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バイオメカニクスで紐解くバイオフィルム形成の仕組み

通过生物力学揭示生物膜形成机制

基本信息

批准号：
22KF0025
负责人：
石川拓司
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

バイオフィルムは、バクテリアなどの微生物が集積した構造体である。健康問題や環境問題、工業技術と密接に関わっているが、その形成メカニズムについては不明な点が多く残されている。本研究では、まず始めに、生体内などの複雑環境下におけるバクテリア挙動を実験的に可視化計測する。次に、その現象を数理モデル化し、実験を再現する数値シミュレーションを行う。最後に、これらの結果を統合し、バイオフィルム形成過程を生物物理学的に解明する。本年度は、ゼブラフィッシュの実験系を完成させ、腸内における細菌挙動のライブイメージングに成功した。前腸と中腸、後腸の細菌挙動を詳細に計測し、その解析を行った。結果として、細菌が腸壁の窪みに集積する傾向がみられた。この現象は腸内のバイオフィルムの初期過程と考えられ、重要な発見である。観察された傾向の頻度を定量化するため、今後はさらに実験ケースを積み上げて検証していく予定である。また、本年度は、大腸菌の挙動を解析できるシミュレーションコードの開発も行った。せん断流れ中の鞭毛挙動を詳細に調べたところ、せん断速度が閾値を越えると、鞭毛が束化できなくなる現象を発見した。鞭毛が束化している場合には、大腸菌は壁近傍で一方向に安定的に遊泳できた。一方、鞭毛が束化できなくなると大腸菌は遊泳できなくなり、壁から徐々に遠ざかる傾向が見られた。これらの現象はこれまでに報告されておらず、本研究で新規に発見された現象である。今後はパラメトリックスタディを行い、大腸菌の挙動の体系化を行い、現象の発生メカニズムの解明にも挑む。以上の研究成果を公表する準備にも取り組んだ。

Microorganisms that accumulate in structures Health issues, environmental issues, industrial technology, and close contact In this study, we visually measured the effects of different environmental factors on the growth and development of animals. The second is the mathematical transformation of the phenomenon. The third is the numerical transformation of the phenomenon. Finally, the results of this study are integrated into the biophysical understanding of the formation process. This year, the company successfully completed the development of a comprehensive system of intestinal bacteria. The bacterial activity of the foregut, midgut and hindgut was measured in detail and analyzed. The results showed that bacteria tended to accumulate in the intestinal wall. This phenomenon is the initial process of intestinal development. The frequency of observation is quantified, and the future is determined. This year, the analysis of E. coli activity has been carried out in the development of new products. The phenomenon of flagellum bunching is observed when the threshold value of flagellum is exceeded. When flagella are bundled, Escherichia coli swim in one direction. A side, flagella bundle This phenomenon is reported in this paper. In the future, the development of E. coli, the systematization of E. coli, and the development of E. coli will be discussed. The above research results are presented in preparation for the selection of groups.