hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
絶滅危惧植物保全を目的とした絶滅リスク評価法の開発

本研究は、環境庁植物レッドリスト(1997)に採用された絶滅危惧植物の絶滅リスク評価法を改良し、広く活用できる簡便な絶滅リスク評価法を確立することを目的として実施された。主要な研究成果は以下のとおりである。(1)環境庁レッドリストで情報不足として評価が見送られた365種についてのリスク評価を行い、環境省レッドデータブック維管束植物編を完成した(2000年に出版)。(2)上記のレッドデータブックにおいて公表されたデータにもとづき、10年当たりの減少率Rを簡便に推定できる式を考案した。また、この減少率Rと個体数から、絶滅までの平均待ち時間Tを求める式を導いた。これらの式は、地方版レッドデータブックにおける簡便なリスク評価法として広く活用できるものである。(3)絶滅までの平均待ち時間を指標として、絶滅危惧植物が生育する地域における開発行為の生態系への影響を評価する方法を考案した。この方法では、開発行為によって絶滅危惧種の個体数が減少することによって、その絶滅危惧種の絶滅までの平均待ち時間がどれだけ短くなるかを計算し、この値を各絶滅危惧種ごとに積算する。この積算地が大きいほど、開発行為が生態系に与える影響が大きいとみなされる。この方法を愛知万博予定地の開発計画などに適用し、英文論文として報告した。(4)(3)の方法を一般化し、環境省二次メッシュ単位で計算されるホットスポット指数を考案し、各二次メッシュの保全上の重要性を比較・評価する方法を整備した。(5)日本産野生植物の全分類群をカバーしたデータベースを整備した。われわれは絶滅確率の簡便な推定法を開発し、数値基準を取り入れた環境庁版植物レッドリストを作成し、1997年8月に発表した。このリストは国内において大きな反響を呼ぶとともに、国際的にも注目を集めている。本研究計画は、この絶滅リスク評価法の改良を行い、国際的に認知される評価方法を確立することを目的としている。また都道府県単位でレッドデータブックの編集が進められている現状を考え、都道府県単位でも活用できる絶滅リスク評価のための簡便なソフトの開発を行う。さらに、環境アセスメント法の施行の下で今後広く行われるレッドリスト掲載種調査において、調査の標準となるデータベースと調査用ソフトの開発を行う。本年度はまず、6月に研究会を開催し、データベースの作成・その更新方法の設計・調査用ソフトの設計・リスク評価方法の改良・リスク評価ソフトの設計に関して討論を行なった。また、矢原・松田は6月30日から7月2日にかけてロンドンで開催されるIUCNのワークショップに参加し、研究計画についてのレビューを受けた。7ー12月にかけて、高橋・井上・芹沢・横田は野外調査とヒアリングにより、データベースのためのデータ収集とその検討を行なった。これらの結果にもとづき、矢原は、リスク評価方法の改良を進めるとともに、環境庁レッドリストで情報不足として評価を見送られた365種についてのリスク評価を進めた。その結果、このうち256種が絶滅危惧と判定された。この結果にもとづいて、環境庁レッドデータブックの原稿を完成した。また、調査の標準となるデータベース(日本産植物の全種データベース)の開発を進めている。本年度は、環境庁

レッドリストで情報不足として評価を見送られた365種についてのリスク評価を進め、環境省レッドデータブック維管束植物編を完成した(自然環境研究センターより2000年7月に出版)。このレッドデータブックに公表されたデータにもとづき、より簡便に10年あたりの減少率R^*を推定する以下の式を導出した。fi=減少率規模別メッシュ数さらに、絶滅までの平均待ち時間TをR^*と個体数Nから回帰する式を導いた。また、湿地種を中心とする、絶滅危惧植物分布データベースの開発を進めた。われわれは絶滅確率の簡便な推定法を開発し、数値基準を取り入れた環境省版植物レッドリストを作成し、1997年8月に発表した。このリストは国内において大きな反響を呼ぶとともに、国際的にも注目を集めている。