細菌の持久能力とその多様性の解明：最大遊泳航続時間を実測する

• Project/Area Number: 23K21165
• Project/Area Number (Other): 21H02096 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38020:Applied microbiology-related
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 八幡 穣 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (10586457)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高部 響介 筑波大学, 生命環境系, 助教 (60821907)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2025: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2021: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 海洋細菌 / マイクロ流体デバイス / ビデオ顕微鏡 / 画像解析 / 海洋生態学 / 遊泳運動 / 微生物生態学 / 海洋微生物 / 持久力 / 遊泳

Outline of Research at the Start

多くの細菌は遊泳に必要な鞭毛遺伝子を持っており、実験室で培養して顕微鏡観察すれば、活発に遊泳する様子を観察することができる。こうした遊泳能力は宿主への感染や物質表面への付着といった様々な細菌の活動に重要である。本研究では、実際の現場・実環境(in situ)で細菌がどれだけ長い時間遊泳を続けていられるのか、つまり細菌の「細胞持久力」とその多様性の解明を目指し、栄養の乏しい実環境で細菌が泳ぎ続けることのできる時間を測定する。

Outline of Annual Research Achievements

多くの細菌は遊泳に必要な鞭毛遺伝子を持っており、実験室で培養して顕微鏡観察すれば、活発に遊泳する様子を観察することができる。こうした遊泳能力は宿主への感染や物質表面への付着といった様々な細菌の活動に重要である。一方で、海や湖といった実際の環境中で、細菌がどれほど実際に遊泳しているのかは不明な点が多い。これは、遊泳にはエネルギーが必要（主に遊泳に必要な鞭毛の合成と維持に）であるのに対して、海や湖といった実際の水圏環境は栄養に乏しいためである。本研究では、実際の現場・実環境（in situ）で細菌がどれだけ長い時間遊泳を続けていられるのか、つまり細菌の「細胞持久力」とその多様性の解明を目す。このために栄養の乏しい実環境で細菌が泳ぎ続けることのできる時間を測定する手法を開発し、さまざまな細菌種のあいだで体系的な比較を行う。昨年度年度は、細菌を日単位で安定した遊泳状態に保つマイクロ流体デバイス装置の試作を行う。具体的には微生物の遊泳行動を長時間にわたって安定的に顕微鏡観察できる新規なマイクロ流体デバイス装置を設計、製作、試験と、顕微鏡制御ソフトウエアにより自動的にビデオ撮影し、海洋細菌の遊泳行動を長時間にわたって記録するシステムを構築した。本年度は、昨年構築したシステムを用いて、4種類の海洋細菌について、遊泳行動を集団全体が遊泳を停止するまで追跡し、遊泳停止時間を推定するための基礎的なデータを得た。この解析の結果から、海洋細菌には、数時間程度で遊泳を停止する種と、日単位で遊泳を継続できる種に大きく分かれることが見いだされた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

理由
計画項目１，２,　３とも所期の成果が得られている。

Strategy for Future Research Activity

次のステップとして、長時間の遊泳行動に伴い、遊泳速度や方向転換の頻度がどの様に変動するのかを画像解析により定量する。

Research Products

• [Presentation] 微生物の採餌行動とその多様性 (2022)
  • Author(s): 八幡 穣
  • Organizer: 第35回日本微生物生態学会
• [Presentation] Differentiated endurance strategies among motile bacterial foragers (2022)
  • Author(s): Katsuki Hara, Yiyun Zhang, Tomohiro Hirayama,Kyosuke Takabe, Nobuhiko Nomura, Yutaka Yawata
  • Organizer: Internationall Society of Microbial Ecology 18th Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 海洋細菌の遊泳持久力の多様性とそのメカニズム (2022)
  • Author(s): Katsuki Hara, Yiyun Zhang , Tomohiro Hirayama, Yuka Iwai, Kyosuke Takabe, Ryosuke Fukuda, Nozomu Obana, Nobuhiko Nomura, Yutaka Yawata
  • Organizer: 日本農芸化学会2023年度大会
• [Presentation] 様々な時間時と微生物の行動生態 (2021)
  • Author(s): 八幡 穣
  • Organizer: 日本微生物生態学会第34回大会
  • Invited
• [Presentation] 微生物の行動生態学 とライブ可視化技術 (2021)
  • Author(s): 八幡 穣
  • Organizer: 新学術領域研究 超地球生命体を解き明かすポストコッホ機能生態学 第１回 公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 海洋細菌の遊泳持久力の実測とその多様性の解明 (2021)
  • Author(s): 原克樹、Zhang Yiyun,平山智宏、高部響介、八幡 穣
  • Organizer: 日本微生物生態学会第34回大会
• [Remarks] 八幡研究室
• [Remarks] 八幡研究室