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2021 October

膜タンパク質研究センター設立のお知らせ
膜タンパク質は，生体内タンパク質の３０％を占め，物術；Key5：立体構造解析技術）

質輸送やシグナル伝達，生体エネルギー産生・変換などのを開発してきました。これらの細胞機能において重要な役割を果たしています。このため開発基盤技術をさらに改良・拡医薬品や農薬の大半が膜タンパク質に作用することにより充し，得られた独自技術を用い効果を示すことが知られています。しかし，膜タンパク質た医薬品・診断薬・農薬・新エの多くは安定性（耐熱性）が低いため精製することが難しく，ネルギーの開発を目標に，産学医薬品や農薬開発のボトルネックになっていました。当研

官共創を推進する研究拠点とし究室では，長年にわたり膜タンパク質に焦点を当てた基礎て，理学研究院に「膜タンパク研究を推進し，膜タンパク質研究を加速するための革新的質研究センター」を設立する運な基盤技術（Key1：耐熱化予測法；Key2：オンカラム精製びとなりました（図１）。

技術；Key3：化合物探索技術；Key4：機能性抗体作製技

膜タンパク質研究センター長

村田武士（化学研究部門 教授）

本センターは，基盤技術（Key1-5）を高度化すると同時にアカデミア創薬の基盤となる新規技術を導入するために，理学研究院の化学・生物・物理研究部門から有機合成（反応）
化学，生物物理学，細胞生物学，非平衡物理学分野の先鋭的な研究を推進する先生にご参加いただきました（図２）。産業界からは製薬企業，農薬・食品企業などに参加を求め，学際的研究と産学連携の融合による医薬品分野，アグリバイオ分野，クリーンエネルギー分野等の研究開発を促進いたします。学術研究・イノベーション推進機
構（IMO）
による支援のもと「膜タンパク質研究」に特化した世界的な研究センターを構築し，企業や国からの研究資金を獲得することで持続的な研究・運営を目指します。本センターは研究開発のみならず，産学官の研究者のネットワーク構築や若手人材育成，本学の国際連携やグローバル化にも貢献していきたと考えています
（図３）
。

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理学研究フロント

教員の研究活動は，随時 理学部ＨＰから閲覧できます ▶▶▶︎

プログラムの線形代数

象に，光誘起による非平衡状態での量子ダイナミクス，特に数学・情報数理学研究部門 准教授

塚田 武志

コンピュータに向けて書かれた計算手順の指示書をプログラ

フェルミオン対凝縮状態の創生や制御，周期外場印加による超伝導状態と電荷密度波状態の制御や磁気秩序のスイッチングなどを研究してきました。さらに最近では，電子と正孔の対凝縮状態である励起子絶縁体と呼ばれる秩序状態に対し，非線形ムといいます。図は McCarthy 91 として知られる整数上の関光学応答，特に３次高調波発生の理論的研究を展開しました数を定義するプログラムです。プログラムは書くのも読むのも（図）。

中々難しいもので，例えば McCarthy 91 関数は 101 以下の任

物性理論物理学の将来を展望するとき，こうした非平衡・非意の入力に 91 を返すのですが，この振る舞いを図のプログラ

線形領域における量子ダイナミクス理論の開拓は，今後ますまムから読み取るのは容易ではありません。

す重要となるに違いありません。

難しい関数に出会ったときに，数学では手始めに線形近似をExcitonic insulator

考えてみることがよく行われます。複雑なプログラムも線形近似ができれば分析の助けになることが期待できます。プログラ
ミング言語理論における線形代数は，1987年にフランスの論Ω3Ω

理学者 Girard によって発見されました。
線形なプログラムとはプログラム中の各命令が一度しか使われないものを言います。図のプログラムは線形ではありません。例えば f(100) を計算するのに f が何度も呼び出されます。
この「何度も呼び出される」というのが非線形性で，図のプログ
ラムの理解が困難な理由です。

励起子絶縁体における３次高調波発生の模式図

最近ではプログラムを線形近似するための微分の理論や，高次の微分まで使ったテイラー展開も整備され，プログラムの理論的解析の数学的道具として利用されています。

CO2を安価に光燃料化する化学研究部門 教授
図 McCarthy 91 関数いう名前の有名な関数を定義するプログ
ラム。f の定義式に再び f が（しかも二度も！）現れており，理解するのが大変。