本研究計画は、この絶滅リスク評価法の改良を行い、国際的に認知される評価方法を確立することを目的としている。また都道府県単位でレッドデータブックの編集が進められている現状を考え、都道府県単位でも活用できる絶滅リスク評価のための簡便なソフトの開発を行う。さらに、環境アセスメント法の施行の下で今後広く行われるレッドリスト掲載種調査において、調査の標準となるデータベースと調査用ソフトの開発を行う。本年度は、以下の点についてとくに研究を進めた。(1)環境省版植物レッドリストにおける絶滅リスク評価資料をもとに。環境省二次メッシュ(2万5千分の一地形図単位の地域)の保全上の重要度を評価するホットスポット指数を2種類考案した。1つは、そのメッシュの絶滅危惧種がすべて絶滅した場合の効果を、他の1つはそのメッシュの絶滅危惧種の絶滅リスクを増加させないように保全した場合の効果を指標とするものである。これらの方法で、メッシュをランキングし、保全上重要な地域を抽出する方法論を精美した。(2)開発行為が生態系に与える影響を絶滅危惧種の絶滅リスクの増加によって測る方法を開発し、海上の森愛知万博予定地などに適用した。(3)アセスメント調査の標準として、日本の野生植物すべてを登録したデータベースの開発を進めた。
大気圧非熱平衡プラズマによる大気環境改善技術の開発

本研究は、4カ年計画で開始されたもので大気圧非熱平衡プラズマを用いて環境汚染物質、特に、揮発性有機物(VOCs)の除去技術の開発と,非熱平衡プラズマ反応機構の診断技術の確立を目指したものである。VOCsとしては1001,000ppmのトリクレン(TCE大気中)をエネルギー効率を高めた状態で分解除去する技術の構築を目的とし、短ギャップ、ボルト形電極バリア放電リアクターを開発し、更に、各種触媒の併用によるエネルギー効率向上を試行し、オゾン分解触媒である二酸化マンガンが良好なこと、特に、表面積の大きな球状アルミナに二酸化マンガンを担持させた触媒が有効であることを実験的に確認し、併用効果で投入電力エネルギー(SED)が10J/L程度でTCEの90%以上が分解できること、また、炭素収支を考慮するとTCE中の炭素の完全な酸化には、SEDが100J/L程度必要なことなどを明らかにした。更に、触媒をプラズマリアクターの直後に配置することでより優れたTCE分解性能が得られること、触媒の位置や有無で分解生成物に大きな相違があることなどを明らかにした。電極端部での放電が分解効率に影響していること、ラジカルと触媒との相互作用の究明が必要なことなどが判明している。更に、反応機構の診断としては、OH,酸素原子O、励起窒素分子N_2^*のラジカル診断技術をレーザ誘起蛍光法(LIF)で確立し、放電、特に、ストリーマとラジカルとの関係を明らかにした。更に、オゾン分布を含めてラジカル分布の2次元可視化に成功し、ラジカルとオゾン分布に相関があることなどを明らかにした。現在、OHラジカル、オゾン分布などの定量化を実践中であり、NO発光、ナノ秒以下でのストリーマ進展観測によって従来モデルの実験的検証を行っている。4カ年計画の初年度にあたる今年度は、大気圧非熱平衡プラズマの基礎現象の把握と低濃度トリクレン分解実験を行った。前者の成果としては、オゾン発生と初期ストリーマ・二次ストリーマとの関係を明らかにした点が挙げられる。即ち、大半のオゾンが二次ストリーマ中で生成されることをレーザ吸光法によって実験的に確認した。また、ラジカルとして、これまで観測していたOHラジカルの他に、パルス放電による酸素ラジカル(原子酸素)の発生とその時間変化を世界で初めてTALIF(2光子吸収レーザ誘起蛍光法)法によって観測することに成功した。また、NOのLIF法による2次元分布観測を進めると共にNO励起子の発光観測から窒素分子の挙動観測への糸口を見出した。また、非熱平衡プラズマの応用例としての低濃度トリクロロエチレン(TCE)分解では、直接法、間接法いずれの場合にも二酸化マンガンを触媒として用いることで分解率が大幅に増加すること、触媒なしでは、間接法の場合、分解率はほぼゼロ(1%以下)であるのに対し、プラズマが十分に強い場合、比投入エネルギーが70J/Lとすると触媒の効果で70%以上分解できることが確認できた。