hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アフィニティ膜濾過法を導入した遺伝子治療用プラスミドDNA精製プロセスの開発

アフィニティ膜濾過による医療品純度のプラスミドDNAの精製プロセスの開発を行った。菌体内からプラスミドDNAを溶出する方法を検討し、スラリーの粒度分布、顕微鏡写真、膜濾過特性および液中の核酸の電気泳動分析からエレクトロポレーションの導入が有用であることを示した。プラスミドDNAと親和性のあるリガンドとして酸化鉄粒子を選択し、二段階のアフィニティ膜濾過法を検討した。溶液のpHを5に調製して吸着濾過を行い、不純物を除去した後、pH 9, 10, 12の溶液を順に透過させ、プラスミドDNAをリガンドから脱着させた。回収液の分析の結果、核酸の精製度は高く、本手法の有用性が確認された。近年、先天性疾患等の治療を目的として、遺伝子治療や遺伝子ワクチンの開発が活発に行われるようになり、医療品純度のプラスミドDNAを大量生産するのに適した産業レベルでの分離・精製法の開発が求められている。本研究では、スケールアップが可能なプラスミドDNAの精製法として膜濾過法に着目し、プラスミドDNAと親和性のあるリガンドを探索するとともに、リガンドと分離膜とを用いるアフィニティ膜濾過法を確立し、プラスミドDNAの精製プロセスを開発することを目的とする。プラスミドDNAと親和性のある物質として金属イオン、金属酸化物、ペプチド、タンパク質、ゲルなどをリガンドの候補とし、これらに対するプラスミドDNAの吸・脱着特性を検討したところ、酸化鉄を用いた場合に、試料液のpHを変化させるだけの容易な操作で吸・脱着が可能なことが明らかとなった。プラスミドDNAの膜濾過実験から、濾過中に形状変化が生じ、膜濾過条件の設定が難しいことが明らかとなったが、酸化鉄をリガンドとして用いると、酸化鉄に吸着したプラスミドDNAはすべて精密濾過膜で阻止され、不純物との分離が可能であった。また、濾過後に溶離液を透過させることで酸化鉄に吸着したプラスミドDNAを脱着回収できることも確認できた。実際のプロセスでは、菌体内に存在するプラスミドDNAを取り出す工程が必要となり、薬品による溶菌、超音波やビーズミルによる菌体破砕などを試み、プラスミドDNAの溶出効率を検討した。以後の精製プロセスへの影響や遺伝子治療に用いる場合の安全面も考慮する必要があり、今後、新たな菌体破砕法の導入も試み、最適な手法の確立を目指す。プラスミドDNA精製の第一段として、菌体内に存在するプラスミドDNAを取り出す工程が必要となる。一般的には薬品による溶菌が行われるが、有害物質を含むため、超音波やビーズミルによる菌体破砕、および電気パルスにより細胞膜に穴をあける方法を試み、プラスミドDNAの溶出を検討した。超音波処理ではプラスミドDNAの分解が、またビーズミルではゲノムDNAの切断が生じ、精製が難しくなったが、電気パルスを利用するエレクトロポレーションの導入により薬品を用いる従来法と遜色なくプラスミドDNAを溶出できることがわかった。遺伝子治療に用いる場合の安全面も考慮すると、有害薬品を使用しない点での重要性は大きい。菌体を破砕すると、菌体内の様々な物質が溶出されるため、通常、膜濾過性が著しく低下するが、エレクトロポレーションの操作条件を適切に設定することで、破砕菌体や不純物となる様々な生体高分子の凝集塊が生じ、濾過性が向上することを確認した。凝集塊を膜濾過により取り除いた溶液に対して、リガンドとして酸化鉄を用いるアフィニティ膜濾過を検討し、pHを変化させるだけの容易な操作でのプラスミドDNAの吸・脱着濾過を実現した。今後、プラスミドDNAの溶出効率の向上とリガンドに対する吸・脱着特性の詳細な検討によりアフィニティ膜濾過条件を確立し、精製プロセスの開発を目指す。昨年度に引き続き、菌体内に存在するプラスミドDNAを取り出す工程を検討し、遺伝子治療に用いる場合の安全面も考慮して薬品を極力使用しない安全な手法の確立を試みた。処理後のスラリーの顕微鏡写真、粒度分布、膜濾過特性および液中の核酸の電気泳動分析の結果、電気パルスにより細胞に穴をあけるエレクトロポレーションの導入が有用であることが明らかとなった。リガンドとして選択した酸化鉄によるプラスミドDNAおよびRNAの吸・脱着特性を検討し、吸着挙動はLangmuir式で近似でき、低pHほど飽和吸着量が大きくなることを明らかにした。

また、プラスミドDNAとRNAとで脱着特性に相違があることもわかり、これらの基礎特性に基づいてアフィニティ膜濾過条件を設定した。エレクトロポレーションと精密濾過により菌体から溶出させたプラスミドDNAを含む溶液のアフィニティ膜濾過を行い、低pH条件でプラスミドDNAをリガンドに吸着させた後、膜濾過を行うことで多くの不純物を除去した。その後、溶液のpHを徐々に高くすることでプラスミドDNAはリガンドから脱着された。回収溶液の分析の結果、核酸の精製度は高く、分離・精製法としての本手法の有用性が確認されたが、RNAとの完全な分離は実現できず今後の課題となった。アフィニティ膜濾過による医療品純度のプラスミドDNAの精製プロセスの開発を行った。菌体内からプラスミドDNAを溶出する方法を検討し、スラリーの粒度分布、顕微鏡写真、膜濾過特性および液中の核酸の電気泳動分析からエレクトロポレーションの導入が有用であることを示した。プラスミドDNAと親和性のあるリガンドとして酸化鉄粒子を選択し、二段階のアフィニティ膜濾過法を検討した。溶液のpHを5に調製して吸着濾過を行い、不純物を除去した後、pH 9, 10, 12の溶液を順に透過させ、プラスミドDNAをリガンドから脱着させた。回収液の分析の結果、核酸の精製度は高く、本手法の有用性が確認された。本年度の研究成果によりプラスミドDNAの溶出法が確立され、アフィニティ膜濾過条件の検討も進みつつある。工学・プロセス工学順調に成果が得られているので、当初の計画に従って、次年度は「アフィニティ膜濾過条件および精製プロセスの確立」を進める。本年度の研究成果によりリガンドが選定され、アフィニティ膜濾過条件の検討も進みつつある。本年度は、研究室で保管していた試料や試薬なども利用して研究を進めたため、当初の計画より低予算で成果を得ることができた。順調に成果が得られているので、当初の計画に従って、次年度は「アフィニティ膜濾過条件の確立」と「プラスミドDNA精製プロセスの構築」を進める。次年度は、当初の計画内容に加えて、「リガンドの探索」も引き続いて行い、本手法における最適なリガンドの選定と精製プロセスの確立を目指し、未使用分をこの費用にあてる。また、研究成果を広く公表するため、様々な学会等での研究発表を積極的に計画する。次年度は、当初の計画内容に加えて、本年度の実施内容である「リガンドの探索」も引き続いて行い、本手法における最適なリガンドの選定を行う予定であり、本年度未使用分をこの費用にあてる。
近世幕府直轄領支配に関する研究

