トンネル掘削をする細菌!~細菌が極狭通路を突破する仕組みをはじめて解明~

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2026-01-22電気通信大学

立命館大学産業技術総合研究所などの研究グループは、細菌が幅約1マイクロメートルの極狭通路を突破する新しい運動戦略を世界で初めて解明した。昆虫共生細菌は、べん毛を自らの細胞表面に巻き付けて回転させる「ドリル運動」により、トンネル掘削機のように狭い空間を効率よく前進できることが示された。研究チームは、昆虫腸内の狭窄部を模倣した微小流体デバイスを開発し、高速蛍光顕微鏡で運動を可視化した。さらに物理シミュレーションと遺伝子操作実験により、べん毛基部のフックの柔軟性がドリル運動と感染成功に不可欠であることを証明した。本成果は、微小環境での細菌行動原理や宿主―共生菌相互作用の理解を深め、感染制御や生物模倣技術への応用が期待される。成果はNature Communicationsに掲載された。

トンネル掘削をする細菌!~細菌が極狭通路を突破する仕組みをはじめて解明~
図:細菌がドリル運動で狭小空間を突破するイラスト(左)。極狭通路を通過する共生細菌。ドリル運動と通常の運動の比較(右上)。物理シミュレーションの結果(右下)。本リリース論文 Yoshioka, et al. Nat Commun (2026) を参照。

<関連情報>

細菌は鞭毛の巻きつきによって1マイクロメートル四方の通路を突破する Bacteria break through one-micrometer-square passages by flagellar wrapping

Aoba Yoshioka,Yoshiki Y. Shimada,Toshihiro Omori,Naoki A. Uemura,Kazutaka Takeshita,Kota Ishigami,Hiroyuki Morimura,Maiko Furubayashi,Tetsuo Kan,Hirofumi Wada,Yoshitomo Kikuchi &Daisuke Nakane
Nature Communications  Published:20 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-67507-9

Abstract

Confined spaces are omnipresent in the micro-environments, including soil aggregates and intestinal crypts, yet little is known about how bacteria behave under such conditions where movement is challenging due to spatial confinement that limited effective diffusion. Stinkbug symbiont Caballeronia insecticola navigates a narrow gut passage about one micrometer in diameter to reach the stinkbug’s symbiotic organ. Here, we developed a microfluidic device mimicking the host’s sorting organ, wherein bacterial cells are confined in a quasi-one-dimensional fashion, and revealed that this bacterium wraps flagellar filaments around its cell body like a screw thread to control fluid flow and generate propulsion for smooth and directional movement in narrow passages. Physical simulations and genetic experiments revealed that hook flexibility is essential for this wrapping; increasing hook rigidity impaired both wrapping motility and infectivity. Thus, flagellar wrapping likely represents an evolutionary innovation, enabling bacteria to break through confined environments using their motility machinery.

生物環境工学
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