但し、分解生成物の大半は、依然として有機物のままある。また、直接法においては、比投入エネルギー30J/Lにおいて、触媒なしで75%、触媒入りで85%分解できることが明らかとなった。その際、触媒の有無で副産物組成に大きな相違があることも明らかになった。また、炭素を最終酸化物一酸化炭素と二酸化炭素にするには、比投入エネルギーが200J/L程度必要なことも実験的に確認できた。この比投入エネルギーの低減が今後の課題と判明し、今後の研究ターゲットとする。4カ年計画の2年度にあたる今年度は、前年度に引き続き、非熱平衡プラズマによる低濃度トリクロロエチレンの分解特性の向上とパルス放電中のラジカル計測を進めている。前者に置いては、再度リアクターの設計から見直しを図った。

今回の焦点は、放電電極のギャップ依存性と電極の長さである。結果としては、トリクロロエチレンの分解に於いては、ギャップは短いほど、また、電極は長いほどエネルギー効率がよいことが判明した。同時に、電極の位置が正確であることが重要なことも判明した。同じ寸法であってもリアクターによって性能に差があること、その原因が精度にあることが明らかとなった。更に、空気ベースのガス処理でつきものの2次生成物オゾンを分解するのに従来のバルク的な二酸化マンガン粒子から、比表面積の大きなアルミナ粒子(直径3mm)表面に二酸化マンガンを担持させた粒子を用いたところ、オゾン分解時にトリクロロエチレンが効率よく分解することが判明した。純粋な空気のみをプラズマ処理した後、トリクレンで汚染された空気と混合して二酸化マンガン担持アルミナを通過させる方が、プラズマ処理のみで分解するよりもより効率的にトリクレンを分解できることが判明した。また、プラズマ処理をした汚染空気を更に二酸化マンガン担持アルミナ処理をすると僅か比投入エネルギー15J/L程度で99%以上のトリクロロエチレンを分解することが可能なことが判明した。また、針対平板パルス放電時に発生する酸素原子ラジカルの2次元分布測定等に成功し、2次ストリーマ内部で酸素原子が大量に発生していることを明らかにできた。更に、ストリーマが細すぎて測定の再現性が悪いことから、意図的にレーザを広げて針の下での酸素原子の挙動を測定することに成功した。4カ年計画の3年度に当たる今年度は、前年度に引き続き、非熱平衡プラズマによる低濃度トリクロロエチレンの分解特性の向上とパルス放電中のラジカル計測を進めている。前者に於いては、再度リアクターの設計を見直し、触媒の入れ方を中心に実験的研究を行った。触媒としては、前年度から開発を進めているオゾン分解用の二酸化マンガン担持アルミナ粒子を用いることとした。具体的には、プラズマリアクターのすぐ後に触媒を置いた場合とあるい程度離しておいた場合の比較である。距離依存性は認められなかった。オゾンを含む空気とトリクレン汚染空気とを混ぜた後、触媒担持アルミナに接触させると有機物は大変よく酸化分解除去されることが判明した。また、トリクレン汚染空気を直接プラズマ処理した後にこの触媒(室温で処理)に触れると効率よく酸化分解が進行することが判明した。エネルギー効率の点で検討しても分解だけであれば比投入エネルギー(11の処理ガスに使う放電エネルギーをSEDという)SED=10Jで95%以上のトリクレンが分解除去できること、SED=90J/L程度になると炭素収支が98%以上となり、TCEに含まれていた炭素のうち98%以上が酸化炭素に燃焼していることが確認された。ラジカル計測においては、酸素原子ラジカル計測を集中的に行った。冷気レーザビームの形を扁平にすることでストリーマ全体の中でのある領域(針先端からの距離が一定の場所における酸素ラジカルの濃度)でのラジカル時間変化を明らかにすることができた。また、ストリーマの挙動をナノ秒レベルで計測することにも成功した。そのほかのラジカル計測についても現在準備中である。水処理においては、時間をかけると脱色できることはわかったがラジカル計測は迷光が大きく失敗した。