1.幕府遠国奉行・幕府代官史料の調査・研究遠国奉行、代官に就任した旗本の家文書の調査・研究を実施した。遠国奉行、代官就任時の記録は、日記(公用日記・私日記のいずれか又は併用)として残される場合が主要で、外に勤役時の聞き書きや受領文書原本が付属する場合もあるという、遠国奉行、代官文書の典型を確認した。遠国奉行、代官の日記史料を収集し、その内容から、幕府や配下の役人との連絡・交渉のあり方、奉行・代官の役職認識を考察した。2.遠国奉行所文書の文書群構造の研究遠国奉行所文書(箱館奉行所文書・長崎奉行所文書)の文書群構造から遠国奉行所における文書行政の特質を復元するための、準備的な研究を実施した。3.近世長崎における役所組織と支配構造の研究長崎奉行所・長崎代官所・長崎会所等の諸幕府機関の相互関係並びに各に所属する役人の存在形態を解明する研究を実施した。成果の一部は、戸森麻衣子「長崎地役人」に発表した。4.代官所下僚の研究代官下僚である手付・手代の新たな史料を発掘し、収集した。韮山代官江川氏の配下であった柏木氏の文書から、代官手付・手代が明治期になって地方行政官僚として転身していく様相を考察した。また、肥後国天草郡の豪商の記録から、在地豪商と手付・手代の文化的交流や金融面での関係を考察した。5.幕府御普請役の研究幕府御普請役は勘定奉行所直属の技術官僚である。幕府御普請役を勤めた大竹氏旧蔵文書(京都大学所蔵)を収集し、御普請役による直轄領行政への関与のあり方を、代官行政と勘定奉行所の関係を考察する切り口として分析した。1.遠国奉行並びに幕府代官関係史料の調査・収集(1)遠国奉行自筆史料遠国奉行自身が書き残した史料群の調査・収集を行った。詳細は以下のとおり。新潟奉行-川村修就関係史料(新潟市)、白石千別関係史料(東北大学)大坂町奉行-久須美祐明関係史料(筑波大学)、新見正路関係史料(東北大学)佐渡奉行-久須美祐明関係史料(2)遠国奉行属吏関係史料遠国奉行所勤務の属吏の存在形態を示す史料並びに、属吏が書き残した史料の収集を行った。長崎奉行-長崎奉行家来添野氏史料(栃木県)、佐渡奉行-佐渡奉行地役人井上氏記録(国会図書館)、新潟奉行川村修就家臣史料、日光奉行所同心平賀氏史料(栃木県)、京都町奉行所与力某氏史料(京都府)(3)代官関係史料伊豆韮山代官江川氏史料(江川文庫)、代官白石忠太夫日記(東北大学ほか)(4)その他直轄領支配に関する史料勘定吟味役長坂家記録(京都大学)、等(5)その他自治体史・調査報告書等の刊行物データからの収集を行った。金沢文庫所蔵依田家文書、ほか。2.遠国奉行に関する研究(1)天保期の長崎奉行伊沢政義による改革政策の特質を明らかにする研究を行った。史学会103回大会(2005年、会場東京大学)でその成果を報告した。(2)遠国奉行の残した日記史料の特質(記録形態/内容)について研究を行った。(3)アジアの諸港町における社会構造の比較研究を主眼とする研究グループ主催研究会において、「幕府の長崎湊支配-浦上村淵の船と「百姓」をめぐって-」と題し、貿易・外交都市長崎の機能を補完するために敷かれていた、長崎近隣直轄領郷村における役動員体制について解明する報告を行った。
人間的側面研究に基づくヒグマ保護管理の社会実験-北海道渡島半島地域住民との協働-

渡島半島地域と厚沢部町の住民を対象として、それぞれヒグマに対する意識と行動に関するアンケートとインタビュー調査を行った。その結果、北海道のヒグマ保護管理計画の問題点を指摘するとともに、住民の間にヒグマに関する予防対策を行う余地があることを明らかにした。また、ヒグマの出没や捕獲のデータの分析と現地調査、農林業政策の検証などを通して、厚沢部町固有の予防対策の必要性と可能性を見出した。本研究の目的は、ヒグマの出没が頻発する北海道渡島半島地域において、ヒグマ保護管理の人間的側面研究に基づき、従来の事後対応型のヒグマ対策に加えて地域住民参加の予防体制を構築する社会実験を行い、その可能性と困難性、有効性を検証することである。初年度である平成18年度は渡島半島地域全体と、中でも特にヒグマの出没が頻発する厚沢部町とヒグマの出没が比較的少ない長万部町を対象に、郵送アンケートによる住民意識調査を行った。厚沢部町では各種関係者への聞き取り調査と各種資料分析、出没現場検証も行った。このうち住民意識調査の結果の分析は、厚沢部町については終えているが、長万部町と渡島半島地域全体については平成19年度に行う予定である。それ以外の調査の結果は一応の整理を終えている。厚沢部町に関する調査結果の概略は以下の通りである。1.ヒグマによる畑作物の食害が年平均数十万円規模で発生し、有害捕獲が年平均十数頭行われている。対策はほとんど出没時の注意喚起と捕獲のみである。出没が集中する地域がいくつかあるが、食害を受ける農家は限定されていない。2.歴史的に、森林を伐採しての農地開発が精力的に行われ、農地へのヒグマの出没を増やす要因となっている。3.遭遇、目撃、作物の食害などヒグマに関する経験を持つ住民は8割に及び、住民のヒグマに対する態度は大変厳しい。人里へのヒグマの出没を許容しない人が8割、ヒグマの生息そのものを許容しない人が5割に達する。ただしその差3割の人はヒグマが山中にとどまる限りでは生息を許容すると解しうる。ここに予防策の実施によるヒグマとの共存の可能性が見出されうる。住宅周辺や田畑でヒグマ予防策をとっている人が2割にとどまっているがゆえに予防の余地は大きい。また、ごみ管理や教育、予防支援などを望む人も6割ないし9割おり、住民の間に予防策への期待は高い。初年度(昨年度)は対象地域全体の住民意識調査(アンケート調査)を行うとともに、特にヒグマの出没と被害が頻発する特定地域を選定して住民意識調査(アンケート調査)、各種関係者への聞き取り調査、およびヒグマ出没・被害発生現場の検証を行った。これらのうち後二者により得られた情報については一応の整理を終えた。また、二つの住民意識調査についても部分的に分析を終えた。本年度は、二つの住民意識調査の結果分析を行った。これにより、住民主導型の予防体制構築の可能性と依拠すべき基盤をある程度明らかにすることができた。そのうちヒグマ出没地域対象の住民意識調査の結果を論文として発表した。また、それと現場の検証、聞き取り調査の結果を合わせ、International Association for Bear Research and Managementの年次大会(メキシコ開催)において発表した。それらと並行して、社会実験を開始するために二つの作業を開始した。一つは、ヒグマの生態研究を行っている研究協力者などの協力を得ながら、特定地域での予防策として利用可能な各種手法を選定することであり、もう一つは、特定地域住民の中に予防体制構築に参画する住民を見出してその組織化を働きかけることである。後者は少なからぬ住民の同意と協力、そしてその核となる人物の出現を必要とする。今年度、核となりうる人物群を一部見出すことには成功したと考えているが、地域内における影響力は限られており、そのような状況下で具体的にどのような手法を採るべきか検討している段階である。初年度の平成18年度は渡島半島地域全体と、なかでもヒグマ出没に関して対照的な地域、すなわちヒグマ出没が頻発する厚沢部町と比較的少ない長万部町を特に選び、郵送アンケートによる住民意識調査を行い、また厚沢部町において関係者への聞き取り調査やヒグマ出没・被害発生現場の検証を行った。その中間報告を第17回国際クマ学会で発表した。それに加えて世界における野生生物に関する人間的側面研究のレビューや北米・北欧でのヒグマの保護管理の実態などをまとめた論文を発表した。平成19年度は上記住民意識調査の結果を集計・分析した論文を発表した。それに加えて聞き取り調査結果などについても分析し、第18回国際クマ学会で発表した。また引き続き地域住民への聞き取り調査を行った。平成20年度はヒグマに対する社会的許容性が極めて低い厚沢部町において、どのような予防対策が現実的であるかを探るために、ヒグマの出没状況と農家の人々の心情などについての聞き取り調査を再び行った。並行して、道内各市町村の鳥獣被害対策の現状についてアンケート調査を行い、結果を論文として発表した。

