Mechanism of bundle-like aggregation structure in populations of E. coli in the stationary phase

稳定期大肠杆菌群体束状聚集结构的机制

• 批准号: 20J10682
• 负责人: 嶋屋 拓朗
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10682/
• 关键词: バイオフィルム; 大腸菌; アクティブマター; 枯渇引力; トポロジカル欠陥; 極性秩序; マイクロ流体デバイス; スケール不変性; 細胞サイズ分布; 生物物理学

昨年度までは、束状凝集現象のメカニズム候補として、細胞サイズ分布の変化について調査を行っていた。本年度は、当初計画段階で考慮していた細胞外高分子(EPS)による枯渇引力の影響と、細胞の成長停止による影響を、本格的に調査した。まず、EPSによる束状凝集現象への影響を調べるために、EPS分泌を網羅的に阻害できるビスマスジメルカプロール(BisBAL)を投与した状態で、栄養飢餓下で束状凝集が引き起こされるかを調査した。すると、BisBALがない場合に比べて有意に束状凝集の頻度が下がることを発見し、EPSが束状凝集現象に関わっていることを立証した。また、EPSの網羅的な阻害だけではなく、細胞外蛋白質や膜小胞など具体的な物質による効果も調査し、EPSのみが束状凝集の主要因ではないことを見出した。そこで、飢餓による細胞成長の停止も束状凝集現象に関わることを以下の通り示した。まず、束状凝集の強さを定量的に評価する秩序変数を定義することに成功した。この秩序変数を用いて、飢餓による束状凝集が起きた後(束状凝集を引き起こすのに十分な量のEPSが分泌された後)に、再び栄養を供給し、細胞成長が再開した際の束構造の変化を評価した。すると、細胞成長の再開によって束構造が破壊されることを定量的に発見した。つまり、束状凝集現象には、EPSだけではなく、細胞成長の停止も重要であることを見出した。上記の結果の一部は国内学会にて発表済みであり、成果全体をまとめた論文は投稿準備中である。また、上記の研究のみならず、前年度に取り組んでいた、物質表面に固着したコロニーの調査を継続した。すると、局所的に細胞の向きが揃わない「トポロジカル欠陥」と呼ばれる場所で、細胞が決まった方向に三次元的に傾く「極性秩序」の創発を発見した。この内容は、論文としてarXivに公開済である。

Yesterday's annual ま で は, bunchy agglutinate phenomenon の メ カ ニ ズ ム alternate と し て, cell サ イ ズ distribution の variations change に つ い を line っ て survey て い た. は, original plan this year Duan Jie で consider し て い た extracellular polymer (EPS) に よ る withered 渇 の gravity affect の と, cell growth stopped に よ る influence を, this case に investigation し た. ま ず, EPS に よ る bunchy agglutinate phenomenon へ の influence を adjustable べ る た め に, EPS secretion を snare に resistance against で き る ビ ス マ ス ジ メ ル カ プ ロ ー ル (BisBAL) を cast and し た state で, tech students.their ownship で starvation bunchy agglutination が lead き up こ さ れ る か を survey し た. す る と, BisBAL が な に い occasion than べ て intentionally に bunchy agglutination の frequency under が が る こ と を 発 し, EPS が bunchy agglutinate phenomenon に masato わ っ て い る こ と を testification し た. ま た, EPS の snare な resistance against だ け で は な く や, extracellular protein membrane vesicular な ど specific な material に よ る unseen fruit し も investigation, EPS の み が bunchy agglutination の primarily for で は な い こ と を shows し た. Youdaoplaceholder0 とを で で, starvation による cell growth <s:1> cessation of fascicular agglomeration に related to わる とを とを とを the following <s:1> generally indicates た た. Youdaoplaceholder0, bundle aggregation, <s:1> strong さを quantification, に evaluation, 価する order variable を definition, する する とに successful た. こ の order number - を with い て, hunger に よ る bunchy agglutination が up き た after (bunchy agglutinate を lead き こ す の に very な quantity の EPS secretion が さ れ た) after に, again び tech students.their ownship raise を supply し, cell growth, open another し が た interstate の の beam structure - the を review 価 し た. Youdaoplaceholder0, cell growth <s:1> reopening によって bundle structure が breaking 壊される た とを quantitative に occurrence of た た. Youdaoplaceholder0 ま ま, the phenomenon of bundle agglomeration に た, EPSだけで なく なく, and the most important である とを とを of cell growth arrest are observed to show a た. The above record shows that the <s:1> result <e:1> has been published by a <s:1> domestic society にて and the entire achievement is をまとめた. The paper is being prepared for submission である. ま た, written の research の み な ら ず group, from before the annual に り ん で い た, material surface に fixation し た コ ロ ニ ー の survey を 継 続 し た. の す る と, bureau に cells to き が Jian わ な い "ト ポ ロ ジ カ ル owe 陥" と shout ば れ で, cell が definitely ま る places っ た direction に three yuan に pour く "order" polarity の gen 発 を 発 see し た. The content of である and the paper と てarXivに are made public である.

项目成果

Topological defects and verticalization-induced polar order in non-motile bacterial colonies

非运动细菌菌落的拓扑缺陷和垂直化诱导的极性顺序

• 发表时间: 2021
• 作者: 西浦直人;金子邦彦;大久保毅;T. Shimaya
• 通讯作者: T. Shimaya

大腸菌コロニーの三次元的成長におけるトポロジカル欠陥と極性秩序

大肠杆菌菌落三维生长中的拓扑缺陷和极性顺序

• 发表时间: 2021
• 作者: Tomohiro KASAHARA;Yutaka ODA;Tatsuro YAMAZAKI;Ryosuke MATSUMOTO;嶋屋 拓朗
• 通讯作者: 嶋屋 拓朗

広域マイクロ灌流系でみる細菌のreductive divisionとスケール不変性

广域微灌注系统中的细菌还原分裂和尺度不变性

• 发表时间: 2020
• 作者: Koizumi H.;Hidaka A.;Komine T.;Yanagihara H.;嶋屋拓朗
• 通讯作者: 嶋屋拓朗

三次元的に成長する大腸菌集団中のトポロジカル欠陥と極性秩序

三维生长的大肠杆菌群体中的拓扑缺陷和极序

• 发表时间: 2022
• 作者: 嶋屋拓朗;竹内一将
• 通讯作者: 竹内一将

Scale invariance of bacterial cell size fluctuations during starvation

饥饿期间细菌细胞大小波动的尺度不变性

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Shimaya;R. Okura;Y. Wakamoto and K. A. Takeuchi
• 通讯作者: Y. Wakamoto and K. A. Takeuchi