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) 1.37(m) 短径 0.032(m) 34.3 ° 栄養の吸収Sは移動した表面積に比例するので SとRが比例の関係にあるので S  Mv 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