The process of biofilm development investigated by the novel imaging method combined with machine-learning

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15427
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 38020:Applied microbiology-related
• Research Institution: National Institute of Infectious Diseases (2023); University of Tsukuba (2020-2022)
• Principal Investigator: TAKABE Kyosuke 国立感染症研究所, 細菌第一部, 研究員 (60821907)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: バイオフィルム / ライブイメージング / 自家蛍光 / 画像解析 / 機械学習

Outline of Final Research Achievements

Many bacteria have the ability to form a biofilm. In this study, it was revealed that the autofluorescence emitted from the individual cells in biofilm diversified, and the degree of diversity changed with biofilm maturation. Additionally, the analysis for autofluorescence of mutant indicated that autofluorescent properties of cells would reflect the function of the cells. These results suggested that autofluorescent analysis could be utilized for monitoring of the phenotype heterogeneity in a non-destructive, non-staining and unlabeled manner. Additionally, the image processing method constructed in this study revealed the the aspects of development mechanism of Pseudomonas aeruginosa biofilm in denitrification process.

Free Research Field

細菌学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

バイオフィルム内では同一遺伝子型の細菌でさえ遺伝子発現等に不均一性が生じることが知られているが、その時空間的な発展プロセスにはまだ不明点が多い。本研究の成果は、従来の手法にとらわれず、非染色で蛍光タンパク質導入などの遺伝子工学技術を必要としない、バイオフィルム内で生じる不均一性を直接可視化する技術の実現可能性を示唆している。1細胞レベルでの解析を通じた集団の振る舞いを理解することは、正負両面で社会とかかわりのある細菌バイオフィルムを深く理解することに繋がり、高効率な排水処理技術の開発や、薬剤耐性菌への対応の新たな戦略となることも期待される。