1月にはフィンランド・ラップランド大学にてKaarina Kailo ed., Wo (men) and Bears, Inanna Publications & Education, Canadaの著者の一人、Elina Helander Renvall博士と共同セミナーを開催し、ラップランドの先住民族サーミの社会と文化におけるクマの位置づけや自然と人間との持続的な関係について北海道のアイヌ民族の場合とかかわらせて議論を交わした。3月には、平成13年度と平成18年度に渡島半島地域を対象として実施した2度のアンケート調査を比較分析し、本学環境科学・防災研究センター主催の国際会議(Joint Seminar on Environmental Sciellce and Disaster Mitigation Research 2009)において発表した。また厚沢部町において地域のヒグマ出没予防を担う積極的な住民を育成するため、生態学研究者を講師とした講演会を実施し、ヒグマの生態や予防法、対処法についての関心喚起と知識普及を図った。
遺伝生化学的手法を用いた日本産有尾類の系統分類・生物地理学的研究

小型サンショウウオ数種をはじめとし、オオサンショウウオ、イモリ類という代表的な日本産有尾類について、電気泳動法を用いて遺伝的変異を調査し、その結果を形態・生態・生物地理などの側面から比較検討して、諸系統に共通な特性、各群に固有の特性を明らかにした。(1)北海道産のキタサンショウウオは独立属として問題がないこと、エゾはトウホクと一群をなし、ヒダから分岐したと推定され独立属とできないことがわかった。これらの種は非常に早い時期に分化を起こし、キタは他から中新生中期に、エゾは鮮新生に止水性の群と分岐したと推定された。(2)佐渡島固有のサドサンショウウオは、本州産クロと遺伝的にあまり分化しておらず、両者が同種であることは疑いない。(3)エゾサンショウウオの帯広産2個体群は遺伝的に千歳産から区別され、形態の相違と一致しなかった。(4)オオサンショウウオ1個体群のすべての個体は遺伝的に均質で、生態的危機をまぬがれた少数個体をもとに個体群を維持していると推定された。(5)イボイモリの奄美・徳之島間の分化程度は低いが、これらと沖縄との間には分化が見られる。この種は通常発見されるよりは個体数が多いと推定される(6)東日本産のイモリ、東北品種と関東品種は遺伝的に分化しているが、東北産品種の分化程度は関東産より低、関東品種中には人為的に移入されたものが含まれている。(7)日本産と別属のホンコンイモリは日本産と非常に近く、イボイモリ類は遺伝的に2属に区別できない。1.遺伝変異調査のための材料収集(1).サンショウウオ類の材料を得るために、中国・東北・九州で採集を行い、広域分布種であるカスミサンショウウオ・トウホクサンショウウオの材料をいくつかの地点で得た。とくに分類学的に問題があると予想される中国産地産のカスミサンショウウオの材料を、従来の記録よりずっと東にある岡山・兵庫県境で得ることができた。(2).イモリ類については中国・中部・九州で材料を得たが、とくに南九州については、かなりの密度で隣接する地点での材料収集を行うことができた。2.電気泳動法による遺伝変異の調査(1).サンショウウオ類については、泳動実験を継続中であるが、予想以上の遺伝変異が見出され、材料の収集地点を増やす必要が生じている。(2).イモリについては順調に実験が進行しており、南九州に分布する遺伝的2型の分布境界もしぼられつつある、関東から東北産については一応の結果を出し終え、すでに学会発表(日本動物学会札幌大会)し、現在論文にとりまとめ中である。3.系統関係の予備解析コンピューターを用いて解析するための資料の揃ったイモリ科について、従来一般に行なわれているNeiの遺伝的距離に基づく解析結果を、PA-UPP,PHYLIPの2プログラムに基づく種々の方法で得られた解析結果と比較した。この結果は現在印刷中である。1)流水性サンショウウオについて集中的な調査を行い、四国内部でブチサンショウウオの外部形態に著しい変異の存在することを認めた。またオオダイガハラサンショウウオの分布について新しい知見を得た。これらの流水性サンショウウオの遺伝的変異を、デンプンゲル電気泳動法を用いて現在分析中である。2)止水性サンショウウオ類についても材料の収集を継続し、その過程でいくつかの新産地を発見したが、逆に既知の産地ですでに絶滅している例も確認された。エゾサンショウウオの形態・生態に差のある2個体群と、キタサンショウウオについてはすでに遺伝的変異を解析し、学会で報告した。現在、クロサンショウウオとサドサンショウウオの関係、カスミサンショウウオとトウキョウサンショウウオなどの関係などに重点をおいて分析を進めている。

