| Project/Area Number |
22K03906
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
中井 唱 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (80452548)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 知伸 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (00260654)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 細菌 / 走化性 / べん毛 / 方向転換 / 誘引物質 / 忌避物質 / マイクロ流体 |
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| Outline of Research at the Start |
細菌は螺旋型のべん毛を回転させて泳ぎ、好ましい化学物質（誘引物質）を検知し遊泳方向を転換することで、誘引物質が高濃度の領域に集まる性質を持つ。本研究では走化性による細菌の集積度合の正確な予測を目指した計測および数値解析を行う。これまでの知見「誘引物質への応答は遊泳方向転換の頻度だけでなく、方向転換の角度にも表れる」「誘引物質や細菌の種類による走化性の違いの定量化」を基に、本研究では下記を実施する。
①誘引物質濃度場の可視化および細菌による誘引物質の消費量の計測
②細菌の遊泳方向転換の頻度および角度と誘引物質濃度勾配との関係調査
③誘引物質の消費を考慮した細菌集積の数値計算および観察との比較
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| Outline of Annual Research Achievements |
A.周毛性細菌の走化性における方向転換角度および位置：細菌は好ましい化学物質を検知し遊泳方向を変えることで、より高濃度の領域に集まる性質（走化性）を持つ。毛細管の先端から誘引物質L-セリンが同心円状に拡散する環境下で、周毛性細菌である大腸菌E.coli K12について走化性の計測を行った。誘引物質の高濃度領域へ向かう遊泳時に、方向転換の頻度の低下および方向転換角度の減少が観測された。さらに、方向転換する位置が、毛細管先端から60～80μmの領域に限定される細菌がいることが分かった。このことは、細菌が濃度勾配の正負（近づくか遠ざかるか）でなく、濃度勾配の大小をも検知していることを示唆している。
B.誘引物質の濃度勾配による走化性の差異：上記A.の毛細管を用いた手法では、空間の1点から誘引物質が3次元的に拡散する濃度勾配が形成される。これに対し、寒天入りの誘引物質溶液をガラス上に滴下して固めると、数mmサイズの壁状の誘引物質が、空間内を1方向に拡散する濃度勾配が形成される（agar-drop法）、濃度勾配は毛細管法に比べて非常に小さい。単毛性細菌V.alginolyticus YM4のL-セリン・L-アラニン・グリシンに対する走化性を、上記2種類の方法で計測した。毛細管法ではセリンの方がアラニン・グリシンより集まりやすかったが、agar-drop法ではアラニン・グリシンの方がセリンより集まりやすいという逆の結果となり、誘引物質の種類によって細菌の感度が良い濃度域が異なることが分かった。
C.毛細管の加工による走化性計測の簡便化：顕微鏡下でニクロム線を微細操作する事で毛細管を曲げ加工し、従来よりも薄型（600->150μm）の走化性プレパラートを作成した。遊泳する細菌の顕微鏡像が明確になり、遊泳軌跡などの計測が簡便になった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初は2022-2024年度の3年間で下記①②③を実施する予定であった。
①誘引物質濃度場の可視化および細菌による消費の計測
②細菌の遊泳方向転換の頻度および角度と誘引物質濃度勾配との関係調査：誘引物質存在下での細菌の方向転換頻度・角度を詳細に計測。誘引物質や細菌の種類を変え、挙動の違いを明らかにする。
③誘引物質の消費を考慮した細菌集積の数値計算および観察との比較：従来の数理モデルを基に、①②で得られた各条件での細菌の挙動から数理モデルを再構築し、細菌の集積具合を観察と比較する。
①については、誘引物質の染色についての情報収集中であり進捗は鈍いが、同一の誘引物質でも濃度場により走化性が大きく異なる事がわかり、今後の展望が見込まれる。②については着実にデータが集まっており、進捗は十分と言える。また毛細管の加工により誘引物質の様々な濃度勾配が作成できる見込みである。③については情報収集中であり、2024年度に着手予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
毛細管法、agar-drop法それぞれで濃度場を蛍光色素を用いて可視化し、濃度の絶対値と走化性との関係を調査する。また、毛細管の加工により誘引物質の湧き出し領域を変化させて様々な濃度勾配を作成し、走化性計測を行う。また、当初の実施項目③については、関連する論文をもとに、数理モデルの構築を開始する。
毛細管を用いた走化性計測（研究実績の概要の項目A）では、毛細管先端に1MのL-セリンを充填した実験を行ったが、毛細管先端付近での方向転換は少なく、先端から50μm離れた位置での方向転換が多く見られる結果となった。この事は、誘引物質の濃度勾配の大小によって細菌の走化性が異なることを示唆しており、L-セリンの濃度を変化させて計測を行う予定である。
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