2015 Fiscal Year Annual Research Report
細菌のダイナミックな細胞骨格：その動作原理を求めて
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15H03712
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
和田 浩史 立命館大学, 理工学部, 准教授 (50456753)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 良巳 横浜国立大学, 環境情報研究科(研究院), 准教授 (10315830)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 細胞骨格 / 弾性リボン / バクテリア / 複合材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究計画の初年度である本年度は、おもに二つの方向から研究を行った。ひとつは、スパイロプラズマ細胞のらせん形を特徴づける膜-細胞骨格系のモデルとして，やわらかいチューブの内壁に，弾性リボンが固く張りついた複合構造を考え，リボンのねじれや収縮といった変化に対して，複合材全体の構造がどのように変化するのかを、構造力学的な視点から理論的，数値的に解析した。この複合材はさまざまならせん形状をとるが、そのピッチ角がリボンの収縮率やねじれ率にどのように依存するのかを明らかにした。さらに、この複合材では、スパイロプラズマにみられるキンクの形状まで再現することがわかった。実際の菌体がもつらせん形状を実験的に定量化（ピッチ角や半径など）すれば、そこからリボンの収縮率やねじれの周期などをこのモデルにもとづいて算出することが出来る。この実験は，現在，連携研究者である宮田教授の研究室（大坂市立大）にて進行中である。モデルと理論計算による成果は現在，国際誌にて査読中である。細胞骨格をなすリボンがどのようにしてねじりを生み出し収縮するのか，という中心的な問題は未解明であり，次年度の研究課題である。
もうひとつは、リボンの力学的性質をマクロな実験とモデル計算から明らかにする研究を行っている。これは分担研究者の田中准教授（横浜国立大）と行っており，ねじれとひっぱり（圧縮）をうける弾性リボンの座屈不安定性や塑性変形を、理論，シミュレーション、およびマクロ実験から明らかにした。この成果も国際誌において査読中である。
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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
本年度は、研究計画の初年度にあたるが、およそ予定していた通りの成果を得ることが出来た。本年度に得られた成果はどちらも論文としてまとめ、現在、学術論文誌において査読中である。申請書では、初年度の課題の一つとして，スピロプラズマの力学特性を光トラップなどの微小操作技術を使って測定し（連携研究者の担当），その解析や理論モデルとの比較などを行うことで、生きた菌体と死んだ菌体の剛性率の変化を検出するということを提案していた。しかし、その後の予備的な計算から，この差異は実験的な検出限界を下回ることが予想されたため、この計画は中止した。かわりに、リボンそのものの幾何学的、力学的なユニークさを特徴づけるマクロ実験と計算を新たに計画し、それを遂行した。その結果、大変興味深い結果がえられている。一方，課題研究の主目的であるスピロプラズマの構造の仕組みについては、リボンの収縮率やねじれ率と、全体のらせん構造のピッチ角を結びつける理論モデルを提案し，それを解析するところまで完遂することができた。以上により、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究計画は順調に推移しているので，申請書にあるとおり、次年度も継続して研究を行っていく。とくに連携研究者である宮田教授（大坂市立大）においてスピロプラズマの構造解析の新しいデータが揃いつつあるので，これを重要なヒントとして，スピロプラズマ細胞のらせん形状の発現、維持、調整の仕組みをメカニカルな視点から明らかにするフルモデルを提案する理論研究を推進していく。
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