2019年6月 - 2024年3月
高密度細菌集団の秩序創発・状態制御を司る熱統計力学原理の探求
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
本年度も引き続き、高密度細菌集団のモデル実験系の研究、特に(i)高密度細菌集団の非平衡相の研究と(ii)高密度細菌集団の支配因子の探求を行い、細菌集団の情報物理学の基盤づくりを推進した。
本年度はまず、高密度細菌集団を均一環境で長時間培養し、観察可能な独自の微小流体デバイス「広域マイクロ灌流系」の開発を完了し、論文発表を行った。論文では、本デバイスにより発見した、大腸菌集団の飢餓過程における細胞サイズゆらぎのスケール不変性について詳細に報告した。本成果は、変動する環境下で細菌集団が示す統計的性質の頑健さを示すものであり、細胞集団の情報物理学推進のうえで重要な成果と考えている。
(i)「高密度細菌集団の非平衡相の研究」については、広域マイクロ灌流系を用い、運動性の大腸菌集団の高密度化に伴うガラス化について詳細な研究を実施した。結果、大腸菌集団のガラス転移現象や配向ガラス状態を発見し、各相や転移の特徴を明らかにしたほか、配向秩序に関するドメイン構造の発達も見出した。本成果は、細菌集団の非平衡熱力学的特徴を理解するうえで重要な結果である。
(ii)「高密度細菌集団の支配因子の探求」については、非運動性の大腸菌集団において、コロニーの3次元構造とトポロジカル欠陥の関係を調査し、最下層で欠陥が生じている箇所ではコロニー局所高さが有意に高いという相関を見出した。そこで欠陥と細胞流の関係を調査し、従来は細胞流出を促すとされていた種類の欠陥においても細胞流入を見出したほか、それが欠陥周りの細胞の3次元的傾きによって説明できることを発見した。本成果は、トポロジカル欠陥という少数の点が、細胞集団の流動や3次元構造形成を左右することを示しており、アクティブマター物理学や細胞集団の情報物理学の観点からも重要な成果と考えている。
本年度はまず、高密度細菌集団を均一環境で長時間培養し、観察可能な独自の微小流体デバイス「広域マイクロ灌流系」の開発を完了し、論文発表を行った。論文では、本デバイスにより発見した、大腸菌集団の飢餓過程における細胞サイズゆらぎのスケール不変性について詳細に報告した。本成果は、変動する環境下で細菌集団が示す統計的性質の頑健さを示すものであり、細胞集団の情報物理学推進のうえで重要な成果と考えている。
(i)「高密度細菌集団の非平衡相の研究」については、広域マイクロ灌流系を用い、運動性の大腸菌集団の高密度化に伴うガラス化について詳細な研究を実施した。結果、大腸菌集団のガラス転移現象や配向ガラス状態を発見し、各相や転移の特徴を明らかにしたほか、配向秩序に関するドメイン構造の発達も見出した。本成果は、細菌集団の非平衡熱力学的特徴を理解するうえで重要な結果である。
(ii)「高密度細菌集団の支配因子の探求」については、非運動性の大腸菌集団において、コロニーの3次元構造とトポロジカル欠陥の関係を調査し、最下層で欠陥が生じている箇所ではコロニー局所高さが有意に高いという相関を見出した。そこで欠陥と細胞流の関係を調査し、従来は細胞流出を促すとされていた種類の欠陥においても細胞流入を見出したほか、それが欠陥周りの細胞の3次元的傾きによって説明できることを発見した。本成果は、トポロジカル欠陥という少数の点が、細胞集団の流動や3次元構造形成を左右することを示しており、アクティブマター物理学や細胞集団の情報物理学の観点からも重要な成果と考えている。
- ID情報
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- 課題番号 : 19H05800
- 体系的番号 : JP19H05800
この研究課題の成果一覧
絞り込み
論文
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Proceedings of the National Academy of Sciences 122 e2414446122 2025年3月18日 査読有り
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Physical Review Letters 134 097104 2025年3月6日 査読有り筆頭著者責任著者
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Soft Matter 21 2868-2881 2025年3月 査読有り最終著者責任著者
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Proceedings of the National Academy of Sciences 121 e2408706121 2024年12月3日 査読有り最終著者
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Phys. Rev. Res. 6(023284) 2024年6月17日 査読有り最終著者責任著者
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PNAS Nexus pgae238 2024年6月 査読有り最終著者責任著者
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Journal of the Physical Society of Japan 92(12) 121007 2023年8月31日 査読有り招待有り筆頭著者最終著者責任著者
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Physical Review E 107(1) 014602 2023年1月9日 査読有り最終著者責任著者
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PNAS Nexus 1(5) pgac269 2022年12月21日 査読有り最終著者責任著者
MISC
4-
窮理 25 2024年4月27日 招待有り筆頭著者最終著者責任著者
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細胞 55(3) 166-169 2023年2月22日 招待有り筆頭著者最終著者責任著者
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物性若手夏の学校テキスト 67 304-320 2023年2月7日 招待有り筆頭著者最終著者責任著者
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物性研究・電子版 8 081205 2020年2月 招待有り筆頭著者最終著者責任著者
書籍等出版物
1-
公益財団法人金原一郎記念医学医療振興財団『生体の科学』編集室 2021年6月
講演・口頭発表等
78-
第2回生物普遍性ワークショップ 2025年3月26日 東京大学生物普遍性研究機構
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Seminar at the Department of Biomedical Engineering, Pennsylvania State University 2025年3月25日 招待有り
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日本物理学会2025年春季大会 2025年3月21日 招待有り
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OIST SHINKA meeting 2025年2月21日 招待有り
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第1回アクティブ流体討論会 2025年1月17日 招待有り
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東京科学大学 量子物理学・ナノサイエンス第403回セミナー 2025年1月10日 招待有り
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プラズマ科学のフロンティア2024研究会 2025年1月6日 招待有り
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Gel Symposium 2024 2024年11月18日 招待有り
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Gel Symposium 2024 2024年11月19日 招待有り
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DAIKIN International Symposium on Physics of Intelligence 2024年11月7日 招待有り
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講師Microsoft Project Users Forum (MPUF) MPUF研究開発プロフェッショナルの流儀 第21回 オンライン 2022年12月21日
メディア報道
3-
東京大学 理学部ニュース2024年7月号 理学の研究者図鑑 https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/story/newsletter/page/10448/ 2024年7月 会誌・広報誌
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BSフジ ガリレオX 2024年5月 テレビ・ラジオ番組
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国立科学博物館 milsil[ミルシル]2024年5月(通巻99号) 2024年5月 新聞・雑誌
社会貢献活動
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