線虫実験新技術：
線虫カプセルと池ぽちゃアッセイ
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
量子技術基盤研究部門高崎量子応用研究所
量子バイオ基盤研究部
主幹研究員 鈴木 芳代
2023年6月20日

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研究分野の概要：線虫研究1. モデル生物の線虫（C. elegans）を対象とした生命科学研究
・体が透明で生きたまま組織を観察可能→ 生物研究の対象、理科学習教材として有用

C. elegans

・優れた嗅覚や味覚（バイオセンサ）を有する→ 微量の物質（匂いなど）の検出に利用
1 mm

・平均寿命は約3週間で寿命解析が容易→ 寿命遺伝子age-1の発見で老化研究が加速基礎研究や産業応用に資する簡便で高精度な線虫実験技術が不可欠
2. 農林業における害虫である植物寄生性線虫の防除研究
・植物（農作物）寄生性線虫による農作物の損害：世界で数十兆円/年
・植物（樹木）寄生性線虫による松枯れ被害：マツ材線虫病が46都府県で発生

農薬に頼らない病害線虫防除法の開発が喫緊の課題
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線虫関連のQSTの新技術
新技術1：池ぽちゃアッセイ

池ぽちゃアッセイ法

新技術2：線虫カプセル

線虫リリース法基礎研究や産業応用に資する簡便で高精度な線虫実験技術

農薬に頼らない病害線虫防除に資する線虫供給技術
3

新技術1：池ぽちゃアッセイ

従来技術：線虫化学走性アッセイ法--- で示す評価エリア内の線虫を計数し、化学物質への応答を評価
線虫

T1
T2
寒天培地

試験溶液＋麻酔薬

3933

C1C2

溶媒＋麻酔薬試験物質が好き

一定時間経過後

20

5
3

線虫がどちらを選んだかの評価指標

１

C. I.

試験溶液＋麻酔薬

化学走性インデックス（C. I.）

溶媒＋麻酔薬試験物質が嫌い -１

全ての線虫がT1 またはT2に行くと１全ての線虫がC1 またはC2に行くと-1(39+33) ー (5+3)
C. I.＝=0.80
39+33+5+3 試験物質が好き4

新技術1：池ぽちゃアッセイ

従来技術の問題点（1/2）• 評価エリア（境界線）の設定次第で結果が変わる
A. 評価エリアが広い
試験溶液
＋麻酔薬

39332053C. I.＝0.80
試験物質が好き

B. 評価エリアが狭い
溶媒＋
麻酔薬

試験溶液
＋
麻酔薬

境界線の設定によって結果（C.I.）が異なる

18165943

溶媒＋
麻酔薬

C. I.＝0.66
試験物質が好き× 予め培地上での濃度勾配を測定できない混合物中の物質（尿中の未知の物質など）に対する応答を調べる際の適切な評価エリア設定は極めて困難〇 予め培地上での濃度勾配を計測できる物質では、評価エリア設定は可能

5

新技術1：池ぽちゃアッセイ

従来技術の問題点（2/2）• 線虫捕捉用の麻酔薬が結果に影響することがある

試験溶液
＋
麻酔薬

溶媒＋
麻酔薬

探索途中に動けなくなった線虫がいるのでは？

× たまたま評価エリア内に入ったら麻酔薬で動けなくなった線虫と自ら選んで評価エリア内に入った（とどまった）線虫の判別は不可能
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新技術1：池ぽちゃアッセイ

新技術：池ぽちゃアッセイ法
池の中の線虫だけ計数し、化学物質への応答を評価
化学走性インデックス（C. I.）

線虫

寒天培地

試験溶液の池5043

線虫がどちらを選んだかの評価指標

溶媒の池（対照）

試験物質が好き

一定時間経過後

2

１

C. I.

試験溶液の池

C1
C2

T1
T2

試験物質が嫌い -１

3
2全ての線虫がT1 またはT2に落ちると１全ての線虫がC1 またはC2に落ちると-1

溶媒の池（対照）(50+43) ー (3+2)
C. I.＝=0.90
50+43+3+2 試験物質が好き7

新技術1：池ぽちゃアッセイ

新技術の特徴（1/3）

QST公式YouTubeチャンネルで公開中の池ぽちゃアッセイ紹介動画
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新技術1：池ぽちゃアッセイ

