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Koseki Shigenobu

Research Faculty of Agriculture Fundamental AgriScience Research Bioresource and Environmental EngineeringProfessor
Institute for Academic InnovationProfessor

Researcher basic information

■ Nickname etc.
  • Shige Koseki
■ Degree
  • 博士(農学), 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
Researcher number
  • 70414498
ORCID IDResearcher ID
  • J-8317-2012
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • 予測微生物学
  • 数理モデル
  • 予測モデル
  • 殺菌
  • 適合溶質
  • 確率論
  • 代謝阻害
  • アミノ酸
  • 細菌
  • 増殖阻害
  • 食品品質
  • 食品
Research Field
  • Life Science, Food sciences, 食品工学,食品安全
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Jul. 2020 - Present
    Hokkaido University, Research Faculty of Agriculture, Professor
  • Aug. 2013 - Jun. 2020
    Hokkaido University, (連合)農学研究科(研究院), 准教授
  • Apr. 2003 - Jul. 2013
    National Agriculture and Food Research Organization
  • Mar. 2010 - Mar. 2011
    タスマニア大学農学部, 客員研究員
  • Apr. 1998 - Mar. 1999
    三栄源エフ・エフ・アイ株式会社
Committee Memberships
  • Mar. 2018 - Present
    Joint FAO/WHO Expert Meeting on Microbiological Risk Assessment (JEMRA), Member, Government
  • Apr. 2016 - Present
    内閣府食品安全委員会, 評価技術ワーキンググループ, Government
  • Oct. 2013 - Present
    内閣府食品安全委員会, 微生物・ウィルス専門調査委員会, Government

