| 研究課題/領域番号 |
20K15427
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分38020:応用微生物学関連
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| 研究機関 | 国立感染症研究所 (2023)
筑波大学 (2020-2022) |
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研究代表者 |
高部 響介 国立感染症研究所, 細菌第一部, 研究員 (60821907)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 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 / 1細胞解析 / 不均一性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地球上の微生物のほとんどは集団（バイオフィルム）を形成して生活を営んでおり、我々人類は、様々な場面でバイオフィルムと関わっている。バイオフィルム内では、同一遺伝子型細胞でさえ、遺伝子発現等に不均一性が生じ、集団内で役割分担をしていると考えられている。しかしながら、この機能的な分化には、集団構築プロセスにおいて「いつ、どこで、どのように」生じているのか、また機能分化には普遍的な法則があるのか等、不明点が多い。本研究ではこれらの疑問に答えるために、細胞から発せられる自家蛍光、画像解析技術及び機械学習的手法を組み合わせ、微生物の集団構築の様子をモニタリングする技術の構築を目指す。
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| 研究成果の概要 |
多くの細菌はバイオフィルムを形成し生活している。本研究では、バイオフィルム内の個々の細胞から発せられる自家蛍光が多様化し、その多様性がバイオフィルムの成熟に伴って変化することを明らかにした。また、変異株の自家蛍光を解析した結果、細胞の自家蛍光プロファイルがその細胞の機能を反映していることが示唆された。これらの結果は、自家蛍光解析が非破壊、非染色で、表現型の不均一性のモニタリングに利用できることを示唆している。さらに、本研究で構築した画像処理手法により、脱窒過程における緑膿菌バイオフィルムの構築プロセスが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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