オーキシンによって発現が抑制されるIPTの解析

頂芽優勢は頂芽が腋芽の成長を抑制し、優先的に成長する相関現象である。オーキシンにより腋芽の成長が抑制され、サイトカイニンにより腋芽の成長が促進されると考えられてきたが、その分子機構が明らかにされていない。これまでの我々の研究により、オーキシンが茎におけるサイトカイニン生合成の律速酵素IPTの発現を抑制することにより、腋芽の成長が抑制されていることが示唆されている。そこで、今年度はエンドウからPsIPT5遺伝子を単離して、そのプロモーターのオーキシンに対する応答性の解析を目的とした。2つのIPT遺伝子、PsIPT1とPsIPT2遺伝子をエンドウのゲノムライブラリーから単離した。塩基配列を決定した結果、これらの遺伝子の翻訳領域にはイントロンが存在しないことが明らかになった。PsIPT5のオルソログと推測しているアラビドプシスのAtIPT5あるいはAtIPT7遺伝子には翻訳領域にも非翻訳領域にもイントロンは存在しない。しかし、PsIPT1とPsIPT2は5'非翻訳領域(開始コドンの直ぐ上流)にそれぞれ406bp、881bpのイントロンが挿入されていた。また、AtIPT5の5'上流域にはオーキシン応答配列AuRE(TGTCNC)と一致する配列が3つ存在する。PsIPT2の場合はイントロンの中にAuREと一致する配列が存在するが、いわゆるプロモーターと推定される5'上流域2kbの中に、AuRE配列と完全に一致する配列は存在しなかった。しかし、P3-IAA4/5、GH3、SAURのようなオーキシンで誘導される遺伝子のプロモーター領域に保存されているT/GGTCCCAT配列が、-93から-86に存在することが明らかになった。一方、PsIPT1の場合はAuREと一致するTGTCTC配列が5'上流域-32から-26に存在することが明らかになった。
連続繊維を用いた横拘束コンクリートに関する研究

本研究は、連続繊維補強材を用いた曲げ部材の変形性能に関する検討の一部として行ったものである。具体的には、連続繊維補強材により横拘束したコンクリートのσ-ε挙動を実験的に検討した。主要因としては、横拘束筋の材料、横拘束に用いる繊維体積比(ρvf)を取り上げた。連続繊維補強材により横拘束したコンクリートのσ-ε挙動を、矩形断面の供試体に対する一軸圧縮試験により検討した結果、主として以下の結果が得られた。1.連続繊維スパイラル筋あるいは連続繊維シートによる横拘束(ρvf,【less than or equal】1.74%)を用いると、最大で150%のεcuの改善および60%のEdesの改善2. ρvf〓1.7%かつEf〓40kN/7mm^2においては、εeuとEdesに対する影響は、ρvfがEfよりもおよそ2倍程度であった。3.連続繊維シートで横拘束した供試体は、全て連続繊維シートの破断て破壊した。一方、ρvf〓1.74%では連続繊維スパイラル筋の破断は見られなかった。4.これらの実験結果に基づき、連続繊維補強材を用いた横拘束コンクリートのび-cモデルを提案した。モデルでは、横拘束効果を、連続繊維補強材の繊維体積比、ヤング係数、およびコンクリート強度をパラメータとして表現した。モデルと実験結果はよく適合している。種々の軸筋が配筋され、連続繊維スパイラル筋、連続繊維シートで種々のレベルで横拘束したコンクリート柱に対して一軸圧縮試験を行い、各種連続繊維補強材の横拘束効果による圧縮靭性の向上および座屈に与える影響を検討するとともに、軸筋座屈前後における横拘束効果を検討した。得られた主な結果は以下の通りである。(1)アラミド連続繊維シートは、同じ繊維体積比のアラミド繊維スパイラル筋より、座屈防止効果が高い。(2)軸筋の座屈時の軸筋ひずみ-軸ひずみによるの挙動を4つに分けて、それぞれの挙動を荷重-軸ひずみ曲線に当てはめることにより、座屈の挙動を定義した。このことにより、多くの座屈の場合、コンクリートのポアソン効果を受けていることにより軸筋が屈曲すること、また軸筋ひずみ測定位置以外の横拘束筋配置区間での座屈が据えられたものと考えられる。