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微生物集団が示す特異な動的秩序形成機構の解明とその制御

公募研究

研究領域生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
研究課題/領域番号 16H00765
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

山本 量一  京都大学, 工学研究科, 教授 (10263401)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワードシミュレーション / 微生物 / 細胞 / 集団運動
研究実績の概要

本研究は「微生物集団が示す特異なダイナミクスの解明とそのハンドリング機構の基礎付け」を目的とするものであり,平成29年度は以下の成果を得ることに成功した.
細胞の大規模な集団運動のメカニズムは大きな謎となっており,生物学・医学・物理学などの様々な分野において研究者の興味を引きつけている.一般的に,細胞はその内部で起こる複雑な生化学プロセスを利用して周りの状況に応答する.例えば,複数の細胞が接触するような状況が発生すると,お互いに避けるような運動が応答として得られる.この現象は「細胞遊走の接触阻害(Contact inhibition of locomotion)」と呼ばれ,細胞の集団運動の発現に重要な役割を果たしていると信じられている.本研究では,非常に簡単な細胞モデルを用いて,実際の細胞集団が示す種々の複雑な集団運動を再現することに成功した.このモデルでは,基板上を遊走する細胞をバネでつながった2つの円盤として表現し,細胞の伸びに依存した推進力を導入することで接触阻害の効果を取り入れている.このような簡単なモデルにも関わらず,細胞が他の細胞と接触すると減速することや,基板上の細胞数密度の増加とともに不動状態に陥ることを正しく再現し,細胞の形が集団運動に大きな影響を与えることを示した.さらに,前部の円盤が後部より大きい場合に多数の細胞が同じ方向に集団移動が出現しやすいことを見出し,実際の遊走細胞の形との類似性を指摘した.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 6件、 招待講演 6件) 図書 (1件) 備考 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] 基板上で遊走•増殖する細胞集団のモデリング2018

    • 著者名/発表者名
      山本 量一、Molina John J.、Schneider Simon K.
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 17 号: 1 ページ: 14-19

    • DOI

      10.2477/jccj.2018-0003

    • NAID

      130006528633

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanics of Cell Crawling by Means of Force-free Cyclic Motion2018

    • 著者名/発表者名
      Tarama Mitsusuke、Yamamoto Ryoichi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 号: 4 ページ: 044803-044803

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.044803

    • NAID

      210000134796

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collective motion of cells crawling on a substrate: roles of cell shape and contact inhibition2017

    • 著者名/発表者名
      Schnyder Simon K.、Molina John J.、Tanaka Yuki、Yamamoto Ryoichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 5163-5163

    • DOI

      10.1038/s41598-017-05321-0

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simulations of Model Microswimmers with Fully Resolved Hydrodynamics2017

    • 著者名/発表者名
      Oyama Norihiro、Molina John J.、Yamamoto Ryoichi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 10 ページ: 101008-101008

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.101008

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Do hydrodynamically assisted binary collisions lead to orientational ordering of microswimmers?2017

    • 著者名/発表者名
      Oyama Norihiro、Molina John Jairo、Yamamoto Ryoichi
    • 雑誌名

      The European Physical Journal E

      巻: 40 号: 11 ページ: 95-95

    • DOI

      10.1140/epje/i2017-11586-4

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructure of rod like sedimenting particles: Direct numerical simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Mehdi Samia、Hamid Adnan、Ullah Atta、Yamamoto Ryoichi
    • 雑誌名

      Proc. 14th International Bhurban Conference on Applied Sciences and Technology

      巻: 1 ページ: 622-626

    • DOI

      10.1109/ibcast.2017.7868115

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct numerical simulation of a single particle attachment on a stationary immersed bubble2016

    • 著者名/発表者名
      G. Lecrivain, R. Yamamoto, U. Hampel, and T. Taniguchi
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 28 号: 8 ページ: 083301-083301

    • DOI

      10.1063/1.4960627

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Particle-based model for crawling and proliferating cells with contact inhibitions2018

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Yamamoto
    • 学会等名
      2018 Aspen Winter Conference on Fundamental Problems in Active Matter
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Colony growth of cells on a substrate2018

    • 著者名/発表者名
      Simon Schnyder
    • 学会等名
      Active Matter Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Mechanosensitivity of crawling cells2018

    • 著者名/発表者名
      John Molina
    • 学会等名
      Active Matter Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 基盤上を運動する細胞の力学モデル2018

    • 著者名/発表者名
      多羅間充輔
    • 学会等名
      研究会「凝縮系の理論化学」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞分裂を考慮した自発運動粒子モデルによる創傷治癒のシミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      松田拓也
    • 学会等名
      研究会「凝縮系の理論化学」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Particle-based Model for Crawling and Proliferating Cells with Contact Inhibitions2018

    • 著者名/発表者名
      山本量一
    • 学会等名
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第6回国際シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
  • [学会発表] Mechanosensitivity of Crawling Cells2017

    • 著者名/発表者名
      John Molina
    • 学会等名
      Complex Motion in Fluids
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mechanosensitivity of Crawling Cells2017

    • 著者名/発表者名
      John Molina
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 微生物集団が示す特異な動的秩序形成機構の解明とその制御2017

    • 著者名/発表者名
      山本量一
    • 学会等名
      科研費新学術領域研究「動的秩序と機能」2017全体班会議
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
  • [学会発表] A par-cle-based minimal model for crawling and prolifera-ng cells on substrate2017

    • 著者名/発表者名
      山本量一
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 微生物集団が示す特異な動的秩序形成機構の解明とその制御2016

    • 著者名/発表者名
      山本量一
    • 学会等名
      科研費新学術「動的秩序と機能」2016全体班会議
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Understanding hydrodynamic polar ordering in swimmer dispersio by binary collisions2016

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Oyama
    • 学会等名
      Microswimmers international conference 2016
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The emergence of collective motion: from glass to biological systems2016

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Yamamoto
    • 学会等名
      CerSJ-GOMD Joint Symposium on Glass Science and Technologies
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Collective Motion of Cells Crawling on a Substrate2016

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Yamamoto
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Molecular Simulation (ICMS2016)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 自己組織化する細胞集団のモデリングとシミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      山本量一
    • 学会等名
      化学工学会 第48回秋季大会特別シンポジウム「SP-3 新時代に向けたバイオプロセスイノベーション」
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Chapter 8 of "Computer Simulation of Polymeric Materials: Applications of the OCTA System"2016

    • 著者名/発表者名
      John. J. Molina and Ryoichi Yamamoto
    • 総ページ数
      18
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9811008140
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] KAPSEL HomePage

    • URL

      http://www-tph.cheme.kyoto-u.ac.jp/kapsel/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] KAPSEL Home Page

    • URL

      http://www-tph.cheme.kyoto-u.ac.jp/kapsel/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Structured Soft Interfaces: Caught Between Multi-Scale Simulation and Application2017

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2019-08-29  

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