3)電気泳動実験で得られた結果の解析方法を検討し、外国産を含むイモリ科内部の系統関係の推定に種々の方法を適用した結果を印刷した。4)前年までに発見した南九州産の遺伝的に特異なイモリ集団について、詳細な分布調査と遺伝学的解析を行ない、その結果を学会で報告した。5)東北・関東産イモリ類にみられる遺伝的変異を分析した結果をまとめ、現在投稿中である。6)イボイモリについて奄美大島・徳之島と沖縄差の間に形態的変異を認めたので電気泳動実験を行い、一定の遺伝的差異を確認した。この成果は現在投稿準備中である。1)流水性・止水性サンショウウオ類について材料の追加収集を行い,その過程でいくつかの新産地を発見したが,逆に既知の産地ですでに絶滅している例も確認した。2)昨年度新しく得た,オオダイガハラサンショウウオの分布について調査を続行し,分布・形態変異に関しての知見を現在取りまとめ,発表準備中であり,また遺伝的変異を,デンプンゲル電気泳動法を用いて現在分析中である。3)エゾサンショウウオの形態・生態に差のある2個体群の遺伝的変異の分析を完了し,結果を現在取りまとめ,発表準備中である。4)遺伝的変異の解析に基づく,キタサンショウウオとエゾサンショウウオの系統分類学的位置についても,結果を現在取りまとめ発表準備中である。5)クロサンショウウオとサドサンショウウオの関係についても,遺伝的変異の解析を完了し,現在取りまとめ発表準備中である。6)前年までに発見した南九州産の遺伝的に特異なイモリ集団について,さらに詳細な分布調査を行ない,新しく得られた材料について,現在遺伝学的変異の分析中である。7)東北・関東産イモリ類にみられる遺伝的変異を分析した結果を印刷公表した。8)奄美大島・徳之島産と沖縄産のイボイモリにみられる遺伝的差異の解析結果を,現在投稿中である。9)オオサンショウウオ1個体群中にまったく遺伝的変異がみられないことを確認し,その結果を投稿,受理された。
二酸化炭素を原料とする新規刺激応答性環状およびグラフト型高分子の合成

二酸化炭素を原料とするポリカーボネート(PC)は環境調和型材料として期待されている。しかし、PCのトポロジーを組換える研究展開にはほとんど進展がみられない。高分子トポロジーの組換えは組成や分子量に手を加えることなく物性を操る方策として期待されており、PCのトポロジーを組換えることは急務であった。本研究では、環状構造および櫛型の分岐構造を持つポリプロピレンカーボネート(PPC)の合成に成功した。また、環状PPCが直鎖状PPCよりも高い耐熱性を示すことを突き止めた。さらに、櫛型PPCは、一分子が楕円状のナノ粒子として振舞うことに加え、直鎖状PPCと同程度の温度で熱分解することを明らかにした。本研究は、二酸化炭素の有効利用方策として注目される二酸化炭素とエポキシドの交互共重合によるポリカルボナートの合成技術と特殊構造高分子合成技術とを融合することで、これまでの有機・高分子材料では達成困難であった新たな環境調和型高分子材料を創製することを目的とする。本研究では、とくに環状および櫛形高分子の構造に着目し、本年度は二酸化炭素由来環状高分子およびグラフト共重合体の合成法の確立を目指した。先ず、二酸化炭素-プロピレンオキシド(PO)交互共重合により両末端官能性直鎖状ポリプロピレンカルボナート(PPC)を合成した。次いで、直鎖状PPCの末端基同士を希釈下で反応させることにより、環状PPCを合成することに成功した。続いて、tert-アクリル酸ブチル(tBA)の原子移動ラジカル重合(ATRP)によりPtBAを合成し、酸の添加によるtert-ブチル基の脱保護を経てポリアクリル酸(PAA)を合成した。その後、PAAを開始剤とする二酸化炭素-PO交互共重合を行うことによりPAA-g-PPCを合成することに成功した。二酸化炭素を石油に代わる炭素源に利用した高分子合成法にエポキシドとの交互共重合によるポリカーボネート(PC)の合成がある。この研究領域では、二酸化炭素と共重合可能なエポキシドの探索および高効率な金属錯体触媒の開発が精力的に行われてきた一方で、高分子のトポロジーを組換える研究展開には目立った進展がみられなかった。本研究課題では、PCのトポロジーの組換えによる新物性・機能の開拓を目指し、分子鎖末端の消失した環状PCおよび多数の分岐点・分子鎖末端を有するグラフト型PCを合成した。平成25年度において、両末端官能性直鎖状ポリプロピレンカーボネート(PPC)の分子内反応により環状PPCの合成に成功した。また、ポリアクリル酸(PAA)を開始剤とする二酸化炭素とプロピレンオキシドの交互共重合により、PAAを幹鎖、二酸化炭素由来PPCを枝鎖とするグラフト共重合体(PAA-graft-PPC)の合成に至った。平成26年度は、合成の最適化を図るとともに環状PPCおよびPAA-graft-PPCの物性を調べた。一般にPPCは、環状炭酸エステルの生成を伴うバックバイティング反応によって熱分解する。両末端官能性直鎖状PPCの熱分解温度(Td)は既報と対応する220 °C程度であった一方、環状PPCのTdは280 °C程度であった。すなわち、環構造はPPCの熱安定性を大幅に向上させることを見出した。続いて共重合条件を最適化し、PAA-graft-PPCの分子量を数百万から数千万程度の範囲で制御することに成功した。また、原子間力顕微鏡によりPAA-graft-PPC一分子の観察に成功し、これらが数十nm程度の楕円体状の形態を持つことを明らかにした。さらにPAA-graft-PPCは直鎖状PPCと同程度のTdを示したことから、熱分解性ナノ粒子としての有用性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。有機・高分子合成26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、二酸化炭素を原料とする環状高分子およびグラフト共重合体を合成し、その特性を明らかにすることを目的としている。現在までに、二酸化炭素を原料とする環状高分子およびグラフト共重合体をともに合成することに成功していることから、おおむね順調に進展していると評価できる。二酸化炭素を原料とする環状高分子およびグラフト共重合体の合成法を確立できたので、今後は熱物性や刺激応答性について分子量依存性も含めて検討する。
波長可変ビスマス基長残光蛍光体材料の開発

外国人特別研究員のMichele Back博士は,平成29年11月12日に来日し,京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻物質相関論講座物質機能相関論分野の田部研究室に合流し,共同研究を開始した.まず,ビスマス光学材料設計のガイドラインの確立とビスマスを発光中心とする新規長残光蛍光体材料の開発に取り組んだ.既存蛍光体材料の性能を上回る新材料を開発するためには,材料の電子構造や結晶構造と欠陥の種類と発光機構に関する系統的理解が重要であり,高い量子効率ポテンシャルを有し,波長が可変であることから,ビスマス長残光蛍光体材料は,新規発光プローブを含めた幅広い照明分野で次世代の長残光蛍光体開発に対して新規開拓分野を切り開くことになると見込まれる.平成29年度は,5ヶ月間弱の研究期間であったが,ビスマス酸化物を主成分とするいくつかの蛍光体の合成を行い,蛍光スペクトル特性,蛍光寿命,熱ルミネッセンス,長残光減衰曲線の測定を行った.成果の一部は,北九州国際会議場で開催された,第5回Global Conference on Polymer and Composite Materials (PCM 2018)において口頭発表を行い,Best Oral Presentation賞を受賞した.同会議は4日間にわたりナノ材料に関する7つのセッションからなるもので,Back氏は「Nanomaterials and Nanocomposite」セッションにおいて「Luminescent Lanthanide doped Bi2SiO5/g-SiO2 Core/Shell Nanocomposite for Biological and High Temperature Sensing」と題する講演を行った結果,最優秀口頭発表を行った1名のみに与えられる同賞に選ばれた.今後は,Bi添加材料の中で有望な組成材料について,分光学データに基づき作成した真空基準結合エネルギー図に基づいて,電子/ホールトラップ中心となり得るイオンを共添加した試料を作製する.Bi2+添加材料については以下の2種類の方法で2価を安定化する.(i)還元雰囲気化での焼成と(ii)安定な酸化還元ペア共添加剤によるBi2+の安定化(例;Bi3+ + Cr3+ <-> Bi2+ + Cr4+),である.また化学的環境(配位数,共有結合性,結合分極率,有効電荷)のBiエネルギー準位と結晶場分裂に対する大きな影響力を考慮に入れて,Bi2+やBi3+の複合アニオン(例えばオキシナイトライド)化合物中における安定化にも挑戦する.熱ルミネッセンスグロー曲線の測定とその波長ー温度2次元プロット整理を行うこと,電子スピン共鳴測定を行うことにより,トラップ種類と準位の分布を調べる.また長残光スペクトル,同減衰曲線,同励起スペクトルの測定も行う.さらにいくつかの化合物で観測された,(i)金属間電荷移動状態の本質や(ii)Bi3+の孤立電子対の立体化学的歪みの結晶場に対する影響についても調査する.以上を遂行するために低温(10K)での分光測定,シンクロトロン施設への申請によるX線吸収分光の測定も行う.また成果発表のため,国際会議への参加渡航も予定している.
骨芽細胞におけるプロスタグランジンEの合成経路とその受容体サブタイプの解析

