2020 Fiscal Year Research-status Report
細菌の個体運動特性に基づく数理モデルと集団運動観察の対比による走化性の定量化
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18K03950
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
後藤 知伸 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (00260654)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中井 唱 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (80452548)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 細菌 / 走化性 / べん毛 / 方向転換 / 誘引物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
毛細管先端から誘引物質が拡散する環境下において，異なる誘引物質へのサルモネラ菌の集積度合いを調べた．用いた誘引物質はセリンとアスパラギン酸である．
まず，毛細管周りの一定範囲に集まる細菌数を比較した．毛細管に詰められた誘引物質の濃度を上げていくと，細菌が早く集まるようになる．一方，一定の濃度以下では，細菌は集まらない．また，同じ濃度10^(-2)Mでも，アスパラギン酸にはセリンの1/5の時間で細菌が集積する．このとき，細菌の泳ぐ速さにはそれほどの差は見られない．
次に，毛細管先端からの距離と細菌数密度の関係を調べた．数密度はアスパラギン酸の方が毛細管先端近くにおいて高くなる．また，数密度分布がほぼ一定となる距離は，アスパラギン酸の方が大きい．
これらのことと細菌単体の運動との関係を調べるために，以下に挙げる２つの仮説に基づいて，細菌単体の運動を調べた．1細菌が応答を示す最低濃度（検知限界濃度）が誘引物質によって異なる：細菌が走化性を示す毛細管先端からの距離が異なる，2運動が誘引物質や濃度によって異なる：細菌単体の運動が異なる．
これまでに開発した数理モデルを用いたシミュレーション結果と観察結果を比較した．モデルに含まれる細菌単体の走化性の強さを細菌単体の運動軌跡や細菌分布を用いて見積もったところ，誘引物質の違いや濃度によらずにほぼ同じ値となった．このことから，観察において見られる集積度合いの差異は，細菌単体の運動が異なるのではなく，検知限界濃度の違いによるものと考えられる．
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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
当初は4年間で(A)個々の細菌運動特性の把握，(B)数理モデルの作成，(C)走化性の強さの計測，を行う予定であった．(C)については，毛細管を用いた方法がほぼ確立してきており，細菌と誘引物質の組み合わせを変更した走化性の強さの指標として，細菌の集積時間，細菌分布を用いている．(A)については，検知限界濃度が重要であることが強く示唆されているが，定量的に把握するには至っていない．また，これまでに開発した数理モデルには考慮されていない方向転換時の角度に指向性が見られることが別途わかってきており，(B)のモデルの作成には，このことを組み入れる必要があるものと予想される．当初予定とは研究の方向性が少し異なってきているが，新たな知見が蓄積されていることから，上記のように判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
菌個体の運動パラメータ（速度，直進運動の長さ，方向転換角度）にはバラつきが含まれており，現時点では，走化性の強さを決める単独の運動パラメータは見つかっていない．しかし，方向転換時の角度に指向性が見られるというデータが得られつつあるので，この点について詳しく調べる．その際，誘引物質を変えたり，同じ運動様式をもつ大腸菌についても計測を行う．そして，これらの結果を数理モデルに組み込んだシミュレーションを行い，観察結果との対比を行う．
また，運動様式の異なるビブリオ菌を用いた計測にも着手しており，サルモネラ菌のデータとの比較を行う．ただし，細菌が異なるとき，運動様式のみでなく運動速度や一回の直進運動の長さも異なるため，有意な比較を行うには適当な無次元化が必要となることが予想されるので検討を行う．
現在は顕微鏡下において２次元的な計測を行っているが，細菌個体の運動を計測するには，３次元運動を捉える必要もある．被写界深度が大きくないことを利用した３次元計測を試みる
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| Causes of Carryover |
予定していた出張を取り消したため．計測に必要な消耗品などの購入に充てる．
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