個／滴の濃度で塗付した場合には、培養時間５４時間後には、９２．６％コロニーが形成されている。また、コロニーの径は５４時間までほぼ線形に増加している。
【実施例２】
【００７２】
通常の方法を用いて土壌から不純物を分離し、微生物試料（Rhodococcus
erythlopolis）を採取した。この試料を水系の溶液（ＬＢ培地、１Ｌ培地中にポリペプトン１０ｇ、酵母抽出物１０ｇおよび塩化ナトリウム５ｇ）中に懸濁し、培養液を用いて希釈し、微生物の媒体上での塗付個数が０．０１個/滴〜１００個/滴となるように１０３〜１０７個/ｍｌの範囲内で濃度調整を行って、微生物を分散させた。この分散試料を塗付機のシリンジ部分に充填した。塗付機のシリンジ部分からの吐出量は１０ｎｌ/滴になるように予め調整しておいた。この分散試料を図５に示すように寒天培地媒体上に１滴１滴吐出した。このような吐出パターンは、Ｘ−Ｙプロッターを用いて高速で形成した。塗付した媒体を３０℃、５０％ＲＨ環境下で放置し培養した。培養時間とコロニーの径との関係を表３および図１１に示す。
【００７３】
【表３】
2005137288.tif 000005
【００７４】
これらの結果から明らかなように、純粋培養の場合、試料液滴中の微生物の個数が１０個以内の時は、１００個の時と比べて明らかに優位さが認められ、個数が少ない方が栄養分の拮抗が起こらず、育ちが良いことが分る。
【実施例３】
【００７５】
通常の方法を用いて土壌から不純物を分離し、２種類の微生物試料Bacillus
subtilisおよびRhodococcus erythlopolisを採取した。これらの試料を水系の溶液（ＬＢ培地）中に懸濁し、培養液を用いて希釈し、微生物の媒体上での塗付個数が０．０４個/滴〜５個/滴となるように１０３〜１０５個/ｍｌの範囲内で濃度調整を行って、微生物を分散させた。この分散試料を塗付機のシリンジ部分に充填した。塗付機のシリンジ部分からの吐出量は１０ｎｌ/滴になるように予め調整しておいた。この分散試料を図５に示すように寒天培地媒体上に１滴１滴吐出した。このような吐出パターンは、Ｘ−Ｙプロッターを用いて高速で形成した。塗付した媒体を３０℃、５０％ＲＨ環境下で放置し培養した。培養時間とコロニー出現率との関係を表４および図１２に示す。
【００７６】
【表４】
2005137288.tif 000006
【００７７】
さらに、本実施例においては、以下の事項が観察された。５個／滴の濃度において出現したコロニーは、全てBacillus subtilisであった。また、１個／滴以下の濃度において出現したコロニーは、Rhodococcus
erythlopolisの場合とBacillus subtilisの場合が見られたが、ＰＣＲ−ＤＧＧ測定の結果からコロニー内には全て１種類の微生物しか存在しておらず、２種類が混在することはなかった。また、Rhodococcus
erythlopolisコロニーは、実施例２によるRhodococcus erythlopolis純粋培養の場合に比べて、明らかにコロニーの直径が小さくなっていた。これらのことより、Bacillus
subtilisまたはBacillus subtilisの分泌物によりRhodococcus erythlopolisの培養が阻害されていることがわかる。つまり、Rhodococcus
erythlopolisとBacillus subtilisが混在した状態で媒体（培地）上の同じ場所に塗付されると、Rhodococcus erythlopolisは培養できず、Bacillus
subtilis優勢で培養される。そこで、本発明のように多種類の微生物を個別に塗付、分離および配列させることによって、他の微生物の悪影響を受けることなく高確率で培養できることがわかる。
【実施例４】
【００７８】
表５に示す各種媒体に、図７に示すような微細な疎水性領域および親水性領域を形成した。具体的には、疎水処理は、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）装置を用いて、条件はＯ２ガス＝５０sccm、パワー＝１００Ｗ、ガス圧＝０．０５Torr、および処理時間＝６０秒で行った。また、親水処理は、ＲＩＥ装置を用いて、条件はCHF3ガス＝２０sccm、パワー＝１００Ｗ、ガス圧＝０．０２Torr、および処理時間＝１２０秒で行った。疎水性および親水性を表す指標として接触角を用いた。各種媒体における水および培養液の接触角を通常の方法で測定した。結果を表５に示す。この結果から、媒体によって本来の表面状態が大きく異なっているので、疎水処理および親水処理を適宜使い分けるのが好ましいことがわかる。
【００７９】
【表５】
2005137288.tif 000007
【実施例５】
【００８０】
