Transcript 細菌べん毛モーターを用いて泳ぐ仮想生物の寸法と速度の関係／中島崇晴

細菌べん毛モーターを用いて泳ぐ仮想生物の寸法と速度の関係
鳥取大学 工学部 応用数理工学科 生体システム解析学研究室
研究目的
べん毛が回転運動する菌はべん毛モーターを用いてらせん
型べん毛を回転させることで推進力を発生させて運動する
細菌べん毛モーターを用いて泳ぐ仮想生物をモデルとして
細胞の寸法を変えて数値解析
べん毛の進化
菌体(細胞)
べん毛
回転運動
細胞が大きくなると生存
に必要な速度が増加し
てトルクが不足した
べん毛モーター
モーター特性と細胞の寸法から並進速度がどう変わるか
調べる
Vibrio alginolyticus YM4
暗視野顕微鏡写真
鞭打ち運動
細胞の寸法をどのくらい大きくすると生存に必要な速度が
得られなくなるか検証
解析方法
細胞を円柱型と考えて、細胞の寸法と生存に必要な速度の関係を求める
長径
5.02(m)
栄養の吸収Sは移動した
表面積に比例するので
S   M v
1.37(m)
短径
0.032(m)
34.3
°
SとRが比例の関係
にあるので
v   LM
M:短径
L:長径
v:並進速度
，，， :比例定数
栄養の消費Rは体積に
比例するので
•べん毛の形状は一定
細胞の寸法が相似的に
大きくなるとすると
2
M
R 
 L
 2 
•細胞の大きさを変えて数値解析
v  L
2
解析結果
5000
モーター特性の測定点[1]
4500
モーター特性の近似線[1]
4000
短径0.8(μｍ)長径1.92(μｍ)
でシミュレーションした結果
120
100
speed(m/s)
torque (pN nm)
3500
3000
2500
2000
1500
最大速度
v=4×(長径)×(長径)
marine bacteria[2]
gambusia holbrookiの精子[3]
NMB102[4]
YM42[4]
140
80
60
40
1000
20
500
0
0
0
200
400
600
rotation rate (Hz)
800
1000
シミュレーション結果とモーター特性の交点から最大発生ト
ルクと周波数が得られ、そのときの最大速度が求められる
0
1
2
3
長径1.92(m)短径0.8(m)を基準にした倍率
細胞の寸法を相似的に変えたときの細胞の寸法と速度の関係
生存に必要な速度の比例定数は4程度だと推定した
まとめ
生存に必要な速度の比例定数が4のときビブリオ菌の2倍程
度の大きさになると生存できなくなるものと予想される
参考文献
[1] Torque-speed Relationship of the Na+-driven Flagellar Motor of
Vibrio alginolyticus，Yoshiyuki Sowa, Hiroyuki Hotta, Michio Homma
and Akihiko Ishijima,J. Mol. Biol. (2003) 327, 1043–1051．
[2] Jens Efsen Johansen,et al, (2002)．
[3] L. Locatello, et al ,(2008)
[4]菊田誠之，et al，修士論文(2008年度)．
B03T8034M 中島崇晴