IL-1によって発揮される炎症性骨吸収は、インドメタシンによりPG合成を阻害すると抑制される。PG合成を調節する律速酵素はCOX-1およびCOX-2であるが、通常、骨芽細胞には弱いながら構成的にCOX-1 mRNAが発現している。一方、骨芽細胞にIL-1を作用させると、3時間をピークとしたCOX-2mRNAの著しい発現が起こり、COX-2蛋白の亢進のともない著しいPGE2産生が起こる。このPGE2産生はIL-1の骨吸収作用に必須である。PGE2合成は、骨髄を含有した器官培養系や培養液に10%血清を添加した骨芽細胞培養系において観察されるが、骨芽細胞を1%血清含有培養液で培養すると、IL-1を作用させてCOX-2誘導が起こるにもかかわらずPGE2が合成されなかった。その培養後にアラキドン酸を添加したところ、数分以内にPGE2が合成された。すなわち、IL-1はCOX-2誘導によりアラキドン酸をPGE2へ変換させることはできても、骨芽細胞からアラキドン酸の遊離を促すことができないことが明らかとなった。マウス骨芽細胞には構成的にcPLA2が発現しており、IL-1により軽度の上昇を示したが、PLA2活性の上昇は起こらず、PGE2は産生されなかった。そこで、種々の増殖因子の効果を検索した結果、血小板由来増殖因子(PDGF)がcPLA2をリン酸化してその活性化を促し、アラキドン酸供給を促すことが明らかとなった。一方、COX-2の誘導はIL-1のみならずIL-6によっても起こること、両サイトカインは相乗的にCOX-2遺伝子を発現させ、PGE2産生を介した破骨細胞形成と骨吸収作用を発揮することが明らかとなった。また、PGE2の標的細胞である骨芽細胞には4種のPGEレセプターサブタイプ(EP1, EP2, EP3, EP4)の内、EP3およびEP4が発現していることが明らかとなった。骨芽細胞におけるPGE2産生と産生されたPGE2の骨芽細胞への作用は、炎症性骨吸収の過程において重要なステップとなっている。プロスタグランジンE(PGE)は、骨組織では骨芽細胞によって産生され、骨吸収因子として働く他に、骨形成をも促す主要な骨代謝調節因子である。PGEの合成はホスホリパーゼA_2(PLA2)によるアラキドン酸の遊離と、シクロオキシゲナーゼ(COX)によるPGE合成という2段階で調節されている。骨芽細胞におけるPGE合成系を、細胞質型PLA_2(cPLA_2),分泌型PLA_2(sPLA_2),COX-1及びCOX-2のcDNAを用いたノーザンブロット解析、ウエスタンブロット解析により,これら酵素の活性化機構をリン酸化の有無により解析した。IL-1などのサイトカインが骨吸収活性を示すには骨芽細胞によるPGE2産生の亢進が必要である。そこで、マウス骨芽細胞を用い、サイトカインによるPLA_2とCOXのmRNA及びタンパク合成の調節機構を解析した。マウス骨芽細胞には構成的にcPLA_2が存在し、sPLA_2は検出されなかった。cPLA_2のmRNA及び蛋白はIL-1により軽度に上昇したが、PGEの合成は検出されなかった。

一方、cPLA_2の酵素活性はPDGFにより10分以内に上昇し、それはリン酸化による活性化に起因することが明らかとなった。また、COX-2のmRNA及び蛋白はIL-1により顕著に亢進し、アラキドン酸の遊離能とシクロオキシゲナーゼ活性の促進が認められた。COX-1は微量存在したが、サイトカインにより変動しなかった。骨芽細胞にIL-1を作用させてCOX-2を誘導してもPGEの合成は亢進しなかった。そこで、PDGFは共存させたところ、cPLA_2によるアラキドン酸の供給が可能となり、著しいPGE産生が認められた。この知見は、骨芽細胞におけるPGE合成系がcPLA_2によるアラキドン酸の遊離と、COXによるPGE合成という2段階で調節されており、cPLA_2はPDGFによる活性化、COX-2はIL-1による転写促進というように、それぞれ異なる因子により独立した調節を受けることが明らかとなった。炎症性骨吸収におけるPGE2の関与と重要性は古くから示唆されてきた。IL-1によって発揮される骨吸収は、インドメタシンによりPG合成を阻害すると抑制される。PG合成を調節する律速酵素はCOX-1およびCOX-2であるが、骨芽細胞には通常、弱いながら構成的にCOX-1mRNAが発現しており、ウェスタンブロットにおいてその蛋白が検出された。骨芽細胞にIL-1を作用させると、3時間をピークとしたCOX-2mRNAの著しい発現が起った。さらに、COX-2蛋白の亢進に伴いPGE2産生と骨吸収亢進が起こる。本研究では、IL-1およびIL-6により誘導される破骨細胞の分化過程について、骨芽細胞におけるCOX-2依存性のPG合成の関与について検討した。マウス骨髄細胞と骨芽細胞の共存培養系に、IL-1あるいはIL-6(可溶性レセプターの存在下)を添加すると破骨細胞の分化が誘導されるが、その過程は骨芽細胞におけるCOX-2誘導性のPGE2産生に依存しており、COX-2に対する選択的阻害剤(NS398)により、骨吸収がほぼ完全に抑制された。また、生理的な低濃度のIL-1およびIL-6を併用添加すると、相乗作用が見られ、著しい破骨細胞誘導効果が認められた。この効果は、それらサイトカインによる相乗的なCOX-2誘導によるPGE2産生の亢進に起因していることを、ノーザンブロット解析によるCOX-2mRNAの検索ならびに、ルシフェラーゼアッセイによるCOX-2遺伝子の発現誘導の定量化により明らかとなった。IL-1のみならずIL-6がCOX-2遺伝子を誘導することは新規な発見であり、IL-6のシグナル伝達解明への手掛かりともなる。また、PGE2の標的細胞でもある骨芽細胞には4種のPGEレセプターサブタイプ(EP1,EP2,EP3,EP4)の内、EP3およびEP4が発現しており、未分化で幼若な骨芽細胞前駆細胞に明瞭な発現が認められた。
端末密集環境で利用可能なBluetoothMANET構成法と高速データ転送手法