(3)軸筋の存在が連続繊維スパイラル筋あるいは連続繊維シートの横拘束効果に与える影響は、軸筋はコンクリートを横拘束を助ける傾向にあるものと思われる。(4)連続繊維シートを巻くことによりスパイラル筋が有効に働くようになり、拘束効果がより一層高まる。(5)連続繊維の破断時までの軸ひずみの大きさおよび靭性指標で評価した結果、軸筋の有無にかかわらず、靭性指標、破断ひずみにそれほど差はなかった。また、その時の連続繊維横拘束筋ひずみはそれほど大きくなく、連続繊維の引張強度にはまだ余裕が見られる。つまり軸筋の存在が連続繊維スパイラル筋あるいは連続繊維シートの破断に与える影響は小さいものであると判断でき、このことより連続繊維は隅角部やひび割れによる突起物での応力集中により破断し、その後で、軸筋が座屈するというメカニズムが推察できる。
女性活躍推進策と保育政策の効果に関する実証研究

出産・育児を経験する労働者の仕事と家庭との両立を推進することは、女性の就業継続率を引き上げるために重要である。本研究では、主に女性の就業継続を支援する2つの政策に注目した。第1に、育児休業中の所得保障を目的とした育児休業給付金の給付率引き上げの効果、第2に、保育所の定員拡大と女性就業の関係、主たる保育者が変わることの子どもの発達への効果を検証した。研究の成果は、Labour Economicsをはじめとする査読雑誌に掲載するとともに国内外で研究報告を行った。研究計画に基づき、研究を予定通り進めている。研究概要に記載の通り、成果は査読論文等として公表した。今年度は、研究実施計画に基づき、「育児休業政策と女性の就業との関係」、そして「保育政策と女性就業との関係」について検証した論文を日本語の査読雑誌に以下の通り公表した。(1)「育児休業給付金と女性の就業」、2016年、内閣府経済社会総合研究所「経済分析」第161号、共著論文。(2)「保育所整備は母親の就業率をなぜ押し上げなかったのか」、2016年、内閣府経済社会総合研究所「経済分析」第161号、共著論文。また、研究実施計画に記載の通り、「保育所整備と母親の就業が子どもの発達に及ぼす影響」を検証した。研究成果は国内外のセミナーや学会にて報告をし、研究者からフィードバックを得た上で学術論文としてまとめた。論文は、東京大学社会科学研究所のディスカッションペーパーとして公表した上で、査読雑誌に投稿した。研究実施計画に基づき、来年度も引き続き保育政策の効果を検証する予定である。年度の後半には、労働時間制度の改正が企業における労働時間に及ぼした影響についても検証を進めた。研究の成果は、European Economic AssociationやAmerican Economic Association Annual Meeting等で研究報告をし、国内外の研究者からフィードバックを得た。来年度も引き続き労働時間制度の研究を進め、東京大学社会科学研究所等のディスカッションペーパーとして公表した上で、海外の査読雑誌に投稿予定である。研究概要に記載の通り、研究成果は査読論文などとして公表した。当初の研究計画通りに研究を進める予定である。研究成果を積極的に学会等で報告し、研究の質と幅を向上させる予定である。研究成果を積極的に学会で報告するとともに、査読論文雑誌への投稿を行い、研究の質の向上に努める予定である。労働経済学国際学会での報告を2つの学会で予定していたが、今年度は合同カンファレンスであったため1箇所での研究報告のみとなった。年度内に研究成果を論文としてまとめ、ディスカッションペーパーとして公表し、国際査読雑誌への投稿をする予定であったが、データ分析の確認作業に時間がかかり公表に遅れが生じた。よって、一部セミナー報告も次年度に延期した。2016年8月末に開催されるEuropean Economic Associationのカンファレンスにて、研究報告を行う予定である(論文は採択済)。国際学会誌への投稿料やセミナー出張費として使用予定である。
TRPS1発現制御機構の解析

