従来法：寒天平板培養（24〜48時間）
核酸検出：PCR・リアルタイム定量
本研究：96ウェルプレート蛍光測定
独自開発の金ナノ粒子プローブ法とマイクロプレートリーダー法により、従来24〜48時間要していた細菌検査を1〜2時間以内に完了します。*微生物濃度による
対象：E. coli（大腸菌）/ 大腸菌群 / 腸球菌 / 緑膿菌 ― その他細菌種・薬剤耐性菌は要相談。
*細菌濃度による
PCRプライマー（逆相補鎖）を修飾した5 nm金ナノ粒子（AuNP）を使用。ターゲット核酸の有無によって溶液が赤色↔青色に変化する比色原理を応用し、混合・加熱・測定の3ステップ約5分で定量します。
検出したい核酸（細菌・ウイルスのDNA/RNA）が存在すると溶液が赤色を保ち、存在しない場合は青色に変化します。この色の違いを光学的に読み取るだけで、約5分で定量が完了します。
従来のRT-qPCR法と同等の精度（R2 = 0.83）を持ちながら、測定時間は大幅に短縮。下水処理場の実サンプルや臨床検体（SARS-CoV-2）での検出実績があり、特異性・定量性ともに確認されています。また、水質基準項目の測定に使われる紫外可視分光光度計がそのまま利用できるため、新たな機器投資が不要です。
蛍光強度の経時変化（10分ごとの増加速度）を監視し、大腸菌の対数増殖開始時間を指標に濃度を定量します。抗菌薬の有無を比較することで薬剤耐性比率も同時に評価。96ウェルプレート対応で高スループット処理が可能です。
蛍光強度の経時変化 ― 濃度が高いほど対数増殖開始が早い
蛍光強度の変化パターンを独自アルゴリズムで解析し、細菌が増殖を開始するタイミングを自動で検出します。このタイミングが早いほど元のサンプル中の菌数が多いことを意味し、定量値へと変換されます。
抗菌薬の有無で2条件を比較することで、サンプル中に含まれる耐性菌の比率を定量的に評価できます。複数の処理場の実サンプルを用いた検証では、施設間・薬剤間の差異を明確に可視化することに成功しています。
検査速度・対応細菌種・薬剤耐性評価の全項目で従来法を上回ります。
| 評価項目 | 寒天平板培養法 | ✦ 本研究の蛍光プローブ法 |
|---|---|---|
| 対応細菌種 | 大腸菌・大腸菌群 限定的 |
大腸菌・大腸菌群・腸球菌・緑膿菌・黄色ブドウ球菌・サルモネラ等（拡張対応） ◎ 多種対応 |
| 検査時間 | 24〜48時間 ✕ |
1〜2時間 ◎ 最速 |
| 薬剤耐性評価 | ✕ 不可 | ◎ 対応（4抗菌薬実証済み） |
| 自動化適性 | ✕ 低い | ◎ 優秀（96ウェル対応） |
| 現場利用 | ✕ | ◎ ポータブル化開発中 |
迅速・低コスト・高スループットという特長が、多様な現場での展開を可能にします。
水道水・下水処理場での大腸菌・病原微生物のリアルタイムモニタリング。開発途上国でもポータブルキットで展開予定。
製造・加工ライン上でのリアルタイム細菌検査。工程間の在庫コストを削減し、出荷前の迅速な安全確認を実現します。
活性汚泥中のアンモニア酸化細菌（AOB）のリアルタイム定量により、処理効率の把握と最適化を支援します。
北海道大学の研究グループとのデータ共有・共同解析を通じて、現場サンプルの分析精度向上や新規検出対象への応用展開を進めています。
北海道大学・佐藤博士らの研究グループによる主要論文です。
※ 特許出願：JP + PCT 10件以上（水・食品環境向け微生物・金属イオン検出・制御技術）
大腸菌・大腸菌群・腸球菌・緑膿菌の迅速検査を無料で提供中（研究目的）。水質・食品等の衛生管理にご活用ください。