Research activity information

■ Awards
  • Mar. 2010, 第14回 安藤百福賞 発明発見奨励賞「食品における有害微生物の増殖および死滅の予測:数理モデルと情報技術の活用」
    小関 成樹
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Syllabus
  • 食品・循環農業システム工学特論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 食品加工工学特論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 農学フロンティア総論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 食資源生産論, 2024年, 修士課程, 国際食資源学院
  • 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 食品安全・機能性開発学特論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 食品安全・機能性開発学特論演習, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 一般教育演習(フレッシュマンセミナー), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 農産物・食品加工工学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 農産物・食品加工工学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 材料力学, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 材料力学演習, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 物理学概論, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 一般教育演習(フレッシュマンセミナー), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
■ Affiliated academic society
  • Editorial board member, Applied and Environmental Microbiology
  • Editorial board member, International Journal of Food Microbiology
  • Editorial board member, Journal of Food Protection
■ Research Themes
  • Why can microorganisms withstand drying? Elucidation of drying adaptation mechanism by glass transition of microbial cells
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    05 Apr. 2021 - 31 Mar. 2024
    小関 成樹
    乾燥食品(環境)において微生物が長期間にわたり生残するための乾燥ストレス耐性を獲得するメカニズムを,微生物細胞のガラス転移現象に焦点を絞り,その物理的状態の変化の観点から明らかにする。食中毒細菌の制御から有用細菌の安定保存までを可能とする科学的な基盤を構築することを目的とする。具体的には以下の3つの研究課題について取り組む。
    初年度は、研究対象を従来の細菌だけから,真菌類(カビ,酵母)や細菌芽胞に拡大して,ガラス転移温度(Tg)と水分活性(aw)との関係を昇温レオロジー測定によって明らかにした。また,得られたTgと保存中の生残に及ぼす影響を明らかにする。具体的には乾燥食品の食中毒原因として主要なサルモネラ属菌およびその近縁種の代替細菌としてCronobacter sakazakii など様々な食品の腐敗および変敗の原因となる細菌芽胞について検討した。
    また、乾燥耐性が高く,食品産業において重要な細菌 Cronobacter sakazakiiと酵母を用いて、様々なawに調節した試料の分子ダイナミクス(mean square displacement, MSD)を幅広い温度範囲で測定した。また,研究室既設の温度変調FT-IRを用い,各試料の分子間相互作用変化をガラス転移と水和レベルの観点から検討した。さらに、従来よりも高感度かつ広い温度範囲で微生物のガラス転移を検出可能な方法として,直列型昇温レオロジー測定を構築した。モデル試料としてアルブミンを用い,装置の効果を検証した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 21H04710
  • Glass transition of bacterial cells induced by desiccation stress: Investigation of physical properties of bacterial cells for clarifying the mechanism of bacterial stability and inactivation
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
    Koseki Shigenobu
    Drying is one of the effective techniques of food preservation and it is widely used in the world for long period of time. Dry stress suppresses microbial metabolic activity by reducing free water in foods that is available for microorganisms. In particular, bacteria are known that it is difficult to keep activity in low water activity (aw) foods, although foodborne illness caused by dried foods have been occurring worldwide. The reason why bacterial cells survive under low aw environment has not been unclear. To clarify the cause of resistance of pathogenic bacterial cells to low aw stress, this study focused on glass transition phenomenon, which is changes in physical properties of bacterial cells, instead of conventional biochemical approaches.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 18H02148
  • 食物消化過程におけるカンピロバクターの生残特性を基盤とする新たな用量反応モデルの開発
    食品健康影響評価技術研究
    2018 - 2019
    小関成樹
    内閣府, Principal investigator, Competitive research funding
  • Mechanism of antibacterial effect of eseential amino acid(Fostering Joint International Research)
    Grants-in-Aid for Scientific Research Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research)
    2016 - 2018
    Shigenobu Koseki; Ross Tom; Koutsoumanis Kostas
    The aim of the present study was to elucidate the mode of action of D-Trp as an antibacterial agent. We investigated two different hypotheses: D-Trp is incorporated into bacteria and acts intracellularly, or D-Trp acts outside the bacterial cell and inhibits membrane function. E. coli incorporated D-Trp added to the culture medium regardless of the subsequent growth effect. Similar amounts of E. coli metabolites were detected when incubated under the growth-promoting condition of 3% NaCl and the growth-suppression condition of 3% NaCl with 40 mM D-Trp. By contrast, guanosine 3′,5′-bisdiphosphate was only detected under the growth-suppression condition. However, once E. coli cells with D-Trp-induced growth suppression were transferred to a proliferative environment, proliferation was only suppressed in the environment with specific extracellular concentrations of NaCl and D-Trp. We conclude that D-Trp influences membrane function to exert its antimicrobial effects.
    Japan Society for the Promotion of Science, Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research), Hokkaido University, 15KK0267
  • 必須アミノ酸による食品有害細菌の増殖抑制効果:作用機構の解明と予測モデルの開発
    科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
    2015 - 2018
    小関成樹
    文部科学省, Principal investigator, Competitive research funding
  • Control of pathogenic bacterial growth by using amino acid: Investigation of the working mechanism
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    01 Apr. 2014 - 31 Mar. 2017
    Koseki Shigenobu
