| 研究課題/領域番号 |
21K14778
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
高野 壮太朗 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, NIMSポスドク研究員 (90896979)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | １細胞観察 / 休眠 / 飢餓応答 / 代謝モデル |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、増殖活性が著しく低下した細菌の休眠覚醒における確率性と基質依存性を明らかにし、細菌の休眠覚醒プロセスを予測・制御可能とする技術の発展につなげることを目的としている。前年度までの研究で、大腸菌を用いて、数日間の飢餓環境における増殖ダイナミクスと、飢餓条件後に新たな炭素源を与えた際の再増殖の様子を１細胞レベルで観察しており、さらなる系譜解析から休眠覚醒が飢餓開始時点での細胞のヒストリーに大きく依存している可能性が示唆されていた。そこで、２年目では、飢餓開始時点での細胞の生理状態と再増殖の関連性に着目し、両者の相関関係について解析を行なった。既報よりストレス応答に対する細胞周期の関連性が報告されていたため、飢餓からの再増殖に対する細胞周期の関連性について解析を行なったところ、細胞周期と飢餓開始直後の増殖ダイナミクスの間に相関関係は見られたものの、飢餓後の再増殖との間に強い関連性を確認することはできなかった。他の生理学的パラメータが影響している可能性が高いと考えられる。また、大腸菌の休眠覚醒プロセスにおける基質依存性については、ゲノムスケール代謝モデルを使った検証を行なってきた。1年目では、至適性の高い炭素源における共通性について解析を行い、それぞれの炭素源を代謝する際に使われる特定の代謝経路に依存する可能性が示唆されていた。そこで、2年目では、至適性に強い影響を与え得る代謝経路の特質を理解することを目的とし、スクリーニングされた代謝反応の関連性を代謝ネットワークの観点から理解可能な手法の確立を行なった。その結果、これらの重要な代謝反応は、特定の代謝物におけるフラックスと強い相関関係を示すことが明らかとなり、炭素源の至適性を代謝物と関連付けて理解することが可能となった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
２年目は、1年目で行なった実験結果を基に、休眠覚醒における確率性の評価とその背後にあるメカニズムの理解を目的としており、その解析の一端を終えることができた。一方で、飢餓時間を変化させて休眠覚醒ダイナミクスを調べるといった検証実験については実施できておらず、次年度に実施を行う予定である。また、休眠覚醒の基質依存性を代謝モデルによって推定することも目標の一つとしていたが、こちらについては、代謝ネットワークの観点から依存性を理解する手法の更なる高度化と、鍵を握る代謝経路の選定を実施した。これらの実験的検証は未だ不十分であり、次年度以降に行う予定である。以上のことから、本年度の進捗はやや遅れていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
3年目は、2年目までに得られた知見について、実証実験を実施し、現実の系において適用可能であるかを検証する予定である。具体的には、飢餓時間と休眠覚醒の間にある関係性の１細胞観察系を用いた検証、モデルより推定された至適炭素源を与えた際の再増殖ダイナミクスの観察を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2年目において、当初の目的を完遂し、国内・国外での学会発表ならびに論文化を予定していたが、研究の進捗等を鑑みて、これらの成果発表については令和5年度に行うこととしたため、次年度使用額が生じている。また、本年度実施できなかった実証実験を次年度以降に行う関係上、次年度使用額が生じている。
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