薬効評価を目指した腸内フローラ数理モデルの開発

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21875
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分90:人間医工学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 石川 拓司 東北大学, 医工学研究科, 教授 (20313728)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2024-03-31
• キーワード: 腸内フローラ / シミュレーション / 可視化実験 / 大腸菌

研究成果の概要

ゼブラフィッシュ稚魚の蠕動運動の計測に成功し、腸内流動の可視化、薬剤濃度の可視化、常在菌と耐性菌の可視化を行った。これらの成果は、生理学の分野で定評のあるAmerican Journal of Physiology誌に掲載された。腸内フローラの数理モデル化も行い、マクロな細菌集積を記述する連続体解析を実施した。そして、腸内における大腸菌の大局的な分布が物理的要因と生物学的要因の組み合わせによって生み出されていることを明らかにし、腸内環境における細菌動態を数理モデルで正確に記述できることを示した。この成果は、生物学分野で定評のあるBMC Biology誌に掲載された。

自由記述の分野

バイオメカニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヒトの腸内には1kgもの細菌が生息しており、腸内フローラと呼ばれる生態系を形成している。近年、腸内フローラが宿主の様々な疾患と密接に関わっていることが明らかとなり、腸内フローラの違いを利用した診断や、糞便微生物叢移植などの治療技術の革新が期待されている。こうした技術革新の核となるのは、腸内フローラを予測し、制御する技術であるが、現状では腸内フローラの形成メカニズムは解明されておらず、極めて困難と言わざるを得ない。本成果は、こうした現状を打破し、腸内フローラの形成を予測し制御するための礎となる。