    The present study firstly aimed at clarifying the effect of osmotic pressure induced by different osmolytes such as sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), and sucrose. Even at the same level of osmotic pressure, D-Tryptophan with NaCl significantly inhibited growth of Escherichia coli the most, compared with KCl and sucrose. Growth inhibition/no growth inhibition boundary conditions as a function of D-tryptophan and NaCl concentrations was clarified by a logistic regression model. The higher NaCl concentration, the lower D-tryptophan concentration was needed. Furthermore, we examined the effect of working temperature ranging from 15 to 46°C on the bacterial growth inhibition induced by D-tryptophan. The higher the reaction temperature, the more rapidly viable E. coli numbers were decreased. The results obtained in the present study would significantly contribute to the development of a novel bacterial growth control strategy using D-tryptophan.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, Principal investigator, Competitive research funding, 26450173
  • 損傷菌の発生機序の解明と検出・制御技術の開発
    食品の安全性と動物衛生の向上のためのプロジェクト
    2013 - 2017
    稲津康弘
    農林水産省, Competitive research funding
  • Let's take advantage of bacterial adaptability to environmental stress: High quality and safe food production by using uptake incompatible solute into bacterial cell
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    28 Apr. 2011 - 31 Mar. 2015
    KOSEKI Shigenobu
    Under osmotic stress, bacterial cells uptake compatible solutes such as glycine-betaine to maintain homeostasis. It is unknown whether there are incompatible solutes that are similar in structure to compatible solutes but have adverse physiological effects on bacterial physiology. The objective of this study was to evaluate solute incompatibility of various amino acids against bacterial growth. Twenty-three amino acids with L and/or D isomers were examined for the effect of bacterial growth inhibition. Among the various amino acids examined, D-tryptophan (~40 mM) in PYG broth supplemented with 0 to 4% (w/v) salt inhibited the growth of Listeria monocytogenes, Salmonella enterica, and Escherichia coli O157:H7 at 25°C. These results demonstrate that the uptake of D-tryptophan as an incompatible solute during osmotic stress may inhibit bacterial growth. The antibacterial effect of D-tryptophan demonstrated in this study suggests that D-tryptophan could be used as a novel preservative.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構->北海道大学, Principal investigator, Competitive research funding, 23780150
  • 低水分含量食品中における食中毒細菌(サルモネラ、腸管出血性大腸菌)の菌数変動および生存確率予測モデルの開発
    食品健康影響評価技術研究
    2014 - 2015
    小関成樹
    内閣府, Principal investigator, Competitive research funding
  • 殺菌効果と食品品質との最適化:確率論的安全ゾーン理論と殺菌最適化システムの構築
    科学研究費助成事業 若手研究(A)
    2009 - 2012
    小関 成樹
    近年,食品の安全性を確保する手法として,「リスク」の概念の導入が進みつつある。リスク概念から生まれた新たな概念として,フードチェーン全体を考慮するFood Safety Objective(FSO)が提案されている。本研究ではFSOに対応可能な新たな殺菌評価手法を開発することを目的として,殺菌効果の評価を従来の速度論的な評価から,確率論的な評価へ転換する。さらに,確率論的な評価の中で、殺菌処理によりネガティブな効果を受ける品質の評価を取り入れて,品質面と殺菌効果との最適化を図るための新たな概念として,安全性をゾーンとして捉えるStatistical Safety Zone(SSZ,確率論的安全ゾーン)理論を提案する。本年度は加熱殺菌の指標菌としてC.sporogens, B.subtilisおよびB.coagulansについて検討した。加熱温度,加熱時間,pH,水分活性といった基本要因が殺菌効果に及ぼす影響を明らかにして,新たな確率論的な殺菌予測モデルを開発するための基礎データを蓄積した。取得データは死滅確率(殺菌成功)をロジスティック回帰分析によって,多数の要因を組み込んで記述する数理モデルへと発展させることを可能とする。さらに、本年度は導入したレトルト殺菌機を用いて加熱方式の違いによる殺菌効果の違いについても明らかにして、それらの差異を従来殺菌の指標として用いられてきたF値による評価との関係を明らかにして、新たな評価手法開発の基盤を構築した。
    日本学術振興会, 若手研究(A), 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, Principal investigator, Competitive research funding, 21688010
  • 予測微生物学的解析手法を用いた微生物学的リスク評価システムの開発
    食品健康影響評価技術研究
    2007 - 2009
    小関成樹
    内閣府, Principal investigator, Competitive research funding
  • 養液栽培におけるオゾン水による微生物制御と生産安定技術の開発
    先端技術を活用した農林水産研究高度化事業
    2007 - 2008
    谷岡 隆
    農林水産省, Competitive research funding
  • Investigation of factors on bacterial inactivation by non-thermal processing and development of predictive model for estimating bacterial inactivation
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    2006 - 2008
    KOSEKI Shigenobu
    非熱処理の一つである高圧処理における殺菌効果に及ぼす種々の環境要因を定量的に評価して,従来の死滅曲線を求めるモデル化手法とは異なる殺菌効果予測モデルを実際の食品系において開発した。また,高圧処理によって生ずる損傷菌の回復を制御するために,高圧処理後に温和な加熱処理を施す手法を開発した。さらに,損傷回復制御条件の最適化のための数理モデルを開発し,必要に応じた処理条件の選定を可能とした。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), National Agricultural Research Organization, Principal investigator, Competitive research funding, 18780106
  • 強酸性電解水を用いた青果物の殺菌および青果物における食中毒細菌増殖モデルの開発
    科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
    2003 - 2004
    小関 成樹
    本研究は希薄な食塩水を電気分解することによって得られる強酸性電解水の殺菌力と,青果物の微生物増殖過程とに注目して,以下の3点を目的としている.
    1)強酸性電解水の殺菌効果を,青果物に接種した食中毒細菌に対する微生物学的な試験と共焦点レーザー蛍光顕微鏡(CLSM)による視覚化によって検討し,強酸性電解水の青果物における作用機構を明らかにする.
    2)強酸性電解水の新たな利用方法として,電解水氷の有効な活用方法を開発する.そのために,電解水氷の殺菌特性および冷却特性を明らかにする.
    3)強酸性電解水あるいは電解水氷によって殺菌した青果物の安全性を確保しつつ流通させるために,予測微生物学の手法を用いて,青果物の保存中における食中毒細菌増殖予測モデルを開発する.
    の以上3項目であるが,本年度はE.coli O157:H7をはじめとする種々の食中毒細菌青果物に接種し,青果物上での食中毒菌の増殖特性について検討した.一定温度条件下における増殖についての予測モデルの開発をした.さらに,変動温度条件にも対応できる予測モデルを開発して,実際の流通中の温度履歴からレタス上の食中毒細菌の増殖を精度良く予測することができた.この成果によって,温度履歴を測定することでその野菜における微生物学的な安全性を推定,評価することが可能になった.これらの結果はInternational Journal of Food Microbiologyに2報投稿し,受理され現在印刷中である.
    以上のように,本年度の研究実施状況は当初の計画通りに順調に進捗した.
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 独立行政法人食品総合研究所, 03J01477