界面近傍における細菌集団のマルチスケール三次元解析

• 研究課題/領域番号: 24760136
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 中井 唱 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80452548)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2012年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 細菌 / 集団運動 / べん毛 / 3次元計測 / 顕微鏡 / 流体解析 / 画像処理 / 3次元観察 / 追跡 / 数値計算

研究概要

細菌がバイオフィルムなど壁面上に集団を形成するメカニズムを明らかにするために、細菌の界面近傍での3次元運動の観察を行った。2方向から同一対象物を観察できるような顕微鏡光学系を組み、画像処理により細菌の位置を自動取得し、細菌の3次元遊泳軌跡を容易に計測する手法を確立した。また、細菌の密集時に発生する集団運動の計測を行った。集団運動を行うには、平均の細菌間距離が約5μm以下になる必要があることが分かった。集団運動の度合いを示す指標として、個々の細菌の速度ベクトルの相関を調査した。ランダムな遊泳時と集団運動時では、距離が10μmにおける相関に大きな差が出ることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Boundary Element Analysis and Three-Dimensional Observation of Propulsive Force and Torque of a Dinoflagellate Symbiodinium (2013)
  • 著者名/発表者名: Tonau Nakai, Ikuko Shihira-Ishikawa, Atsushi Miyawaki, Tomonobu Goto
  • 雑誌名: Journal of Aero Aqua Bio-mechanisms 巻: Vol. 3, No. 1 ページ: 79-84
  • NAID: 130003375384
  • URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/jabmech/3/1/3_79/_article
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bacterial Locomotion in an Infinite Liquid Medium and in the Presence of a Nearby Surface (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomonobu Goto, Tonau Nakai
  • 雑誌名: Journal of Aero Aqua Bio-mechanisms 巻: Vol. 3, No. 1 ページ: 2-7
  • NAID: 130003375373
  • URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/jabmech/3/1/3_2/_article
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dialysis Purification of Integrase-DNA Complexes Provides High-Resolution Atomic Force Microscopy Images: Dimeric Recombinant HIV-1 Integrase Binding and Specific Looping on DNA (2013)
  • 著者名/発表者名: Tatsuaki Tsuruyama, Tonau Nakai, Rei Ohmori, Munetaka Ozeki, Keiji Tamaki, Kenichi Yoshikawa
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 号: 1 ページ: e53572-e53572
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0053572
  • NAID: 120005241337
  • 査読あり
• [雑誌論文] 大学生の理系文章作成能力の現状と改善に向けた取り組み (2013)
  • 著者名/発表者名: 中井唱、星健夫、吉本芳英
  • 雑誌名: 鳥取大学 教育研究論集 巻: 3 ページ: 77-82
• [雑誌論文] 細菌の泳ぎと流体力学 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤知伸，中井唱
  • 雑誌名: 油空圧技術 巻: 51 ページ: 38-44
• [雑誌論文] 細菌の泳ぎと流体力学
  • 著者名/発表者名: 後藤知伸,中井唱
  • 雑誌名: 油空圧技術2012年7月号 巻: 637 Vol. 51, No. 7 ページ: 38-44
• [学会発表] 二方向同時観察法を用いた微生物の三次元自動追跡 (2014)
  • 著者名/発表者名: 植木裕太,中井唱,後藤知伸
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第52期講演会
  • 発表場所: 鳥取大学
  • 年月日: 2014-03-07
• [学会発表] 細菌の集団運動による物質輸送の粒子画像解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小寺広起,中井唱,後藤知伸
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国学生会第44回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 鳥取大学
  • 年月日: 2014-03-06
• [学会発表] 近接して回転する二本のらせん型べん毛の流体解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神田将志,中井唱,後藤知伸
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国学生会第44回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 鳥取大学
  • 年月日: 2014-03-06
• [学会発表] 細菌の集団運動における細菌個体間の速度相関と数密度の関係 (2014)
  • 著者名/発表者名: 毛利佳裕
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2014
  • 発表場所: 富山市総合体育館
• [学会発表] 2方向同時観察法を用いた遊泳微生物の3次元自動追跡 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中井唱
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2014
  • 発表場所: 富山市総合体育館
• [学会発表] Analysis of Velocity Correlation in the Collective Motion of Bacteria (2014)
  • 著者名/発表者名: Tonau Nakai
  • 学会等名: 7th World Congress of Biomechanics
  • 発表場所: John B. Hynes Veterans Memorial Convention Center (Boston, U.S.A)
  • 招待講演
• [学会発表] 二方向同時観察法を用いた微生物の三次元自動追跡 (2014)
  • 著者名/発表者名: 植木裕太
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第52期講演会
  • 発表場所: 鳥取大学湖山キャンパス
• [学会発表] 細菌の集団運動による物質輸送の粒子画像解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小寺広起
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国学生会第44回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 鳥取大学湖山キャンパス
• [学会発表] 近接して回転する二本のらせん型べん毛の流体解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神田将志
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国学生会第44回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 鳥取大学湖山キャンパス
• [学会発表] 細菌の速度の解析による集団運動の定量化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 毛利佳裕,中井唱,後藤知伸
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2013-09-10
• [学会発表] Analysis of Velocity Correlation in Bacterial Swarming (2013)
  • 著者名/発表者名: Tonau NAKAI, Yoshihiro MOURI, Tomonobu GOTO
  • 学会等名: The 7th Asian Pacific Conference on Biomechanics
  • 発表場所: KIST, Seoul, Korea
  • 年月日: 2013-08-31
• [学会発表] 同期した二方向映像の輝度変化に対応した細菌の三次元位置及び姿勢の自動推定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 三上和博,中井唱,後藤知伸
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第51期講演会
  • 発表場所: 高知工科大学
  • 年月日: 2013-03-08
• [学会発表] 細菌の数密度と速度の解析による集団運動の定量化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 毛利佳裕
  • 学会等名: 鳥取非線形研究会2013
  • 発表場所: 鳥取大学湖山キャンパス
• [学会発表] 2方向顕微鏡観察法を用いた微生物運動の3次元解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中井唱
  • 学会等名: 日本機械学会第24回バイオフロンティア講演会
  • 発表場所: 同志社大学今出川キャンパス
• [学会発表] 細菌の速度の解析による集団運動の定量化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 毛利佳裕
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
• [学会発表] Analysis of Velocity Correlation in Bacterial Swarming (2013)
  • 著者名/発表者名: Tonau Nakai
  • 学会等名: The 7th Asian Pacific Conference on Biomechanics
  • 発表場所: KIST(Seoul, Korea)
• [学会発表] 細菌の集団運動(Swarming)の速度相関の計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 毛利佳裕
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2013
  • 発表場所: つくば国際会議場
• [学会発表] 細菌の速度の解析による集団運動の定量化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 毛利佳裕
  • 学会等名: 日本機械学会年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] 細菌の集団運動(Swarming)の速度相関の計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 毛利佳裕
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
• [学会発表] 同期した二方向映像の輝度変化に対応した細菌の三次元位置及び姿勢の自動推定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 三上和博
  • 学会等名: 日本機械学会 中国四国支部 第51期講演会
  • 発表場所: 高知工科大学
• [学会発表] 細菌の集団運動(Swarming)の定量化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 毛利佳裕
  • 学会等名: 日本機械学会 中国四国学生会 第43回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 高知工科大学
• [学会発表] らせん型べん毛により推進する細菌の推進効率に関する数値解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 三宅正芳
  • 学会等名: 日本機械学会第25回バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 産業技術総合研究所（つくば）
• [学会発表] BOUNDARY ELEMENT ANALYSIS OF PROPULSIVE FORCE AND TORQUE OF A DINOFLAGELLATE SYMBIODINIUM (2012)
  • 著者名/発表者名: Tonau Nakai, Ikuko Shihira-Ishikawa, Atsushi Miyawaki, Tomonobu Goto
  • 学会等名: The 23rd International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM2012)
  • 発表場所: China National Convention Center北京,中国
  • 年月日: 2012-08-20
• [学会発表] 二方向同時観察法を用いた三次元自動追跡機能付き顕微鏡の試作(二次元平面内でのリアルタイム自動追跡) (2012)
  • 著者名/発表者名: 植木裕太
  • 学会等名: 日本機械学会 2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] Boundary Element Analysis and Three-Dimensional Observation of Propulsive Force and Torque of a Dinoflagellate Symbiodinium (2012)
  • 著者名/発表者名: Tonau Nakai
  • 学会等名: The Fifth International Symposium on Aero Aqua Bio-Mechanisms
  • 発表場所: Howard International House (Taipei)
• [学会発表] Bacterial Locomotion in an Infinite Liquid Medium and in the Presence of a Nearby Surface (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomonobu Goto
  • 学会等名: The Fifth International Symposium on Aero Aqua Bio-Mechanisms
  • 発表場所: Howard International House (Taipei)
  • 招待講演
• [学会発表] BOUNDARY ELEMENT ANALYSIS OF PROPULSIVE FORCE AND TORQUE OF A DINOFLAGELLATE SYMBIODINIUM (2012)
  • 著者名/発表者名: Tonau Nakai
  • 学会等名: The 23rd International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM2012)
  • 発表場所: China National Convention Center
• [学会発表] 推進するらせん型の形状最適化に関するストークス流れの数値解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三宅正芳
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会2012
  • 発表場所: アクトシティ浜松
• [学会発表] 2方向の明視野顕微鏡像を用いた細菌の3次元位置及び姿勢の自動推定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三上和博
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス講演会2012
  • 発表場所: アクトシティ浜松
• [備考]
  • URL: http://www.damp.tottori-u.ac.jp/~lab5/index.html
• [備考] 生体システム解析学研究室
  • URL: http://www.damp.tottori-u.ac.jp/~lab5/index.html
• [備考] 生体システム解析学研究室
  • URL: http://www.damp.tottori-u.ac.jp/~lab5/index.html
• [産業財産権] 三次元顕微鏡装置及び同装置を用いた観察・測定法 (2013)
  • 発明者名: 後藤 知伸、中井 唱、菊田 誠之
  • 権利者名: 国立大学法人鳥取大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 取得年月日: 2013-06-28