群分子ロボット実現のための多細胞間情報伝達の数理モデル化

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 15H00815
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 安井 真人 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 特別研究員 (60732948)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 細胞性粘菌 / シミュレーション / 多細胞

Outline of Annual Research Achievements

細胞性粘菌は、栄養豊富な状態では単細胞で増殖し、栄養状態が悪くなると細胞がcAMPにより集合し多細胞体を形成する。本研究では、細胞性粘菌の多細胞形成の仕組みを理解し、数理モデル化することで多細胞型の分子ロボット実現のヒントを得ることを目的としている。

これまで我々は単細胞の運動シミュレーションはできていた。しかし、計算量が大きいため多細胞のシミュレーションはできていなかった。そこで、昨年度に並列計算を導入することで、多細胞シミュレーションを高速に実行することを可能とした。

本年度は、昨年度開発した並列計算法を使い、実験データをコンピュータ上で再現することを行った。しかし、シミュレーションを行う途中で、細胞スケールと比べてcAMPの拡散が早いため計算量が膨大となる問題が発生した。この計算量を減らすために、cAMPの拡散のスケールを細胞スケールと異なる形式へ変更し解決することができた。その結果、およそ数千細胞のシミュレーションを実時間でできるようになった。また、数理モデルに関しても、昨年度のモデルでは実験結果と合わなかったため、受容体・cAMP産出と分解・細胞運動のモデルについて大幅に変更した。この変更により、コンピュータ上で細胞性粘菌の作るcAMPの波や集合する様子をうまく再現することができた。シミュレーションの結果、cAMP入出力と細胞運動を協調することで細胞性粘菌は効率よく集まっていることがわかった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。