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バイオイメージングで解き明かす人獣共通感染症細菌の宿主依存的病原性発現機構

生物成像揭示人畜共患细菌宿主依赖性致病性表达机制

基本信息

批准号：
21H02727
负责人：
中村修一
金额：
$ 9.73万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度に開発した無標識細菌トラッキングシステムを用いて，培養細胞シート上における様々な細菌株の動態解析を行った．培養細胞上にある細菌のイメージングにおいては，従来，細菌を蛍光蛋白質（または蛍光色素）で標識する手法が一般的であった．本課題では，機械学習を利用した背景差分法を導入することにより，動物細胞上に接着している細菌を蛍光標識せずに検出することが可能となった．そのため，本課題で使用するレプトスピラ属細菌のように，遺伝子操作技術が十分に確立していない種でも，細胞上での運動解析を行うことができるようになった．この利点を生かし，本年度は，重症化した動物や，無症状保菌動物から分離された数種類の病原性株を使用し，これらをイヌまたはラットの腎臓細胞シートに感染させるin vitro感染実験を行った．動物細胞上における個々の細菌の運動を無標識細菌トラッキングシステムで解析した結果，各細菌株の腎臓細胞に対する接着性と運動の速さの相関関係を見出した．また，宿主細胞への結合親和性が知られている外膜蛋白質の遺伝子欠損株は，野生株に比べて接着性が低下した一方で，運動速度が増加することが分かった．以上の結果から，接着性外膜分子を介した宿主細胞への接着が運動に関わること，接着が強すぎると宿主側受容体からの接着分子の解離が遅くなり，運動速度を低下させることが示唆された．実験結果は，接着分子（細菌）と受容体（宿主）間の結合と解離を速度論的にモデル化した理論計算によって定性的に再現された．接着とク運動速度の反相関関係は，一部，症状の重症度との関連も示唆した．多くのデータを蓄積することにより，病原体の運動特性が重症度を予測する指標となる可能性も期待できる．

In the past year, the development of unlabeled bacteria was carried out. The dynamic analysis of bacterial strains in cultured cells was carried out. Cultured cells are labeled with photoproteins (photopigments), which are commonly used. The subject is to introduce mechanical learning into animal cells by using background difference methods. The present study is aimed at establishing a genetic manipulation technique for bacterial species and analyzing the motion of cells. This year, severe animals, asymptomatic germ-free animals, and several pathogenic strains were isolated and used. The results show that the correlation between the adhesion and the movement speed of each bacterial strain in kidney cells is also shown. The binding affinity of host cells is known to be lower than that of wild plants, and the speed of movement is increased. As a result, adhesion outer membrane molecules mediate host cell adhesion and movement, and adhesion molecules dissociate from host receptors at a high speed. The results show that the association and dissociation between molecules (bacteria) and receptors (hosts) are the result of theoretical calculations and qualitative reproduction. Then there is an inverse correlation between exercise speed and exercise speed. First, the severity of symptoms is related to exercise speed. With so much data accumulating, it is possible that the movement characteristics of pathogens can be an indicator of severity.