生体の科学72巻3号

2021年06月発行

特集 生物物理学の進歩—生命現象の定量的理解へ向けて Ⅲ．個体，進化レベル

大腸菌化学走性における感知・応答の情報論的な最適性

著者： 中村絢斗¹ 小林徹也¹²

所属機関： ¹東京大学大学院情報理工学系研究科 ²東京大学生産技術研究所

ページ範囲：P.239 - P.244

　生物は大腸菌から人間まで，環境の変動を認識し適切に応答へとつなげる多様で高感度な感覚系を有している。一方で，生体，特に細胞内においては，素過程である細胞内反応が大きな確率性やゆらぎを示す。感知やその処理過程に確率性を持ちながら，細胞系が適切に環境変動に応答できるメカニズムは完全には理解されていないが，情報理論を用いた解析などにより，細胞や生体がゆらぎを持つ観測シグナルから，その背後にある環境変動についての物理限界に近い推定をしていることが示唆されている。しかし，どのような細胞内反応系が物理限界を達成する推定を実現できるのかはほとんどわかっていない。
　本稿では，化学走性に必要な環境のリガンド濃度情報を取り出す大腸菌のセンサ系が，最適な推定を実現するシステムの物理的実装として捉えられることを，最適フィルタの理論を応用することで示す。

参考文献

1）Berg HC：E. coli in Motion, Springer Science ＆ Business Media, New York, 2004

. 42：337-359, 2013

. 2：e154, 2006

. 102：218101, 2009

. 104：248101, 2010

. 142：1206-1217, 2011

. 123：198101, 2019

. 105：14855-14860, 2008

. 6：382, 2010

. 104：228104, 2010

：2005.13208, 2020

. to appear 2021

. 428：437-441, 2004

. 103：1786-1791, 2006

. 92：2329-2337, 2007

. 387：913-917, 1997

. 97：4649-4653, 2000

18）Jazwinski AH：Stochastic Processes and Filtering Theory, Courier Corporation, Mineola, 2007