2013 Fiscal Year Annual Research Report
流れ場の毒性物質分解とバイオフィルム形成のシミュレーションとそのメカニズムの解明
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23580110
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
金原 和秀 静岡大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30225122)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡野 泰則 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90204007)
野尻 秀昭 東京大学, 学内共同利用施設等, 教授 (90272468)
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| Keywords | バイオフィルム / 芳香族化合物 / 水酸化代謝物 / 形成促進 / シミュレーション / ゲノム配列 |
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| Research Abstract |
本研究は、芳香族化合物分解菌がその分解過程でバイオフィルムを形成することに着目し、流れ場での形成をシミュレーションし、その形成メカニズムの解明を目指した。
１．流路デバイスによる形成促進の定量化 ステンレスを基材としたデバイスでは、ビフェニル分解菌Comamonas testosteroni TK102株のバイオフィルムの付着力が弱いことから、付着面がアクリル製で観察面がガラスの流路デバイスを用いて観察した。その結果、ビフェニルの水酸化代謝物を添加すると、バイオフィルム形成の促進と生細胞率の増加が観察され、形成促進を実証した。
２．タイリングアレイによる形成促進機構の解析 当初目的としていたタイリングアレイ
よりも、ゲノム配列に基づくRNAシークエンスの方が転写解析には優れていることから、タイリングアレイの設計を回避し、TK102株の完全長ゲノム配列を決定することに方針を変更した。その結果、本菌株の完全長ゲノム配列（約6.06 Mb）の決定に成功した。また、バイオフィルム形成に深く関与すると予想される性繊毛タンパク質をコードすると予想される遺伝子が、染色体上の複数箇所から見出された。
３．バイオフィルム形成のモデル化 支配方程式は連続式、運動量保存式、基質の輸送方程式、及びバイオフィルム形成に関するCahn-Hilliard式を用いた。微生物の成長はMonodの式に従うと仮定した。微生物の付着過程は考慮せず、初期条件として種を設置した。バイオフィルム内では摩擦力によりほぼ流れはなく、溶液部ではチャネル形状に依存して上流部で溶液の速度が他の区間より速くなった。その結果、基質の濃度境界層が薄くなり、二相の界面付近で急峻な濃度勾配が形成され、基質がよりバイオフィルムへ供給されることから、上流側からバイオフィルムの成長が促進された。このモデルは、観察で得られた、上流側での成長促進と一致した。
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