平成30年度の研究計画としては提案手法の実機への実装とアプリケーションを用いた実証実験を計画した.その計画に基づき,平成29年度に提案した手法をAndroidOSを有するスマートフォンとLinux系のOSをもつ小型コンピュータRaspberry Piに実装し実験を行った.その際,提案手法で端末内の蓄積データ情報の交換に用いるSV(Summary Vector)の効果的な実装方法について研究を行い,提案時に想定したBloom Filter(BF)と呼ばれる方式では,実機では必ずしも適しておらず,その原因がBFで副作用的に発生する偽陽性と呼ばれる現象に基づくものであることを突き止めた.また,平成30年度は,平成29年度に提案した手法に関する知見について,2件の学術論文としての採択が決定している.また平成29年度にはBluetooth MANETに関する知的財産権(特許)が成立しており,その独創性について一般に認定をいただいたものと思っている.また,平成30年度の実証実験を通し,平成29年度に提案したデータ転送手法や高速コネクション確立手法,さらには自律分散的処理にともなうコネクション確立時のタイミング競合回避手法だけでは本研究の最終目的を達成するための手法としては必ずしも十分とは言えないことを突き止めているが,その現象の軽減手法については平成31年度/令和元年度の新たに取り組むべきテーマとして認識している.平成30年度に研究を推進してきた内容についても,国際会議や学術論文,更には可能であれば知的財産権の出願など,積極的に推進していく予定である.「研究実績の概要」欄でも記載した通り,本研究の主だった成果として2件の学術論文の採択や本研究に関する特許の成立,また新たな特許出願等目に見える成果が見られている.さらに提案手法の実装や研究の進捗による国際会議での発表や研究会での発表は当初の予想を超える速度で進捗している.しかし,提案手法を実装する際に用いたAndroid端末はOSのバージョンアップに伴って提供されるAPIの利用の仕方が頻繁に変更されたり,利用の仕方に大きな制約が課されることで研究開発の難しさも身に染みて感じているところである.その対策としてLinux OSベースのRaspberry Piでの実装を行い,提案手法の基本的な性質について研究を進めるための基礎を築きつつある.一部の実装を伴う実験については,こちらの手法により進めてゆく必要があると思われる.さらに,平成30年度は研究代表者が所属する広島市立大学やその近隣の地区を巻き込む大規模な災害が発生したが,本研究で提案する手法はそのような場合での通信手段としての可能性の一つとなりうることが分かっている.本研究の期間が終了した際の進展や発展という意味では大変有望で,喜ばしいことである.ただし,本研究で提案する手法について,人命救助であったり災害対策や予防的な意味を含む研究が果たすべきミッションは大変重い.その意味ではその期待に応えるためには研究体制や規模など大幅に修正が必要となるため今後の研究方法について検討が必要である.「現在までの進捗状況」に記載したとおり,研究内容について更なる国際会議や学術論文への採択等の準備を進めてゆく.また,順調に行けば,現在出願している他の特許についても採否についての判断が下される可能性があるので研究をさらに進めてゆく.更に平成30年度までの研究で明らかになった提案手法の更なる改良や詳細化のための問題点や改善点を,実装における新たな問題を回避する手法について考案する必要がある.さらに,我々の提案しているBluetooth MANETの構成法については,平成29,30年度に構築したシミュレータの模擬する粒度の精細化を引き続き進めてゆく必要がある.平成29年度の研究計画として,我々が提案するBluetooth MANET構成法を数百端末以上からなるネットワークでのデータ普及率(ネットワーク内のある端末群で生成されたデータが他の端末に行き渡る端末数の割合)や普及速度が模擬できるシミュレータを,既存のネットワークシミュレータであるQualNetを元に開発した.これにより,従来210台程度のスマートフォンや小型端末のような実機でのみ検証されていた局所的なコネクション確立速度やデータ転送時間の観測が大変高速に検証できるようになった.また,多くの端末を有するネットワークでは,既存の提案法では極めて低い確率でしか発生しないと考えていた端末同士の状態の競合が頻繁に発生することを突き止め,この競合状態を調停することで既存の提案方式の更なる高速化が実現可能なことを示し,実機に実装することで具体的に実現可能なことを示した.我々の提案したBluetooth MANETは単純な2端末間のコネクション確立に要する待ち時間を従来の半分以下にするものであり,その特性は端末状態が競合しない場合でも維持される.その意味でも大変意味がある提案法を考案できている.さらに,シミュレータは上述のとおりQualNet ver.5.0という旧来のシミュレータのバージョンだけではなく,QualNet ver.7ベースにも対応しており,近年Internet of Things (IoT)に関係して開発されつつある新しい通信プロトコルを比較対象とすることができるなど,大きな進歩を遂げている.平成29年度の研究計画として,我々が提案しているBluetooth MANET構成法を高速に検証するためのシミュレータは開発できており,実機を用いた実装と同時に実験を行うことで,提案手法の利点と欠点をさらに詳しく検証できることが確認できており,この点は計画どおり進捗している.シミュレータの内容や実機を用いた実験結果をさらに検討することができた結果,旧来様々な研究者が研究を進めてきている単なるBluetoothによるネットワークの構成法では発生しない利点や欠点を発見することができ,端末状態の競合の発生とその調停が可能なことを発見できている.

この点は平成30年度以降に予定していた事項であり,当初の予想よりも前倒しに研究が進捗できていることを示している.ただ,我々が改良と提案を進めているBluetooth MANETの構成法は既存のBluetoothの使用法と異なるため,そのことに起因する様々な現象を調査する必要があることも新たにわかった.また,研究成果としては特許申請1件,国際会議1編,学会発表12件程度と研究の初期段階のものが多いが,研究内容を進展させてゆき,次年度以降に向けて国際会議や学術論文への採択を目指すため準備中である.平成30年度の研究計画としては提案手法の実機への実装とアプリケーションを用いた実証実験を計画した.その計画に基づき,平成29年度に提案した手法をAndroidOSを有するスマートフォンとLinux系のOSをもつ小型コンピュータRaspberry Piに実装し実験を行った.その際,提案手法で端末内の蓄積データ情報の交換に用いるSV(Summary Vector)の効果的な実装方法について研究を行い,提案時に想定したBloom Filter(BF)と呼ばれる方式では,実機では必ずしも適しておらず,その原因がBFで副作用的に発生する偽陽性と呼ばれる現象に基づくものであることを突き止めた.また,平成30年度は,平成29年度に提案した手法に関する知見について,2件の学術論文としての採択が決定している.また平成29年度にはBluetooth MANETに関する知的財産権(特許)が成立しており,その独創性について一般に認定をいただいたものと思っている.また,平成30年度の実証実験を通し,平成29年度に提案したデータ転送手法や高速コネクション確立手法,さらには自律分散的処理にともなうコネクション確立時のタイミング競合回避手法だけでは本研究の最終目的を達成するための手法としては必ずしも十分とは言えないことを突き止めているが,その現象の軽減手法については平成31年度/令和元年度の新たに取り組むべきテーマとして認識している.平成30年度に研究を推進してきた内容についても,国際会議や学術論文,更には可能であれば知的財産権の出願など,積極的に推進していく予定である.「研究実績の概要」欄でも記載した通り,本研究の主だった成果として2件の学術論文の採択や本研究に関する特許の成立,また新たな特許出願等目に見える成果が見られている.さらに提案手法の実装や研究の進捗による国際会議での発表や研究会での発表は当初の予想を超える速度で進捗している.しかし,提案手法を実装する際に用いたAndroid端末はOSのバージョンアップに伴って提供されるAPIの利用の仕方が頻繁に変更されたり,利用の仕方に大きな制約が課されることで研究開発の難しさも身に染みて感じているところである.
延髄縫線核の呼吸および循環調節におけるセロトニン作動性機構の解析

