• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2022 年度 実施状況報告書

細菌集団の自己組織化予測のためのマルチレベルモデルの創成

研究課題

研究課題/領域番号 19K03645
研究機関北海道大学

研究代表者

田崎 創平  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (50713020)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード枯草菌 / コロニーパターン / バイオフィルム / ライフサイクル / 数理モデル / 遺伝子制御ネットワーク / マルチレベルモデル / 細胞分化
研究実績の概要

細菌集団の自己組織化のマルチレベル数理モデルを求めて、一細胞の状態制御、細胞集団動力学、細胞密度場、という3つのレベルの数理モデルを構築し、そしてそれらを結ぶマルチレベルモデリングの方法論を構築することを目指している。異なる細胞状態の制御が関わっていて、かつマクロな秩序形成と密接に結びついているものとして、細菌バイオフィルムのライフサイクル生成を研究した。このライフサイクルの本質をもつ単純なモデルとして、枯草菌の同心円状コロニーの形成を調べた。枯草菌は多様な細胞タイプを取ることができるが、その中でも、運動タイプと基質産生タイプがコロニー構築において交互に支配的になり、ライフサイクルが生成される。そこで本研究では、特にこれらの細胞タイプ間の制御と関連する遺伝子群の制御ネットワークおよびそのダイナミクスを記述する数理モデルを構築していた。培養実験と合わせて、細胞集団の状態制御の数理モデルを構築し、数値的および数学的な解析を行ってきた。これにより、ライフサイクルの生成の有力なメカニズムを提示してきた。昨年度はそこから、細胞レベルと組織レベルをつなぐ新しい枠組みの数理モデルを構築したが、今年度はさらに細胞分化シグナルに着目した、一般の細胞分化系に広く適用可能なマルチレベルモデリングの手法を発見した。結果として、前年度の成果と合わせて、計2種類のマルチレベルモデリングの手法を構築できた。今後は更なるマルチレベルモデリングの理論整備を進め、モデル構築手法や適用範囲を明確にする。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題の第一目標であり、かつ難しい問題であるマルチレベルな数理モデリングにおいて、細胞レベルと組織レベルをつなぐ一般的なモデル構築手法を2種類構築できた。これは幅広く多細胞系に適用できることが期待される。

今後の研究の推進方策

細胞レベルと組織レベルをつなぐマルチレベルモデル法を2種類構築した。今後はそれぞれの手法の適用範囲を明らかにし、幅広く多細胞系の解析に使用できるよう理論を整備する。

次年度使用額が生じた理由

今年度も出張は控え、旅費の使用は最小となった。次年度使用額は学会発表および数理解析・追加実験のために用いる。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] All global bifurcation diagrams of stationary solutions to a phase field model2022

    • 著者名/発表者名
      Mori Tatsuki、Tasaki Sohei、Tsujikawa Tohru、Yotsutani Shoji
    • 雑誌名

      Discrete and Continuous Dynamical Systems - B

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.3934/dcdsb.2022183

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 腸管上皮細胞社会における脱分化現象の数理解析2023

    • 著者名/発表者名
      Sohei Tasaki, Hiroki Nagai, Luis Augusto Eijy Nagai, Ryuichiro Nakato, Masayuki Miura, Yu-ichiro Nakajima
    • 学会等名
      2023日本数学会年会
  • [学会発表] 細胞のシグナル伝達系のデータ同化2022

    • 著者名/発表者名
      田崎創平
    • 学会等名
      日本応用数理学会2022年度年会
  • [学会発表] 腸管上皮細胞社会における脱分化現象の数理解析2022

    • 著者名/発表者名
      Sohei Tasaki, Hiroki Nagai, Luis Augusto Eijy Nagai, Ryuichiro Nakato, Masayuki Miura, Yu-ichiro Nakajima
    • 学会等名
      日本応用数理学会2022年度年会
  • [学会発表] Secondary bifurcation and the direction of bifurcation of stationary solutions to a phase field model2022

    • 著者名/発表者名
      森 竜樹, 田崎 創平, 辻川 亨, 四ツ谷 晶二
    • 学会等名
      2022日本数学会秋季総合分科会
  • [学会発表] 腸管上皮細胞社会における脱分化現象の数理解析2022

    • 著者名/発表者名
      Sohei Tasaki, Hiroki Nagai, Luis Augusto Eijy Nagai, Ryuichiro Nakato, Masayuki Miura, Yu-ichiro Nakajima
    • 学会等名
      2022年度応用数学合同研究集会

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi