有用微生物の大規模スクリーニング技術
所属

氏名

理化学研究所
バイオリソース研究センター
植物-微生物共生研究開発チーム
成川 恵
2023年6月13日
1

農業におけるSDGsに基づいたバイオものづくり
環境省「平成30年版 環境・循環型社会・生物多様性白書」
Will Steffen et al.「Planetary boundaries : Guiding human development on a changing planet」より

絶滅の速度

気候変動
新規化学物質生態系機能の消失
土地利用変化

高リスク
リスク増大
安全

成層圏オゾンの破壊

淡水利用

大気エアロゾルの負荷

リン

窒素

海洋酸性化

持続可能な社会へ向けたパラダイムシフト
人間活動による限界を超えた地球環境の悪化
特に農業にも関わる窒素やリン、絶滅の速度が高リスク
地球環境に負荷を与える
化学肥料や化学農薬の使用を制限した農業革新

地球環境にやさしい農業への転換
化学農薬・化学肥料から生物農薬・有機肥料へ
2

農業におけるSDGsに基づいたバイオものづくり
減農薬に向けた微生物の活用

植物病原菌を拮抗微生物で制す！

2025年までに世界の農業微生物市場は121億米ドル規模に窒素供給（共生根粒菌やAzotobacterなど）
リンの動員（Penicilliumなど）
害虫防除（Bacillus thurengenesisなど）
カビ防除（Trichoderma virideなど）

作物の病原菌の天敵である拮抗微生物を用いた防除で、環境にやさしい農業を目指す

拮抗微生物の大規模開発基盤構築

あらゆる環境条件、あらゆる作物の生育ステージで機能する、ゴールドスタンダードとなる微生物資材の開発基盤を構築
3

SCG-Plant-001
SCG-Plant-002
SCG-Plant-003
SCG-Pot-001
SCG-Pot-002
SCG-Pot-003
SCG-Pre-001
SCG-Pre-002
SCG-Pre-003

SCG-Plant-001
SCG-Plant-002
SCG-Plant-003
SCG-Pot-001
SCG-Pot-002
SCG-Pot-003
SCG-Pre-001
SCG-Pre-002
SCG-Pre-003

100%100%

90%
90%

80%
80%

70%
70%

60%
60%

50%

Relative Frequency

Relative Frequency

微生物培養技術の重要性

50%

40%
40%

30%
30%

20%
20%

10%
10%

0%
0%

近年、次世代シーケンサ
ーを用いた網羅的な細菌叢解析が精力的に行われ、微生物の世界の概要は明らかになりつつあるが、環境微生物の中で実際に培養できる微生物は1割にも満たない

SampleSample

微生物培養はとても重要

・ 対象微生物の代謝・生理機能・生態における役割の理解
・ 微生物を応用した技術開発
4従来技術とその問題点
Created with BioRender.com

大量の資材とスペースが必要

手作業で行う
肉眼で選別して手作業でピックアップ

従来法は煩雑で重労働
5微小液滴技術はスループット性が高い
W/O

Oil

ゲルボール

Water

Oil

W/O/W

Water

：界面活性剤● 液滴の大きさは数十〜数百 umほどで、1液滴あたりfL〜nL単位の液量● 大量に区画化された培養が、省試薬＆省スペースで可能（1.5 mLチューブに、300万の液滴が収納可）● 全自動作成装置により、実験時間短縮（30分間で400万の液滴作成が可能）● 液滴サイズが均一なので、定量的な評価に最適6

拮抗微生物スクリーニングへの応用
Droplet Selector

Droplet Generator

蛍光標識病原菌と環境微生物を同一液滴に封入
蛍光標識病原菌

培養

蛍光量
高

蛍光の減衰した液滴を選抜、分注

蛍光標識病原菌のみ
間接的な作用を持つ拮抗微生物が共存

環境
微生物

低

強い作用を持つ拮抗微生物のみ

廃棄回収
大量リソース化

7

トマト青枯病菌を用いた実施例
供試土壌病害菌：青枯病菌（Ralstonia solanacearum）

・トマトやジャガイモなど200余種もの植物に感染し、被害が発生・防除の必要性は非常に高いが、その発生を安定的に抑えることは現在困難
・拮抗微生物も単離されているが、その用途は限定的
・青枯病菌の形質転換法が確立しており、実験室での取り扱いが容易

モデル拮抗微生物

Pseudomonas属 #3-8A株限界希釈法で得られたBRC土壌微生物から選抜、ハロー形成あり
Mitsuaria sp. TWR114株
すでに報告された拮抗微生物、栄養競合作用、ハロー形成なし
Ralstonia sp. TCR112株
すでに報告された拮抗微生物、栄養競合作用、ハロー形成なし

Pseudomonas sp.
#3-8A株

Mitsuaria sp
TWR114株

Ralstonia sp.
TCR112株

8モデル実験系の構築
青枯病菌
GFP株

青枯病菌GFP株＋BRCSoil-Bacteria

青枯病菌GFP株＋Soil-Bacteria＋#3-8A株

0%

BRC Soil-Bacteria
のみ

青枯病菌GFP株

GFP蛍光強度

None added

50%

青枯病菌GFP株 #3-8A株

90%None added

Noneadded

100%#3-8A株（ % Droplet）

10%

液滴の大きさ

青枯病菌GFP株

Mitsuaria sp.
TWR114株

Ralstonia sp.
TCR112株

9土壌からの拮抗微生物スクリーニング〜 集積培養を用いた土壌微生物活性化 〜

100%

90%

80%

70%

Relative Frequency

60%

50%

40%

30%

20%

10%

TOT-DW

TOT-mGAM

TOT

BRC-mGAM

BRC

BRC-DW

0%10土壌からの拮抗微生物スクリーニング〜 実際のスクリーニング例 〜

総液滴数：1,194,572
選抜液滴数：1,920
増殖well数：1,216

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拮抗微生物候補株のストック化なし

青枯病菌塗布

あり

BRC-DW

対峙培養
BRC-mGAM

13 days, 25℃
グリセロール
ストック

TOT-DW

TOT-mGAM

青枯病菌との共培養下で増殖の著しい株や、ハロー形成株が得られた

NGSでの多サンプル同時アンプリコン解析を行い、15属1211株を取得した
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想定される用途
本技術の特徴・有用微生物のミリオンスクリーニングを実現
・任意の微生物単離源からのスクリーニングが可能・省スペースかつ簡単な操作でスクリーニングが可能想定される用途

・農業上有用な拮抗微生物の探索
・抗生物質や有用化合物合成菌の探索
・有毒物質分解菌の探索

13実用化に向けた課題• 得られた拮抗微生物候補株の、実際の圃場での効果確認• 様々な病原菌の拮抗微生物スクリーニング系を開発予定

・・・ヒト日和見病原菌についても、拮抗微生物大規模スクリーニング系を開発中• 拮抗微生物以外の有用微生物スクリーニングについても開発予定

14企業への期待• 拮抗微生物を開発中の企業様、これからの開発をお考えの企業様は、共同研究やスクリーニングの受託試験についてご相談ください• 新しい微生物スクリーニング系を立ち上げたい企業様には、本技術の技術指導をご提供できます15

本技術に関する知的財産権• 発明の名称：有用微生物のスクリーニング方法• 出願番号：特願2022-074332、PCT/JP2023/16681• 出願人：理化学研究所• 発明者：市橋泰範、成川恵

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お問い合わせ先

株式会社理研鼎業（りけんていぎょう）

新技術説明会事務局
E-mail:senryaku@innovation-riken.jp

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