新技術の特徴（2/3）• 評価エリアは、池の中のみ→ 寒天培地上での濃度勾配を測定できない混合物に対する応答を調べる実験も実施可能→ 評価エリア設定によって、同一実験の結果が変わる問題が生じない• 池に落ちた線虫は培地上に這い上がれないため、麻酔薬を使わずに確実に捕捉できる→ 線虫を池ごとに回収して別の分析を実施可能→ 麻酔薬（毒物）不要で学校現場でも実施可能
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新技術1：池ぽちゃアッセイ

新技術の特徴（3/3）
池ぽちゃ法によるジアセチル応答実験の結果＜実験条件＞・直径10 cm（寒天培地 10 mL）プレート使用

・左右各2個の直径5 ｍｍの穴に試験液又は溶媒（純水）を注入

6回実験

3回実験

好き好き

1.01.00.8

化学走性インデックス（C.I.）)

化学走性インデックス（C.I.）

0.8
0.6
0.4
0.2

0.0-0.2-0.4-0.6

ジアセチル希釈濃度-1.00.4
0.2
0.0-0.2-0.4

ジアセチル希釈濃度-0.6-0.8-0.8

嫌い0.6

嫌い-1.03回実験で6回実験と同様の結果が得られ、極めて再現性が高い
Suzuki, M., et al., Biology 11(2), 335 (2022)→ 実験の反復回数は3回でよい
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新技術1：池ぽちゃアッセイ

新技術と従来技術の比較（1/2）
線虫の匂い物質（ジアセチル）への応答実験後のプレート
従来法
ジアセチル溶液＋麻酔薬

線虫
スタート
位置

新技術
溶媒（対照） ジアセチル＋溶液の池
麻酔薬

寒天培地（直径10 cmプレート）

線虫がプレート上に広く拡散

線虫
スタート
位置

溶媒の池（対照）

寒天培地（直径10 cmプレート）

ほぼ全ての線虫が池の中へ△ 顕微鏡下またはプレート画像をも 〇 池画像をもとに池の線虫のみをとに、プレート上の線虫を計数計数（独自ソフトウェア使用）11

新技術1：池ぽちゃアッセイ

新技術と従来技術の比較（2/2）

線虫のジアセチル応答実験の結果（同一実験者による各3回実験）

従来法
好き＜実験条件＞
・直径10 cm（寒天培地 10 mL）プレート使用
・左右各２点にジアセチル溶液又は溶媒と麻酔を滴下新技術
好き

1.01.0嫌い0.8

化学走性インデックス（C.I.）

化学走性インデックス（C.I.）

0.8
0.60.40.2
0.0-0.2-0.4

ジアセチル希釈濃度-0.6-0.8-1.0＜実験条件＞
・直径10 cm（寒天培地 10 mL）プレート使用
・左右各2個の直径5 ｍｍの穴に試験液又は溶媒を注入

応答検出限界低濃度領域では結果がばらつく

嫌い

0.6
0.4

0.2
0.0-0.2-0.4

ジアセチル希釈濃度-0.6-0.8-1.0低濃度領域でも結果の再現性が高い
Suzuki, M., et al., Biology 11(2), 335 (2022)12

新技術1：池ぽちゃアッセイ

高精度・高効率化に資する追加技術
× 線虫スタート地点

従来法
紙ワイパーで線虫液吸水滴下した線虫液（直径約1 cm）の制御不可

× 線虫に触れたり、匂い勾配を乱したり、別の匂いが混入するリスクあり

アッセイプレート（直径6 cm）
線虫液滴下直後

新技術
凹部（直径5 mm）に滴下した線虫液
アッセイプレート（直径6 cm）
凹部に線虫液滴下直後

プレート上に散らばった線虫

ピペットで水分のみ吸水or
自然乾燥〇 線虫スタート地点を凹部内に制御可〇 線虫に触れず、匂い勾配を乱さず、匂いの混入もない〇 線虫リリース作業

プレート上に散らばった線虫 の自動化も可

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新技術1：池ぽちゃアッセイ

想定される用途• 線虫の嗅覚応答や味覚応答実験のための池ぽちゃアッセイプレート、アッセイキット• 線虫の応答に基づく環境試料や生体試料の検査• 病害線虫防除用の農薬や誘引物質のスクリーニング• 線虫の応答（走性）を学ぶ生物実験教材など

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新技術1：池ぽちゃアッセイ

実用化に向けた課題• 池を写した画像から個々の線虫を正確に検出して計数するソフトウェアを開発済み。実験効率化には、撮像システムと線虫計数ソフトウェアを一体化した、池ぽちゃアッセイ自動化システムの開発が必要• 池ぽちゃアッセイを生体試料（尿など）に含まれる特定の匂い物質の検出や線虫防除に役立つ誘引物質のスクリーニングに応用するには、試験対象物質を用いた検出精度評価のための十分な実験が必要など
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新技術1：池ぽちゃアッセイ （アッセイ法）

