くるくる泳ぐ繊毛虫 繊毛「1本」の3Dイメージング~低レイノルズ数環境で生きる微生物の泳ぎ方の理解に向けて~

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2025-09-24 東京大学

東京大学の研究チームは、繊毛虫テトラヒメナの単一繊毛の3次元運動を高精度・高速度で可視化することに成功した。従来は電子顕微鏡で構造解析は進んでいたが、繊毛の正確な運動軌跡は不明だった。今回、マイクロマニュピレーションで生きた繊毛虫を捕捉し、光学技術で繊毛先端の軌跡を追跡したところ、円弧と弦を組み合わせた形で休むことなく連続運動していることが明らかになった。この成果は、低レイノルズ数環境における非慣性的な微生物遊泳メカニズムの解明に寄与し、さらに生体運動原理を応用したバイオマイクロロボットやマイクロ流体デバイスの設計指針にもつながると期待される。

くるくる泳ぐ繊毛虫 繊毛「1本」の3Dイメージング~低レイノルズ数環境で生きる微生物の泳ぎ方の理解に向けて~
生きた ままの状態での繊毛虫表面の繊毛「1本」の先端の動きを高精度・高速度でイメージングすることに成功

<関連情報>

生きた繊毛虫テトラヒメナ の​​繊毛先端の3次元的な拍動パターン Three-dimensional beating pattern of the ciliary tip in the live ciliate Tetrahymena

Akisato Marumo,Hiroto Ishii,Shin Yamaguchi,Rieko Sumiyoshi,Kyohei Matsuda,Masahiko Yamagishi,Junichiro Yajima
Journal of Cell Science  Published: 24 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1242/jcs.264027

ABSTRACT

Ciliates utilise motile cilia, which are highly dynamic organelles protruding from the cell surface, to swim helically in a three-dimensional (3D) space. The 3D nature of their swimming behaviour and rapid ciliary beatings make its quantitative analysis difficult. Here, we quantified the 3D motion of a microbead bound to a ciliary tip in a live immobilised Tetrahymena thermophila cell using 3D tracking optical microscopy. We found that the tip of individual ciliate cilia, consisting of the 9+2 structure of the axoneme, shows semicircular counterclockwise rotation in a single plane when looking down on the cilium. The rotational trajectories of the tip consist of fast and slow strokes, with the tip path during the fast and slow strokes being an arc and linear, respectively. The direction of the fast stroke of the ciliary tip, with respect to the cell body, was from the right-anterior to the left-posterior region, which is consistent with the direction that would induce right-handed helical swimming of the Tetrahymena.

生物工学一般
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