アクリルプラスチック板上に、図８のようにして微細な帯電パターン（潜像パターン）を作成した。具体的には、多数本の微細な針にてアクリルプラスチック板表面と当該アクリルプラスチック板裏面との間に１００Ｖの電圧を数秒印加し、接触帯電により潜像パターンを作成した。この潜像パターンの帯電状態（＋または−）は、塗付される液体または微生物の帯電状態とは反対の帯電状態を作成するように電圧印加極を適宜選択した。
【実施例６】
【００８１】
アクリルプラスチック基板上に、図９に示すように、微生物のサイズに合せて例えば数μmレベル以下の微細な櫛歯電極をパターンニングし、交流電圧を印加する。図１３は、塗付された微生物が電気泳動の原理に基づいて媒体上を移動する様子を説明する模式図である。より詳細には、塗付された分散液中の微生物１３１が−に帯電している場合は電極９０の＋極に移動し、微生物が＋に帯電している場合は−極に移動して、分離および配列が行われる。図１４は、塗付された微生物が誘電泳動の原理に基づいて媒体上を移動する様子を説明する模式図である。より詳細には、塗付された分散液の誘電率が微生物の誘電率より大きい場合には、微生物１４１は負の誘電泳動により電極９０の電界強度の小さい領域に移動する。塗付された分散液の誘電率が微生物の誘電率より小さい場合には、微生物１４１は正の誘電泳動により電極９０の電界強度の大きい領域に移動する。このようにして、微生物の分離および配列が行われる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明によれば、効率が大幅に向上したハイスループットであり、かつ、未知の微生物を高確率で分離・同定し得る微生物スクリーニング装置および微生物のスクリーニング方法が提供される。このような装置および方法は、例えば、創薬の材料、食品・化成品などの材料、環境浄化・環境センシング材料などの有用微生物の探索に好適に利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の好ましい実施形態による微生物スクリーニング装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の微生物スクリーニング装置のインクジェットヘッドの一例を説明する概略斜視図である。
【図３】図２のインクジェットヘッドの駆動部と液体流路部との接触状態を説明する概略斜視図である。
【図４】図２のインクジェットヘッドの液体吐出状態を説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の１つの実施形態における媒体を説明する概略斜視図である。
【図６】本発明の別の実施形態における媒体を説明する概略斜視図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態における媒体を説明する概略斜視図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態における媒体を説明する概略斜視図である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態における媒体を説明する概略斜視図である。
【図１０】実施例１における培養時間とコロニー出現率との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例２における培養時間とコロニー直径との関係を示すグラフである。
【図１２】実施例３における培養時間とコロニー出現率との関係を示すグラフである。
【図１３】図９の実施形態において、塗付された微生物が電気泳動の原理に基づいて媒体上を移動する様子を説明する模式図である。
【図１４】図９の実施形態において、塗付された微生物が誘電泳動の原理に基づいて媒体上を移動する様子を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  媒体
２  保持容器
４  吐出ヘッド
５  温度調節機構
７  Ｘ−Ｙプロッター
２０  吐出機
１００  微生物スクリーニング装置
【図１】
2005137288.tif 000008
【図２】
2005137288.tif 000009
【図３】
2005137288.tif 000010
【図４】
2005137288.tif 000011
【図５】
2005137288.tif 000012
【図６】
2005137288.tif 000013
【図７】
2005137288.tif 000014
【図８】
2005137288.tif 000015
【図９】
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【図１０】
2005137288.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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