泉 康雄

CO2を再生可能エネルギーのみを用いて燃料に戻すことができれば，新たなカーボン・ニュートラル・サイクルを形成することができます（図1）。ここで，使用する材料も安価であることが必要です。
表面化学研究室では，紫外可視光照射によりCO2を高速にメタンに変換するニッケル–酸化ジルコニウム（Ni–ZrO2）
光触媒を相関電子系における非平衡・非線形ダイナミクスの理論
物理学研究部門 教授

図1: 本研究による
カーボン・ニュートラル・サイクル

太田 幸則

従来の量子物性物理学は，もっぱら熱平衡状態において，外場に対して線形応答の領域で展開されてきましたが，近年の実験技術の進展により，外場印加によって作り出される非平衡状態が量子物性物理学の研究対象として浮上し，さらには外場に対して非線形応答領域の研究が実現可能となってきました。前者の例として，光誘起の金属絶縁体転移や超伝導転移の観測，電荷・スピン秩序の制御，さらには周期外場下の非平衡定常状態におけるフロケ理論を応用した物質設計が注目を集めています。後者の例としては，固体における高次高調波発生やバルク
光起電力効果が注目されていますが，一体近似での理論体系は整備されているものの，電子相関効果については十分研究がなされておらず，未開拓の課題が数多く残されています。
こうした背景のもと，私たちはここ数年，強相関電子系を対2

図2: Ni–ZrO2光触媒によるCO2光メタン化の反応機構。

見出しました。光触媒の原料は比較的安価であり，外部から電てきましたが，その生物学的な意味は未だ謎に包まれていま位をかける必要がないためシンプルな設備で光燃料化が可能です。

す。

私たちはこの奇妙なゲノム上の“異物”に着目して，ゲノムへのZrO 2に紫外光を照射すると，試料内部で電子とホール（+1の「取り込み」と「除去」に関わる酵素の存在をそれぞれ突き止め，電荷をもつ仮想粒子）が生じ，これらがZrO2表面に到達するこ

その反応機構を生化学・構造・細胞生物学の視点から多角的にとでそれぞれ還元および酸化反応に寄与します。C原子核中の解き明かしてきました。さらに疾患の発症メカニズム解明のた

中性子数が異なる標識13CO2ガスと表面12CO2との交換反応，めに，リボヌクレオチドの蓄積が引き起こすゲノム配列の変および赤外吸収により，ZrO2表面に吸着したCO2がCOへ光還異，クロマチン修飾変化，そして染色体の立体配座まで次元横断的にゲノム不安定性を調べています。そもそも，ゲノム複製元されることが分かりました（図2(a)～(c)）。
一方，Niに可視光を照射すると，平均径1.7 nmのNi粒子内でという重要なイベントで何故あえてこの様な基質選択の曖昧さ

光エネルギーが熱に変わることで394 Kに加温されることが，が伴うのか，その裏には生命の根幹に関わる秘密が隠されてい透過型電子顕微鏡および広域X線吸収微細構造により分かりまるかもしれません。

した（図2右）。さらに，加温によりH2またはH2OがNi表面で解離され，ZrO2表面から移行してきたCOをCH4にまで還元する（図2(d)～(f)）ことが赤外吸収およびガスクロマトグラフィー質量分析により分かりました。
類似光触媒作用の理解に役立つ他，地上のみならず，成層圏や火星での適用が期待されます。