脳幹部縫線核群は運動、感覚、自律神経系を始め各種機能の調節に関与するが、呼吸および循環調節には、延髄に存在する淡蒼ー、不確ーおよび大縫線核が関与する。この延髄縫線核の呼吸および循環調節の機序を、特に縫線核の主要な伝達物質であるセロトニンおよびGABA作動系について検討し、その受容体機構についても分析を行った。猫の延髄縫線核の電気刺激は呼吸(横隔神経活動)、腎神経活動および血圧のほぼ平行する抑制反応を惹起したが、その腹側部刺激では多くが興奮性反応に移行し、その境界部の刺激ではこれらの反応に一部分離がみられた。この反応を縫線核刺激時の横隔神経の平均加算電位について検討すると、初期の軽度の興奮性電位とこれに続く持続的な抑制性電位との二相より成り、縫線核腹側部刺激ではこの興奮性電位が増大し、反復刺激により興奮性反応に移行する現象が認められた。前者はメチセルジドにより、後者はプロプラノロ-ル(5ーHT_1拮抗作用確)により一部拮抗され、夫々5ーHT_1および5ーHT_2受容体の関与が示唆された。延髄呼吸性ニュ-ロンおよび吻側腹外側延髄血管運動性ニュ-ロンは縫線核刺激により短潜時で顕著に抑制され、この抑制効果は5ーHT拮抗薬あるいはGABA拮抗薬の静注あるは微小電気泳動適用により拮抗され、セロトニンおよびGABA作動系の関与が強く示唆された。これらのニュ-ロン更にその他のニュ-ロンに対するセロトニンおよびGABAの電気泳動適用は用量依存性の抑制効果を惹起し、これらは夫々の拮抗薬により拮抗された。ただセロトニンの抑制効果はメチセルジドによって却って増強され、5ーHT_2受容体の共存も示唆された。以上、延髄縫線核は延髄の呼吸性および血管運動性ニュ-ロンに対する直接の抑制的制御に関与することが強く示唆されたが、他の延髄ニュ-ロンに対しても同様に汎性抑制的制御を行っていることが示唆された。脳幹部縫線核群はセロトニン含有ニューロンの起始核であり,各種機能の調節に関与し,このうち呼吸・循環の調節には延髄に存在する淡蒼一,不確一および大縫線核が主として関与することは既に確認したが,この調節機構におけるセロトニン作動系を介する神経機構の検索ないし分析を目的とした.縫線核あるいはセロトニン作動系の呼吸調節に関しては抑制性とするものと興奮性とするもの等があり,定見がえられていなかったが,縫線核各部位の電気刺激に対する横隔神経の反応性を検討して,特にその平均加算電位の分析から,縫線核刺激は呼吸抑制を主とする反応を起すが,その腹側部では呼吸興奮を起す部位が多いことが確認され,その機序が解析された.同神経核ニューロンは,多くが延髄ニューロンを介して脊髄に抑制性投射をするが,腹側部ニューロンは直接脊髄に興奮性投射をすることが,縫線核刺激の部位による反応性の差異に関係すると考えられる.またこの抑制性および興奮性効果には各種拮抗薬を用いた薬理学的検討により,夫夫5-HT_1および5-HT_2レセプタ作用の関与によることが確認された.延髄の呼吸性ニューロンは,吸息性一,呼息性ニューロン共に縫線核刺激により顕著に抑制された.

またこれらの呼吸性ニューロンはセロトニンの微小電気泳動適用により抑制され,これは5-HT_1レセプターを介する作用であるが, 5-HT_2レセプターも低感度ながら存在することが確認された.また近年GABAの縫線核ニューロンでのセロトニンとの共存が見出され, GABAも強力な呼吸に対する抑制的制御に関与することが確認された.縫線核の循環調節に関しても,腎神経発射活動,延髄の血管運動性ニューロン,体制交感神経反射等について検討を進めており, GABA作動系が強力な抑制的制御の役割を担っていることと,セロトニン作動系も5-HT_1レセプターを介して抑制的調節に関与していることが確認された.延髄縫線核の呼吸および循環調節の機構のうち、本年度は主として循環調節について検討した。延髄縫線核刺激に対する心血管系および呼吸に対する反応はほぼ平行していたが、刺激部位により平行性がみられず逆方向の反応のみられる部位もあった。循環調節も抑制を主調とし、同核内の部位により、特に腹側部に移行するに従い、興奮性反応が惹起される傾向がみられたが、抑制性調節の機序を主として検索した。同核刺激により刺激強度依存性の血圧および腎神経発射活動の抑制を起し、これはプロプラノロール(5ーHT_1拮抗作用確認)およびビククリンにより一部拮抗され、両作動系の関与が確認された。メチセルジド(5ーHT_2受容体高親和性)では逆に抑制の促進がみられた。これらのニューロン機構を更に分析する目的で延髄ニューロンについて検討した。同核刺激は殆んどの延髄ニューロンの活動性に対し抑制性反応を起し、その汎性抑制性制御が示唆された。この抑制反応はビククリンおよびプロプラノロールにより一部抑制され、GABAおよびセロトニン作動系の直接の関与が示唆された。個々のニューロンの両作動系の受容体機構を微小電動適用法により検索し、GABAの抑制作用はビククリンにより拮抗され、セロトニンの抑制作用はプロプラノロールにより軽減、メチセルジドにより促進され、夫々GABA、5ーHT_1および5ーHT_2受容体の存在が確認された。血管運動機能の維持および制御の主要な役割を担っていると考えられている顔面神経核尾側部の外側巨大細胞網様体核(吻側腹外側延髄と総称)の血管運動性ニューロンを、同ニューロンのスパイク発射活動により駆動させた腎神経の平均加算電位により同定し、同ニューロンに対する縫線核刺激、セロトニン、GABAおよび両拮抗薬の影響を微小電気泳動法により上記同様に検討して、縫線核の循環調節における両作動系を介する同ニューロンの関与が確認された。脳幹部縫線核群のニュ-ロンは中枢神経系のほぼ全領域に軸索を送り、運動、感覚、自律神経系を始め核機能の調節に関与するが、本年度は循環調節の機序を、主として、延髄における主要な循環中枢である吻側腹外側延髄のニュ-ロンについて検討した。猫の延髄縫線核刺激は、一部昇圧反応も認められたが、その主要な反応は降圧反応であったので、この機序を、特にセロトニンおよびGABA作動系について検討し、その受容体機構についても分析した。縫線核刺激は腎神経の抑制と共に降圧反応を惹起し、これは呼吸(横隔神経活動)抑制とほぼ平行したが、その境界部では両者に一部分離も認められた。坐骨神経求心性刺激による昇圧反応(体制交感神経反射)は、縫線核の同時刺激により抑制され、この抑制効果はピクロトキシンにより軽減され、GABA作動系の関与が示唆された。吻側腹外側延髄より導出された血管運動性ニュ-ロンの活動は、縫線核刺激により血圧下降と平行して抑制され、この抑制反応はビククリンおよび、5-HT、受容体拮抗作用の確認されているプロプラノロ-ルの静注あるいは微小電気泳動適用により軽減され、両者の併用では協力作用も認められ、両作動系の関与が強く示唆された。
生物規範環境応答・制御システム

