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代謝依存的にガラス形成する細胞質のマイクロレオロジ-

研究課題

研究課題/領域番号 18H01189
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
研究機関九州大学

研究代表者

水野 大介  九州大学, 理学研究院, 教授 (30452741)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
キーワードマイクロレオロジー / 非平衡 / 細胞質 / アクティブガラス / アクティブマター / 非平衡メカニクス / 非平衡散逸 / 非平衡力学 / フィードバックマイクロレオロジー / 細胞質ガラス / アクティブ流動化 / 代謝 / 揺らぎ応答 / 細胞
研究成果の概要

代謝の失われた細胞質はガラスとして固化するが、代謝の活発な細胞質は何故か流動性を持つ。代謝活動に伴う非平衡環境が、細胞質の力学的性質、ひいては生理応答に重大な影響を及ぼすが、その機序は不明である。本研究では、細胞質のガラス化が代謝依存的に決定される物理的な機構を解明するために、代謝活動や非平衡性を安定的に制御できる細胞質のモデル系を作製し、そのメカニクス(力学応答と代謝に伴う非平衡揺らぎ)をマイクロレオロジー計測した。生体乱流と呼ばれる強力な力学的駆動を伴う懸濁試料では、揺動散逸定理の破れとともに試料が流動化すること、そして、高周波数側の揺らぎまでも増大することが分かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生き物らしさは、複雑な散逸構造を内包する非平衡系である細胞内部における、生体物質の力学挙動に宿る。しかしながら、科学の一般的な方法論である要素還元主義が通用しないメカニズムに基づくために、その詳細は神秘のベールに包まれている。本研究では、細胞内部の非平衡環境を模したモデル系を構築する新しい方法論を確立した。非平衡系の力学を研究する新しい方法論であり、人類が追究してきた「生命の根源」に対する現代的な解を与えるための実験的成果に繋がる。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 6件、 招待講演 11件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Rapid local compression in active gels is caused by nonlinear network response2020

    • 著者名/発表者名
      Mizuno D.、Tardin C.、Schmidt C. F.
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 16 号: 40 ページ: 9369-9382

    • DOI

      10.1039/c9sm02362c

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimization of Optical Trapping and Laser Interferometry in Biological Cells2020

    • 著者名/発表者名
      Sugino Yujiro、Ikenaga Masahiro、Mizuno Daisuke
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 10 号: 14 ページ: 4970-4970

    • DOI

      10.3390/app10144970

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biophysics at Kyushu University2020

    • 著者名/発表者名
      Akiyama Ryo、Annaka Masahiko、Kohda Daisuke、Kubota Hiroyuki、Maeda Yusuke、Matsumori Nobuaki、Mizuno Daisuke、Yoshida Norio
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 12 号: 2 ページ: 245-247

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00643-2

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental and theoretical energetics of walking molecular motors under fluctuating environments2020

    • 著者名/発表者名
      Ariga Takayuki、Tomishige Michio、Mizuno Daisuke
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 12 号: 2 ページ: 503-510

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00684-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonequilibrium Energetics of Molecular Motor Kinesin2018

    • 著者名/発表者名
      Ariga Takayuki、Tomishige Michio、Mizuno Daisuke
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 121 号: 21 ページ: 218101-218101

    • DOI

      10.1103/physrevlett.121.218101

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonequilibrium Energetics of Single Molecule Motor, Kinesin-12018

    • 著者名/発表者名
      Ariga Takayuki、Tomishige Michio、Mizuno Daisuke
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 114 号: 3 ページ: 509a-509a

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2017.11.2783

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 代謝活性を持つ細胞質モデルのレオロジーと構造緩和2021

    • 著者名/発表者名
      杉野裕次郎, 熊丸一平, 福本昂平, 曽和義幸, 高橋達郎, 水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レーザー干渉法における光てこの応用2021

    • 著者名/発表者名
      井口昇之, 水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光てこを用いたレーザー干渉法による粒子追跡2021

    • 著者名/発表者名
      井口昇之, 水野大介
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レーザー干渉法を用いたアクティブマターの力学計測2020

    • 著者名/発表者名
      杉野裕次郎, 福本昂平, 三谷一晃, 西澤賢治, 高橋達郎, 水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 生体高分子ゲルの局所力学応答2020

    • 著者名/発表者名
      白木啓悟, 本田菜月, Francis van Esterik, 水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 局所外力印加によりひき起こされるミクロスケールでの高分子の構造緩和2020

