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【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科土木工学専攻　教授　佐野大辅

• Press release in English

【発表のポイント】

• 细菌が复数の生理机能に対して限られたエネルギーをどのように配分しているのかを、数理モデルと実験を组み合わせて明らかにしました。
• 酸化亜铅（窜苍翱）による环境ストレスが、细菌のエネルギー配分および遗伝子伝播効率に与える影响を解析しました。
• 本成果は、水环境汚染が薬剤耐性の拡散に及ぼす潜在的な影响の理解や评価に贡献するとともに、今后の水环境管理に新たな视点を与えるものです。

【概要】

水环境中に存在する细菌は、限られたエネルギーをどの生理机能に优先的に使うのかという选択を迫られています。

東北大学大学院環境科学研究科のKatayoun Amirfard助教、大学院工学研究科の佐野大輔教授らの研究グループは、細菌が増殖、バイオフィルム形成、接合による薬剤耐性遺伝子伝播、ならびに重金属耐性といった多様な機能に、エネルギーをどのように振り分けているのかを、Dynamic Energy Budget（DEB）理論^（注1）に基づく数理モデルを用いて解析しました。特に、さまざまな分野で使用され、水环境中にも広く存在している窜苍翱への曝露条件下における细菌のエネルギー配分の経时変化を追跡しました。基质量、バイオフィルム量、细菌浓度、接合^（注2）の効率などの実测値を用いてモデルパラメータを推定し、窜苍翱浓度に応じたエネルギー配分の変化や、各机能へのエネルギー配分の関係を可视化することで、水环境中における薬剤耐性遗伝子の拡散リスクを理解?评価するための新たな知见を得ました。本成果は、今后の水环境管理や薬剤耐性対策への贡献が期待されます。

本研究の成果は2025年12月24日に、水分野の学術誌Water Researchに掲載されました。

図1. 遺伝子受容菌におけるDEBに基づくエネルギー配分モデルの模式図。基質（S）は同化エネルギーフラックス（J_assimilation）によって一次エネルギー源として取り込まれ、贮蔵エネルギー（E）として蓄积される。その后、エネルギー利用フラックス（J_mobilization）を介し、维持（J_maintenance）、増殖（J_growth）、重金属耐性（J_metal）、バイオフィルム形成（J_biofilm）、および接合（J_conjugation）に利用される。これらは金属ストレス下および遗伝子供与菌の存在という外部ストレス条件下においてバイオマス（V）の形成へとつながる。

【用语解説】

注1. Dynamic Energy Budget（DEB）理論
生物が取り込んだエネルギーを、成长や生存などの生命活动にどのように配分しているかを表す数理理论。

注2. 接合
细菌どうしが直接つながって遗伝子を受け渡す仕组みであり、遗伝子供与菌が细い线毛を遗伝子受容菌に伸ばして结合し、线毛を通じてプラスミドなどの顿狈础を遗伝子受容菌に送り込むことで、受け取った细菌は新たな性质（抗生物质への耐性など）を获得できる。

【论文情报】

タイトル：Energy allocation trade-offs among conjugative transfer, biofilm formation, and heavy metal resistance: A dynamic energy budget theory perspective
著者：Katayoun Dadeh Amirfard, Mohan Amarasiri, Daisuke Sano*
*责任着者：东北大学大学院工学研究科　教授　佐野大辅
掲載誌：Water Research
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学大学院工学研究科
教授　佐野大辅
TEL: 022-795-7481
Email: daisuke.sano.e1*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学大学院工学研究科
情报広报室
担当　沼泽みどり
TEL: 022-795-5898
Email: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）