「フェロモンブレンドの受容機構解明とそのモデル構築」と「多成分ブレンドの差分検出における感覚突起のサブセルラー構造の機能」を重点項目と位置付け,研究を展開した。その結果,2成分系フェロモンブレンドを利用するヒメアトスカシバから各成分に特異的に応答する性フェロモン受容体を同定するとともに、触角における各受容体の発現細胞の割合がフェロモンブレンドの構成比率と類似する傾向を見出した。また,アリは,複合成分で構成される匂いパターンの差分をもとに仲間と非仲間を識別しており,この差分検出には内部神経間の相互連絡を制御するサブセルラー構造が重要な役割を担っていた。昆虫-昆虫相互作用グループでは,ガ類性フェロモンブレンド受容機構の解明とその数理モデルの構築を目指し,10種類のガ類から性フェロモン受容体候補遺伝子を単離した.そのうち2種類の性フェロモン受容体を同定し,受容体発現細胞の割合がフェロモンブレンド組成比とほぼ一致することを示した.クロオオアリの「敵・味方識別センサ」を規範とした研究では,匂いを構成する多重化学成分に対応する受容神経グループを擁するセンサユニットの構造・機能解明として,3DSEMを用いて規範センサのサブセルラー構造の全貌を立体視できるデータ獲得に成功しつつあるとともに,サブセルラー要素の機能的再構築へ向け次世代シークエンサーを用いて要素となる蛋白質(受容体蛋白質と受容器周辺蛋白質)の網羅的同定を行い,受容器周辺蛋白質については機能的な解析と機能改変に成功した.また,振動を用いた行動制御技術の開発のために,ラミーカミキリの行動反応をひきおこす振動を特定した.また,マツノマダラカミキリにおける肢の剛毛の形態観察をおこない,接着力を測定した.昆虫/ウイルス-植物相互作用グループでは,ガ類幼虫の食害によりダイズに誘導される成分として数種のイソフラボンを同定した.昆虫の食害によりダイズでイソフラボン類が誘導される報告は初めてである.また,Brome mosaic virus (BMV)に対する抵抗性遺伝子がジャポニカイネに存在し,一細胞におけるウイルス複製に影響していることを明らかにした.BMVの種々の系統がイネに異なる感染性を示すことを発見し,その差異に基づき,宿主特異的な細胞間移行に関与するウイルス因子(2aタンパク質)を同定した.昆虫ー昆虫相互作用グループでは、フェロモンブレンド受容機構の解明とその数理モデルの構築を目指し、2成分系性フェロモンを利用するガ類を対象に、成分の組成比と受容体発現細胞の比率に相関があることを示した。加えて、3-4成分系性フェロモンのガ類から、新規性フェロモン受容体を単離した。また、クロオオアリの敵・味方識別センサの3D立体構造をSBF-SEM像から構築した。新規のサブセルラー構造、即ち感覚突起上の瘤状構造において差分センシング効果を高める感覚突起相互の連絡がある可能性が浮上した。昆虫/微生物ー植物相互作用グループでは、超磁歪素子を用いた振動発生装置をマツ立木に設置し、振動によってマツノマダラカミキリの定着が阻害されること、ジャポニカイネに存在するBrome mosaic virus (BMV)抵抗性遺伝子を含む領域を約5万塩基対の領域に絞り込んだ。極限環境生物グループでは、乾燥耐性に優れたネムリユスリカ由来の培養細胞(Pv11)の常温保存技術を確立した。さらにPv11の性状解析を進めながら、その特性(乾燥耐性関連因子)を利用・模様し、他の昆虫由来の培養細胞への乾燥耐性の付与実験についても進めている。昆虫ー昆虫相互作用グループでは、1)2成分系を利用する他のガ類から新規性フェロモン受容体候補遺伝子を単離した。2)3-4成分系ガ類では、RNAseqの発現量解析により、各性フェロモン受容体候補遺伝子の発現量が異なることを示した。また、多成分分子で構成されるにおいの化学センサ開発を目指した研究においては、3)イモリ由来の匂い分子結合タンパク質(CpLip1)、クロオオアリ由来の化学感覚タンパク質(CSP1)のN,C末端ビオチン化タンパク質の大量発現に成功した。4)クロオオアリのCSPと嗅覚受容体(Or)遺伝子の網羅的同定を完成し、当該感覚子で働く約100種類のOrの絞り込みを行った。これらのOrをそれぞれ擁する100本の受容神経が格納されている当該感覚子において世界で初めて、においセンサ内受容神経ネットワークの存在を示唆する微細立体構造を明らかにした。昆虫/微生物ー植物相互グループでは、5)ジャポニカイネに存在するBrome mosaic virus (BMV)抵抗性遺伝子候補の形質転換イネを作製し、1個が標的遺伝子であることを確認した。6)「振動により害虫を防除する方法」で国内および国際特許を取得した。また、センサーの工学的応用の観点から昆虫の振動受容器がサブセルラー構造のみならず、感覚細胞周囲の外液組成において哺乳動物蝸牛の内リンパ液の組成との類似点を持つことを発見した。7)エリシター処理したイネの代謝物からbeta-phenylalanineを同定した。極限環境生物グループでは、8)乾燥耐性能力に優れたネムリユスリカ由来の培養細胞(Pv11)の187日間の常温保温に成功し、その後、技術の改良を加え、保存期間の延長(251日)を達成した。1)2成分系ガ類の受容体によるフェロモンブレンドの検出モデルの一般化を目指し、新規対象としたガ類も含めて、フェロモンブレンド検出機構の解明が進んでいる。2)イモリの研究において、人工センサ素子として利用可能なLipやCSPの分子機能や作用の解析等は概ね順調である。