海底地震観測網と沖合の地震活動
地球科学研究部門 准教授

DNA複製の曖昧さが引き起こすゲノム不安定性
生物学研究部門 特任助教

佐々 彰

ゲノムDNAの複製は，細胞分裂に先立って“正確に”行われる

津村 紀子

東日本の下には東側の日本海溝および千島海溝から太平洋プレートが沈み込み，陸側プレートとの境界や沈み込むプレート内部で多数の地震を発生させています。これまでは地震観測点が震源から離れた陸上に偏って分布していたので，太平洋側の沖合部で発生する地震は，その地震がどこで発生したかの決定精度が，十分ではありませんでした。とされていますが，実は細胞内では想像以上に曖昧な反応とし2016年から運用が開始された防災科学技術研究所の海底地て進行します。DNA複製酵素はゲノムを合成する際に，DNA前震観測網S-netはそんな問題を解決する救世主です。S-netのデー駆体と構造が似ているRNA前駆体（リボヌクレオチド）を基質とタは研究者が自由にダウンロードして解析に使うことができましてゲノムに取り込んでしまうことがあります。ヒトのゲノムす。図は福島県沖のS-net観測点の配置（■）と2016年福島県沖には，一回の複製で100万分子以上もの取り込みが起きると見地震の震源域近傍で起こった地震の震源を，陸域観測点だけで積もられています。ある種の癌細胞や自己炎症性疾患患者のゲ

決 め た場 合（灰色ノムにはリボヌクレオチドが異常に蓄積していることが分かっの点）と陸域観測点 にS-net観 測 点のデータを加えて決 定し た 場 合（赤点 ）の 比 較したものです。陸域のみで決定されたときは福島沖地震余震の震源は沈み込む
プレート近傍で発生したように決定されていましたが，新しく求められた震源分布から，福島沖地震が陸側プレート浅部で発生したことが明瞭にDNA複製酵素がRNA前駆体を基質としてゲノムに取り込む様子なりました。

3サイエンスノート

ガスハイドレートができる海底環境を実験室で再現する
ガス（メタン）ハイドレートは，メタンなどのガスと水が十分に地球科学研究部門 准教授

戸丸 仁ます。現在は，鉱物の種類と粒径を変えながら，二酸化炭素を使ってハイドレートを合成し，これらの物理的・化学的な性質がハイドレートの安定性にどのようにどのくらい寄与しているのかを検証しています。実験かある低温・高圧環境で生成します。そのため，日本周辺の深海底に広く分布していることがわかっています。ガス―水―ハイドレートの相平衡条件は実験で丁寧に求められていますが，実際の海底では，海水（間隙水）やガスの化学組成のほか，堆積物に含まれる鉱物の種類や空隙の大きさ・形状など，さまざまな要因がガスハイドレートの生成環境を決めています。これらの影響を評価することは，ガスハイドレートの分布や地球上での全体量を知るための基本的な情報となります。
実験室でのガスハイドレートの合成実験は，天然では複雑に絡み合っているこれらの要因を，一つ一つ検証することができら明らかになる小さな情報を積み重ねて，天然環境で起きている大きな現象の，全体像の理解を目指しています。

実験で生成した
二酸化炭素ハイドレート「CIRIC 夏休み青少年サイエンスセミナー」
開催報告
CIRIC長荒井孝義（化学研究部門教授）

千葉ヨウ素資源イノベーションセンター（Chiba Iodine ResourceInnovation Center: CIRIC）
では，令和３年８月18日に「夏休み青少年サイエンスセミナー」を開催致しました。
『電子顕微鏡でミクロな世界を見てみよう』
をテーマに，卓上型走査電子顕微鏡を使って身近なもの
千葉大学 CIRIC-日本電子（株）を高倍率で観察する企画です。
夏休み 青少年サイエンスセミナー
日本電子株式会社の理科教育支援グループより３名の講師をお招きし，小学１年生から中学３年生まで15名に参加頂きました。長さの単位から光学顕微鏡と走査電子顕微鏡の仕組みについて学んだ後，皆さんに持参して頂いた植物や食品など身近なものを観察しました。スパッタ法による試料作製の後，走査電子顕微鏡の測定は１人ずつ，講（図１）
開催のポスター師に教わりながら実際にタッチパネルを触って拡大操作をしてもらいました。
参加した児童・生徒のみなさん並びに保護者の皆様からは，｢ミクロの世界を見ることができ，実際に電子顕微鏡の操作をさせてもらえて，貴重な体験をすることができました｣，｢夏休みの貴重なサイエンス体験になり感謝し （図３）キュウリの雄しべています｣，｢万全なコロナ対策の中で有意義な時間を過ごすことができました｣などの感想をお寄せ頂き，不自由な夏休みのなかでの企画を喜んで頂きました。

