[論文レビュー] Critical analysis of data concerning Saccharomyces cerevisiae free-cell proliferations and fermentations assisted by magnetic and electromagnetic fields

Jordan Hristov, Victor Haber Pérez|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2011

Magnetic and Electromagnetic Effects参考文献 83被引用数 35

ひとこと要約

本稿は、マグネティック・エレクトロマグネティック場（MEF）がフリー細胞培養における*Saccharomyces cerevisiae*に与える影響に関する文献を批判的にレビューし、成長抑制とバイオマス・代謝産物産生の増強という相反する結果を分析する。本稿では、これらの影響を統一するための磁気的誘導マイクロダイナモの新概念を提唱し、MEF支援酵母増殖および発酵のメカニズム的枠組みを提示する。

ABSTRACT

The review analyses studies on magnetically assisted proliferations and batch fermentations with Saccharomyces cerevisiae yeasts. The results available in the literature are contradictory and show two tendencies: magnetic field suppression of the cell growth and positive effects in batch fermentation with increasing both biomass and metabolite production. The amount of data analyzed allows several concepts existing in the literature to be outlined and critically commented. Further, a new concept of magnetically induced micro-dynamos, recently conceived, is developed towards a unified explanation of the results provided by proliferation and batch fermentation experiments

研究の動機と目的

• 磁気および電磁場（MEF）が*Saccharomyces cerevisiae*フリー細胞増殖およびバッチ培養に与える影響に関する文献に含まれる矛盾する報告を体系的に評価し、解明すること。
• MEF支援酵母増殖および代謝産物収量に関する報告データに繰り返し現れるパターンと矛盾点を特定すること。
• 実験で観察された刺激的および抑制的効果を説明できる統一的理論的枠組み（磁気的誘導マイクロダイナモ）を構築すること。
• MEF-生物学的相互作用の文脈において、既存の実験的手法およびデータ解釈の批判的評価を行うこと。
• 研究ギャップを特定し、物理的および生物学的応答を統合するメカニズムを提示することで、今後の研究の基盤を提供すること。

提案手法

• MEF露出が*Saccharomyces cerevisiae*バッチ培養およびフリー細胞増殖に与える影響に関する88編の査読済み論文を体系的に収集・分析すること。
• 実験的結果を2つの主要な傾向に分類する：MEF露出下での成長抑制、およびバイオマスおよび代謝産物の増強。
• 化学物理学および生物学的物理学の原則を応用し、細胞レベルにおける電磁気的相互作用を解釈すること。
• MEF露出下における酵母細胞内でのエネルギー変換の物理的メカニズムとして、磁気的誘導マイクロダイナモの概念を提唱すること。
• 現象論的モデリングを用いて、フィールドパラメータ（周波数、強度）と観察された生物学的反応との相関を分析すること。
• 研究全体を要約する5つの表および5つの図に含まれるデータを統合し、実験条件と結果を要約すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気および電磁場（MEF）が*Saccharomyces cerevisiae*増殖および発酵に与える報告された影響の主な傾向は何か？
• RQ2 なぜ一部の研究ではMEF露出下で酵母増殖が抑制されるのに対し、他の研究ではバイオマスおよび代謝産物産生が促進されるという報告があるのか？
• RQ3 MEF支援酵母培養で観察された相違する結果を説明できる統一的物理的メカニズムは存在するか？
• RQ4 電磁場パラメータ（周波数、強度、露出時間）は、生物学的結果を決定づける役割を果たしているのか？
• RQ5 磁気的誘導マイクロダイナモの概念は、観察された代謝および増殖活性の変化をどのように説明できるのか？

主な発見

• 文献には矛盾する結果が含まれる：一部の研究ではMEF露出下で*Saccharomyces cerevisiae*の細胞増殖が抑制されるのに対し、他の研究ではバイオマスおよび代謝産物収量が増加するという報告がある。
• 特定のMEF条件下ではバッチ発酵においてエタノールおよびバイオマス産生が増加するという報告が多数あり、刺激的効果が示唆される。
• 磁気的誘導マイクロダイナモの概念は、局所的エネルギー変換を通じて刺激的および抑制的効果を説明できる潜在的な物理的メカニズムを提供する。
• 本レビューでは、MEF効果を解釈する際の曖昧さを助長する実験設計およびデータ報告の不整合が特定された。
• 周波数や強度といったフィールドパラメータは生物学的結果に顕著に影響を与えるが、最適条件はまだ明確に定義されていない。
• 化学物理学および生物学的物理学の原則の統合は、酵母代謝および増殖に及ぼす非熱的MEF効果を理解するための妥当な道筋を提供する。