    • 著者名/発表者名
      西澤賢治, 本田菜月, 水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光てこを用いたレーザー干渉法による粒子追跡2020

    • 著者名/発表者名
      井口昇之, 三谷一晃, 水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 局所的な力印加における濃厚コロイド懸濁液のマイクロレオロジー2020

    • 著者名/発表者名
      荊原佳祐, 江藤高宏, 林原蹴斗, 荻原僚, 水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 外力誘起により流動する濃厚コロイド懸濁液のマイクロレオロジー2020

    • 著者名/発表者名
      江藤高宏, 荊原佳祐, 荻原僚, 水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] アクティブ環境下でのキネシンの運動2020

    • 著者名/発表者名
      有賀隆行, 立石圭人, 富重道雄, 水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] モーター蛋白質が生み出す非熱揺らぎの時空間特性と細胞質流動化2020

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 学会等名
      第10回分子モーター討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ずり場印加下における濃厚コロイド懸濁液のマイクロレオロジー2020

    • 著者名/発表者名
      江藤高宏,荊原佳祐,水野大介
    • 学会等名
      第126回日本物理学会九州支部例会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 局所的な力印加による濃厚コロイド懸濁液のマイクロレオロジー2020

    • 著者名/発表者名
      荊原佳祐,江藤高宏,水野大介
    • 学会等名
      第126回日本物理学会九州支部例会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 非平衡系におけるアクティブ拡散と構造緩和の測定2020

    • 著者名/発表者名
      熊丸一平,杉野裕次郎,水野大介
    • 学会等名
      第126回日本物理学会九州支部例会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 濃厚エマルジョンの広帯域マイクロレオロジー2020

    • 著者名/発表者名
      井口昇之,水野大介
    • 学会等名
      第126回日本物理学会九州支部例会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Optical trap and laser interferometry in living cells2019

    • 著者名/発表者名
      D. Mizuno
    • 学会等名
      OPIC optics photonics international congress 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal Glass-forming behavior and metabolism driven fluidization2019

    • 著者名/発表者名
      D. Mizuno
    • 学会等名
      2019 International Workshop on Glass Physics in Beijing
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Microscopic Mechanics of Active Matters and Living Systems2019

    • 著者名/発表者名
      D. Mizuno
    • 学会等名
      2019 NTNU-Kyushu U Joint Forum
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 細胞の活きの良さの測り方~光捕捉とレーザー干渉を用いた力学測定~2019

    • 著者名/発表者名
      水野 大介
    • 学会等名
      2019 光塾
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ガラス形成物質としての細胞質の代謝由来の構造緩和2019

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 学会等名
      日本物理学会 シンポジウム~ガラスの物理とその広がり~
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Glassy mechanics of living cytoplasm, and its similarity to droplet suspensions2019

    • 著者名/発表者名
      D. Mizuno
    • 学会等名
      第92回日本生化学会シンポジウム 液体相分離と細胞機能
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Non-Gaussian limit fluctuations in active swimmer suspensions2019

    • 著者名/発表者名
      T. Kurihara, Y. Ando, I. Zaid and D. Mizuno
    • 学会等名
      American Physical Society, March meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光捕捉とレーザー干渉を用いた細胞力学計測2019

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 学会等名
      サイズ生物学ワークショップ2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 光捕捉とレーザー干渉法による細胞内揺らぎと力学の観測2019

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 学会等名
      日本光学会・レーザー学会共催シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞内部のレオロジーと活きの良さの測り方2018

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 学会等名
      第66回レオロジー討論会 第20回 レオロジーフォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Universal glass-forming behavior of in vitro and living cytoplasm -its similarity to droplet suspensions?-2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Mizuno
    • 学会等名
      EMBO | EMBL Symposium: Cellular Mechanisms Driven by Liquid Phase Separation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonequilibrium fluctuations and energetics of molecular motors in vitro and in vivo2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Mizuno
    • 学会等名
      The 79th Okazaki Conference, Synthetic, Biological, and Hybrid Molecular Engines
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アクティブガラスとしての細胞、および、細胞質の力学的性質2018

    • 著者名/発表者名
      水野大介
    • 学会等名
      東京大学物性研究所短期研究会「ガラス転移と関連分野の最先端研究」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Non-Gaussian limit fluctuations in active swimmer suspensions2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Mizuno
    • 学会等名
      "Soft matter physics:from the perspective of the essential heterogeneity
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://bio2.phys.kyushu-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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