Trichorhinophalangeal症候群(TRPS)の遺伝子発現が個体レベルでいかに制御されているか検討するため昨年度の助成期間内に関節を含めた組織の発現エンハンサーを含む領域を約1kb欠失させたTrps1-Enhancer1-KOマウスを作成した。しかし、このマウスはホモで維持することが分かり、表現型も野生型と比較して今のところ違いが見出されていない。このことから、Enhancer1以外にTrps1の遺伝子発現を補てんするゲノム領域が存在することが示唆された。そこで、本プロジェクトの共同研究者らにより軟骨細胞で見出された、Trps1ゲノムの近傍(イントロン内に2か所見出された)のオープンクロマチン領域のゲノム欠失マウスを2系統作出した(Trps1-Enhancer2-KO、Trps1-Enhancer3-KO)。この2系統のマウスは各々3kbと3.5kbの重複しないゲノム領域を欠失させたものである。これらの系統のマウスは現在交配し、解析を始めている。また、これと並行して国内の共同研究者より、Trps1のコンベンショナルKOマウスの供与を受け、本学部飼育施設に搬入、交配を開始している。今後は、Trps1コンベンショナルKOマウス系統とエンハンサー欠失マウス(Enhancer1、Enhancer2、Enhancer3)との交配を行い、Trps1遺伝子のDoseを変えることの表現型への影響の検討を行っていく。作出したマウス系統に今までのところ際立った表現型は見出されていないものの、複数のエンハンサーにより制御されている可能性が示唆され、この点の検討も現在別のゲノム欠失マウス系統の作出により開始できている。今後は作出した3系統のエンハンサーKOマウスの詳細な解析と並行して、Trps1コンベンショナルKOマウス系統との交配を行い、Tprs1の遺伝子のDoseを半分にした場合の表現型も解析していく。Tricho-rhino-phalangeal症候群(TRPS)は頭頚部の形態形成、毛髪や骨の関節の異常などを特徴的に伴う遺伝性の疾患である。TRPSの原因として多くの患者にTRPS1遺伝子の変異が見出されている。TRPS1遺伝子の発現制御領域における変異により、TRPS1の発現が低下したときにもTRPS様の表現型が出ることが考えられ、中にはそのような患者がいることが想定されている。ところが、TRPS1遺伝子の発現制御機構はほぼ分かっていない。申請者はこれまでに種を超えてよく保存されているTRPS1遺伝子座近くのゲノム領域に心臓・関節軟骨・毛包の発現エンハンサーが存在することをマウス個体レベルで見出し、これを報告した。しかし、TRPS1遺伝子は骨端軟骨成長板にも強い遺伝子発現が見られることが既に知られており、TRPSの特徴的な表現型として低身長が見られるが、軟骨成長板の発現エンハンサーはいまだに見いだせていない。本年度はTRPS1遺伝子の制御配列を含むと考えられたゲノム配列約3キロベースを欠失させたマウスを獲得した。CRISPR/Cas9法を用いてガイドRNAを受精卵にインジェクションする方法で行ったためモザイクである可能性が否定できないため、野生型マウスと交配し、その仔マウスの遺伝子型判定を行った。その結果、ヘテロ欠失仔マウスを複数得ることができた。さらにヘテロ雌雄マウスの交配からホモ欠失マウスを獲得し、現在Trps1遺伝子発現の解析を行っている。エンハンサー欠失マウスの系統を獲得し、解析を開始している。予備的な遺伝子発現解析では、一部の組織にTrps1遺伝子の発現が見られたが、さらに厳密に発生段階を追って確認していく予定である。今後はエンハンサーホモ欠失マウスの遺伝子発現解析を様々な発生段階で詳細に行う。心臓、関節、毛包における発現については特に注意して観察する。