共催：千葉大学千葉ヨウ素資源イノベーションセンター（CIRIC）、日本電子株式会社（JEOL）

みなさんの身の回りのものを「電子顕微鏡」を使って高倍率で観察してみましょう！

花粉、昆虫、うろこ、紙など、肉眼や光学顕微鏡では見られない、ミクロな世界を体感できます。

千葉大学 CIRIC では、小学校 4 年生から高校生を対象に、日本電子(株)の理科教育支援の講師を招いて、「卓上型電子顕微鏡」を実際に操作できるセミナーを開催します。電子顕微
鏡の仕組みについて学んだあと、参加者のみなさんにお持ちいただいた身近なものを実際に観察して、操作の体験をしていただきます。観察したものは写真に撮ってお渡しします。

ミクロな世界を見ることで今までと違ったものが見えてくるかもしれません。観察や科学に犬の毛興味のある方、電子顕微鏡をのぞいてみたい方、ぜひご参加ください。
日 時： 2021 年８月１８日（水） 各回 5 名まで①10:00-11:30②13:00-1４:30③15：00-16：30

場 所： 千葉大学 千葉ヨウ素資源イノベーションセンター

３階会議室（千葉市稲毛区弥生町 1-33） [CIRIC] URL: https://ciric.chiba-u.jp/

対 象： 小学 4 年生～高校 3 年生（小学 3 年生以下は保護者 1 名同伴）

参加費： 無料
申込方法： 8 月 13 日(金)正午までに、E-mail（ciric-network@chiba-u.jp）にてお申込みください。メールの件名は[サイエンスセミナー参加希望]として、本文中に「参加可能な時間帯の番号・名前・住所・学年・電話番号・メールアドレス」をご記入ください。
※参加時間帯は、お申込みのメールアドレスに 8 月 13 日(金)午後にご連絡いたします。ciric-network@chiba-u.jp のアドレスから受信できるように、メールの受信設定等をご確認ください。

（本講座の参考）[日本電子(株) 理科教育支援]URL
https://www.jeol.co.jp/science_class/
申込・問い合わせ先： 千葉大学 千葉ヨウ素資源イノベーションセンター（CIRIC）事務室
E-mail：ciric-network@chiba-u.jp TEL：043-290-2883

（図２）
測定の様子

インコの羽根

理学部夏季オンラインオープンキャンパス

学事報告

令和３年８月８日㈰，９日（月・祝）におきまして，令和３年度理学部夏季オンラインオープンキャンパスが実施されました。
今年は，全学科Zoomを使ってのオンライン形式での実施体制
で臨み，学科説明会や個別相談会，学生交流会を行いました。
８月８日㈰は，数学・情報数理学科，化学科，生物学科が実施，８月９日（月・祝）は物理学科，地球科学科が実施しました。全学科合わせて，高校生及びその家族等，約380人の方にご参加いただきました。
学科説明終了後，参加者達が拍手をしながら退出する場
面や，個別相談会では本学の在学生と和気藹々と懇談する場面も見受けられ，いずれも来年の入学者獲得につながったと思います。
幸い，大きなトラブルなしにプログラムを進めることができました。各学科・コースの先生方並びに学生の皆様，事務職員の皆様の多大なご協力のおかげと感謝しております。改めまして御礼申し上げます。

千葉大学 大学院理学研究院・理学部
令和３年10月発行

4●令和３年９月28日㈫千葉大学卒業式，大学院修了式が行われ，理学部８名が卒業。
融合理工学府博士前期課程 ４名が修了，融合理工学府博士後期課程 １名が修了しました。
●令和３年10月１日㈮融合理工学府博士前期課程 ７名が入学しました。
融合理工学府博士後期課程 ４名が入学しました。

千葉 大 学 S EEDS 基金は、ご 寄 付をもとに、学生の生活環境の整備、教育研究環境の整 備 、学 生 へ の 奨 学 金 の 支援、国際交流事業の推進などを行っています。
次 世 代 を 担 う 若 者 がより良いキャンパスライフを送れるよう 、ご 支 援・ご 協 力をお願いいたします。

ホームページから寄付のお申し込みができます。

〒263-8522 千葉市稲毛区弥生町1-33
TEL 043（290）2871（代表）http://www.s.chiba-u.ac.jp/