誘引物質の濃度場と細菌の遊泳方向転換の計測による走化性数理モデルの構築

通过测量引诱剂浓度场和细菌游动方向变化构建趋化性数学模型

基本信息

批准号：
22K03906
负责人：
中井唱
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03906/
关键词：
細菌走化性べん毛方向転換誘引物質マイクロ流体

项目摘要

A.周毛性細菌の走化性における方向転換角度分布の偏り細菌は好ましい化学物質を検知し遊泳方向を変えることで、より高濃度の領域に集まる性質（走化性）を持つ。細菌はべん毛モーターを用いてらせん型のべん毛を回転させることで遊泳し、回転方向を切り替えることで方向転換を行うが、好ましい環境に近づくときにモーターの回転方向の切替頻度が低くなることが報告されている。菌体の周りに複数のべん毛を持つ周毛性細菌では、誘引物質に近づく時に遊泳方向転換の頻度が下がるだけではなく、方向転換角度が小さくなることが報告されており、様々な種類の周毛性細菌について、この事を調査した。大腸菌E.coli K12, サルモネラ菌S.typhimurium SJW1103どちらも、方向転換の頻度の低下および方向転換角度の現象が見られた。B.誘引物質の濃度勾配による走化性の差異誘引物質の濃度勾配により、細菌の走化性（誘引物質への集まり方）がどのように異なるかを調査した。上記A.の毛細管を用いた手法では、先端の内径は1μm程度（細菌サイズとほぼ同じ）であり、空間の1点から誘引物質が3次元的に拡散する濃度勾配が形成される。これに対し、寒天入りの誘引物質溶液を加熱して数μLガラス上に滴下して固めると、数mmサイズの壁状の誘引物質が、空間内を1方向に拡散する濃度勾配が形成される（agar-drop法）。agar-drop法では、「壁」のどこからでも誘引物質が拡散するので、濃度勾配は毛細管法に比べて非常に小さい。単毛性細菌V.alginolyticus YM4のL-セリンとL-アラニンに対する走化性を、上記2種類の方法で計測した。毛細管法ではセリンの方がアラニンより集まりやすかったが、agar-drop法ではアラニンの方が集まりやすい結果となり、誘引物質の種類によって細菌の感度が良い濃度域が異なることが分かった。

A. 鲈鱼细菌趋化性方向变化角度的偏向分布细菌具有通过检测有利的化学物质并改变其游动方向而吸引到较高浓度区域（趋化性）的特性。细菌通过使用鞭毛马达旋转其螺旋鞭毛来游泳，并通过切换旋转方向来改变方向，但据报道，当接近有利的环境时，切换马达旋转方向的频率会降低。据报道，周毛细菌在细菌体周围具有多个鞭毛，不仅减少了接近引诱剂时游动方向改变的频率，而且还减少了毛状细菌的方向改变角度。对于大肠杆菌 K12 和肠沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌 SJW1103，观察到方向改变频率的减少和方向角的变化。 B. 由于引诱剂浓度梯度导致的趋化性差异我们研究了细菌趋化性（它们如何聚集到引诱剂）如何根据引诱剂浓度梯度而变化。在上述A.中使用毛细管的方法中，尖端的内径约为1μm（大约细菌的大小），并且形成浓度梯度，其中引诱剂从空间中的一点进行三维扩散。另一方面，当加热含有琼脂的引诱剂溶液并将其滴在玻璃上并固化时，会形成浓度梯度，其中数毫米大小的壁状引诱剂在空间内向一个方向扩散。琼脂滴法）。在琼脂滴法中，引诱剂从沿着“壁”的任何地方扩散，因此浓度梯度比毛细管法小得多。使用上述两种方法测量单纤毛细菌溶藻弧菌YM4对L-丝氨酸和L-丙氨酸的趋化性。在毛细管法中，丝氨酸比丙氨酸更容易被收集，但在琼脂滴法中，丙氨酸更容易被收集，这表明细菌敏感的浓度范围根据引诱剂的类型而不同。