本技術に関する知的財産権（1/2）• 発明の名称 ：線虫トラップ用プレート、およびその利用• 登録番号 ：特許第7229582号• 出願人：量子科学技術研究開発機構• 発明者：鈴木 芳代、服部 佑哉、齋藤 俊行、原田 良信• 発明の名称 ：NEMATODE TRAP PLATE AND USE THEREFOR• 出願番号 ：17/605,337（US）• 出願人：量子科学技術研究開発機構• 発明者：鈴木 芳代、服部 佑哉、齋藤 俊行、原田 良信

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新技術1：池ぽちゃアッセイ （リリース法）

本技術に関する知的財産権（2/2）• 発明の名称 ：試験方法および線虫試験用プレート• 出願番号 ：PCT/JP2021/039211• 出願人：量子科学技術研究開発機構• 発明者：鈴木 芳代• 発明の名称 ：試験方法および線虫試験用プレート• 出願番号 ：特願2022-514816• 出願人：量子科学技術研究開発機構• 発明者：鈴木 芳代17

新技術2：線虫カプセル

従来技術とその問題点• 研究者間の線虫の譲渡方法である線虫培養プレートや凍結バイアルでの送付では、受領後、線虫を培養するなどの専門的な操作が必要となる→ 農業分野、教育分野などで、線虫に興味を持った人が線虫を扱える状況ではなく、技術の裾野が広がりにくい18

新技術2：線虫カプセル

新技術の特徴（1/2）• カルシウムとのアルギン酸ナトリウムの架橋反応を利用する
人工魚卵（人工イクラ）の製造方法を応用• 任意の発生段階（卵、幼虫、成虫）、任意の数の線虫を生分解性のカプセルに閉じ込めて培養（配送可能）• 拡散防止等のために不妊化した線虫を封入することも可能

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新技術2：線虫カプセル

新技術の特徴（2/2）• 膜を破れば線虫が放出され、すぐに実験等に利用可能
線虫（成虫）

線虫（成虫）

線虫（成虫）

カプセル

卵

線虫（成虫）

1 mm
カプセル
カプセル作製直後

線虫（幼虫）

線虫（幼虫）

1日後

2日後

線虫（幼虫）

1 mm
線虫の放出• 生分解性のため、不妊化した病害線虫の土壌放飼に活用可能
線虫カプセル

線虫カプセル

線虫カプセル
膜の生分解が進み、カプセル中の線虫が土壌に移行

腐葉土
プラスチックディッシュ（直径6 cm）

1 cm
カプセル製造直後

1日後

2日後

5日後

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新技術2：線虫カプセル

想定される用途• 研究試料、実験・観察教材として、良好な状態の線虫を提供する線虫供給サービス• 研究者向け線虫カプセル作製キット• 病害線虫防除における不妊線虫散布• 制約環境下で線虫を用いる宇宙生命科学実験など

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新技術2：線虫カプセル

本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：線虫封入カプセル、線虫封入カプセルの製造方法、および、線虫封入カプセルの用途• 出願番号 ：特願2021-199634• 出願人：量子科学技術研究開発機構• 発明者：鈴木 芳代• 発明の名称 ：線虫封入カプセル、線虫封入カプセルの製造方法、および、線虫封入カプセルの用途• 出願番号 ：PCT/JP2022/045039• 出願人：量子科学技術研究開発機構• 発明者：鈴木 芳代22

新技術1：池ぽちゃアッセイ
新技術2：線虫カプセル

企業への期待• 池ぽちゃアッセイ用プレートや線虫カプセルの製品化に向けて、生物培養技術、アルギン酸ナトリウム（カプセルの材料）製造技術、実験教材企画・開発実績などを有する各企業との連携を希望• 池ぽちゃアッセイを用いた生体試料や環境試料の検査、農薬スクリーニングについては、当該試料を用いた十分な試験により検査精度の評価を的確に行うことができる企業との連携を希望
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産学連携の経歴• 2012年• 2018年

Biocosm株式会社とPDMSマイクロチップの共同開発を実施
線虫保定用PDMSマイクロチップ「WormSheet」発売（Biocosm社）

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お問い合わせ先
量子科学技術研究開発機構
イノベーションセンターまでお願いします
ＴＥＬ ： 043－206－3027
ＦＡＸ ：043－206－4061
e-mail：chizai＠qst.go.jp
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