光シート顕微鏡で明らかにされた細菌のバイオフィルムにおける細胞位置の運命と集合的な噴水

科学分野:

• 微生物学
• バイオ物理学
• システム生物学

背景:

• 細菌のバイオフィルムは微生物の生存に不可欠であり,多細胞組織の基本的形態を表しています.
• 個々の細胞の行動から集団の動きまでのバイオフィルムの膨張のダイナミクスを理解することは不可欠ですが,ほとんど知られていません.
• ビブリオ・コレラは バイオフィルム発達の 連続的な段階を研究するための モデル生物として機能しています

研究 の 目的:

• 生物膜の膨張を促す 個々の細胞と集団の動きの空間的軌道を調査する.
• 単一の創始細胞から成熟した3次元コミュニティへのバイオフィルム発達のメカニズムを解明する.
• バイオフィルム形成中の細胞の動きを調整する特定のマトリックスタンパク質の役割を決定する.

主な方法:

• バイオフィルムダイナミクスの高解像度イメージングのための二重視光シート顕微鏡の開発と応用.
• バイオフィルムの成長中の細胞の運命を分析するための個々の細胞追跡.
• 連続体モデルを使用して基板摩擦に対する集団フローパターンを捕捉する定量分析.

主要な成果:

• 2つの異なる細胞運命を観察した. 細胞は弾道的に外へ膨張し,細胞は基板に閉じ込められる.
• 集団的な噴水のような流れが特定され,細胞をバイオフィルムの前部に輸送し,横方向の膨張を促進しました.
• マトリックスタンパク質RbmAは細胞の協調的な動きに不可欠であることが判明し,その欠如は不規則な膨張につながった.

結論:

• 空間的軌跡と集団的な細胞の動きは 細菌のバイオフィルム拡大の 重要な原動力です
• 噴水のような集団フローメカニズムは バイオフィルムの効率的な横向的な膨張を促進します
• マトリックスタンパク質RbmAは,バイオフィルム発達の過程で多細胞行動の調整に重要な役割を果たします.