2019 Fiscal Year Research-status Report
Modeling a gut flora of a zebrafish by combining experiments, theories and numerical simulations
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18K19893
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石川 拓司 東北大学, 工学研究科, 教授 (20313728)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 腸内フローラ / バイオメカニクス / 数理モデル / シミュレーション / 可視化計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本提案では、輸送論に基礎をなす数理と実験を融合させることで、ゼブラフィッシュの腸内フローラモデルを開発する。
2019年度は、2018年度に引き続き、次の３つの保存則を連立することで細菌の周囲環境を予測し、腸内フローラの時空間発展を記述した：①運動量保存則：蠕動運動によって誘起される腸内流動と、栄養素や細菌の移流を記述，②栄養素の保存則：細菌による消費量を考慮し、栄養素や酸素などの物質濃度を記述，③細菌数の保存則：走化性や細菌種間の相互作用を考慮し、細菌数の時間発展を記述。これらの３つの保存則は互いに影響を及ぼし合うため、３つを連立して解くことで初めて精度の高い予測が可能となる。これまでに同様のモデルは提案されておらず、このアイデアは微生物バイオメカニクスを世界最先端で開拓してきた我々の独創である。
また、ゼブラフィッシュを用いた実験研究も推進した。ゼブラフィッシュ稚魚の可視化実験系を確立し、腸内流動を高空間・時間解像度で可視化計測した。また、アセチルコリンとアトロピンを用いることで、蠕動運動の頻度を制御した。腸内の輸送現象を長時間ライブイメージングすることで、蠕動運動による攪拌効果とポンプ効果が、摂食後どのように時間変化するのかを解明した。これらの成果は、生理学の分野で定評のあるAmerican Journal of Physiology誌にアクセプトされた（Kikuchi. et al., Amer. J. Physiol. - Gastrointestinal Liver Physiol., 2020）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定よりも早くシミュレーターの骨格が完成し、シミュレーションを実施できた。また、実験系の確立も順調に進み、難航が予想された薬剤による蠕動運動の制御にも成功した。これらの研究結果も既に生理学の分野で定評のあるAmerican Journal of Physiology誌にアクセプトされており（Kikuchi. et al., Amer. J. Physiol. - Gastrointestinal Liver Physiol., 2020）、当初の予定よりも早く成果が上がったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度の終盤に予定していた研究打合せと、研究のまとめを行う。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス感染症の蔓延により、3月に予定していた出張がキャンセルとなったため。
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Research Products
(4 results)
