2013 Fiscal Year Research-status Report
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25400430
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
高松 敦子 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20322670)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ネットワーク / 真正粘菌 / 適応 / 最適化 |
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| Research Abstract |
研究計画は(1)ネットワーク形態の定量分析、(2)ネットワーク最適化理論の導入, および(3)細胞生物学的分析 の3つから構成される。
H25年度は(1)と(3)の実験を中心に進めた。(2)の理論分析 と実験データを融合するためにまず(1)に取り組んだ。誘因/忌避条件で培養した粘菌ネットワークの画像を取得し、画像処理によってネットワークの頂点の座標と対応する辺を割り出してネットワーク・トポロジー、および、管径の情報も含めたネットワーク構造を定義した。次に、管の分規則に着目した解析を行った。粘菌ネットワークを構成する管のような細い管では管内の流れは層流であると考えられる。そのような流れの輸送管分岐では、Murray則で知られるように、分岐前後の管径について3乗則が成立するのが最も損失が低いことが知られている。3種類の質量の粘菌を用意し、画像より分岐則を計測した。その結果粘菌においては2乗則と3乗則の間が最も多い分岐点の規則であることがわかった。現時点ではデータ点数の少なさから、粘菌の質量依存性についての傾向について断定できておらず、次年度引き続きこの検討を行う。(3)については、中間条件(誘因物質も忌避物質も含まれない条件)におけるミトコンドリア分布についてDAPI染色により調べた。その結果、ミトコンドリア密度は粘菌ネットワークの形態、場所によらずほぼ一定であることが明らかにされた。このことは、ネットワーク形態によるエネルギー消費制御はミトコンドリア数で行われているのではなく、その活性度合いによって制御されている可能性が残される。次年度以降、ミトコンドリア活性計測に取り組む予定である。このほかに、上述の手法で抽出したネットワーク・トポロジーを擬似的に用いて、誘因・忌避環境における耐故障性についても調べた。この他に、粘菌ネットワーク・トポロジーを用いた耐故障性解析に取り組んだ。
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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
(1)ネットワーク形態の定量分析について、ネットワーク分岐則の形態および質量依存性について完了する予定であったが、微細な管構造を分析するために、実験セットアップを新たに組み直したことから予定通り完了しなかった。その代わり、予定していなかった、粘菌ネットワーク・トポロジーを用いた耐故障性解析に取り組んだので、全体としては予定通り進んだとして良いと思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H26年度はH25年度の研究計画で述べた(1)の項目がまだ完了していないのでまずその課題に取り組む。H25年度に解析手法は一通り確立できたので、H26年度はデータ取得数を増やし、当初の目的であった定量分析を完了する。さらに、(3)の実験にも引き続き取り組む。(3)の細胞生物学的分析では、粘菌の様々な細胞形態中における代謝要の目安として、ミトコンドリアの動態に着目する。これまでの研究で、酸素消費量がネットワーク形態によって決まる可能性が強く示唆されたが、それ以外に、細胞内反応による適応過程の寄与は否定できない。そこで、酸素消費が直接行われている細胞内ミトコンドリアの活性状態の観察を行い、エネルギー消費量低減の細胞生物学的寄与率を見積もる。それを排除することで、純粋にネットワーク形態による適応かどうかを示す。H25年度にはDAPI染色によるDNA蛍光染色法によってミトコンドリアの細胞内密度観察についてはある程度完了しており、ネットワーク形態、ネットワークの場所によらずミトコンドリア密度はほぼ一定であることを明らかにしている。つまり、エネルギー消費量はミトコンドリア数ではなくその活性の度合いによって制御されている可能性があるので、ミトコンドリア膜電位をモニターできる蛍光色素(Mito Tracker Orange, Redなど)を用いて染色を行い確認する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度には蛍光染色による撮影を行う予定であり試薬代を次年度に先送りした。さらに、粘菌輸送管の形態をより効率的に撮影するためのセットアップを見直す予定である。
ミトコンドリアの蛍光観察のため現在保有している蛍光顕微鏡に設置しているデジタルカメラとダイクロイック・ミラー/フィルターシステムを制御するソフトウエアのバージョンアップを行う。また、粘菌輸送管の形態をより効率的に撮影するためのセットアップを見直す予定であり、面照明装置を購入する。
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