また、ホモ欠失マウスの表現型解析をスタートする予定である。通常のTrps1ノックアウトマウスは生後すぐに致死をきたすが、同様のことが起こるかまず確認を行う。今のところ仔マウスが効率よく得られていないので、ラインを限定してケージ数が増えすぎない工夫などしながら解析を続行する。培養細胞を使用する実験系はガイドRNAのクローニングはすでにほぼ終わっているので、軟骨細胞株に計画的に導入を行っていく予定にしている。今後は作出した3系統のエンハンサーKOマウスの詳細な解析と並行して、Trps1コンベンショナルKOマウス系統との交配を行い、Tprs1の遺伝子のDoseを半分にした場合の表現型も解析していく。必要な試薬が輸入品となり当初予定していた入荷に間に合わなかったために、6115円の残額が発生した。この残額は購入予定の試薬の購入費にそのまま使用する予定である。物品の割引の分を考慮に入れずに注文したため、260円余ってしまった。
簡易自作分光器を使った高校における課題研究の充実

1簡易分光器の製作(1)対物分光器カメラレンズの先端に透過型回折格子を取り付けただけの,シンプルな構造である。特徴は,高感度ビデオカメラに明るいレンズを組み合わせ,微弱な光での分光観測を可能にした。(2)スリット分光器スリットの部分を透過した光を,コリメータレンズで平行光にし,透過型回折格子で分散させる構造である。そして,高精度のカメラ用交換レンズと天体用冷却CCDカメラを使い,測光精度を高めた。2主な観測対象(1)対物分光器点光源であればスリットがなくてもスペクトルが得られるので,流星の分光観測への活用を考えた。(2)スリット分光器スリット式で,太陽大気や地球大気のスペクトル線を捉える月や太陽の分光観測を考えた。3解析手順(1)対物分光器必要な部分の動画データを取り出し,一コマずつ“すばる画像解析ソフトマカリ(国立天文台作成)"で扱えるFITS形式に変換する。そして,ダーク処理およびフラット処理をして,測定できるデータにする。(2)スリット分光器天体用冷却CCDカメラからは,直接FITS形式でデータが得られるので,ダーク処理のみ行い,測定できるデータにする。4課題研究のテーマ案(1)対物分光器捉えられるスペクトルは,流星群のときでも1晩で多くて数個である。しかし,データが増えれば,以下のような研究テーマがある。「流星の発光成分は何か」,「流星の速度と発光成分の関係」,「流星群の違いと発光成分の関係」など(2)スリット分光器高分散のスペクトルは得られないが,太陽や月,青空や夜空の分光観測から,地球大気による吸収・散乱の影響が得られる。また,雲や植物などのスペクトルと比較して,次のような研究テーマがある。「太陽・月の高度と地球大気分子の吸収量」,「エーロゾルによる散乱」,「物質の色と分光反射率」など1簡易分光器の製作(1)対物分光器カメラレンズの先端に透過型回折格子を取り付けただけの,シンプルな構造である。「太陽・月の高度と地球大気分子の吸収量」,「エーロゾルによる散乱」,「物質の色と分光反射率」など
流体-構造インタラクションを考慮したOSAS成因メカニズムの解明

口蓋垂口蓋咽頭形成術(UPPP)は閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)の根治術であるが,OSAS改善率は約50%に留まっている。本研究は工学的見地からOSAS成因メカニズム解明を試みた。その結果,(1)UPPPは鼻咽頭全体の形態を変化させる,(2)OSASの改善度とUPPPによる狭窄部開大とは低相関である,が明らかになった。本結果は狭窄部開大に注力しているUPPPのOSAS改善率が50%に留まっている一因と考えられる。また,実症例の壁面剪断応力の評価より0.4Pa付近にOSAS発症の閾値が確認された。数値解析により壁面剪断応力を評価すれば,手術前にUPPPの効果を予測できるものと考えられる。本研究では,閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)の成因メカニズム解明のために,流体-構造連成解析ならびに生体模型を用いた流れの可視化実験を行なうことを目的としている。本年度は,口蓋垂軟口蓋形成術(UPPP)を行なった3症例のOSAS患者について,術前後のCTデータを基に鼻咽頭領域の三次元モデルの構築し,数値流体力学解析による術前後の流動形態の変化を検討した。また,流れの可視化実験用の生体模型の製作に取組んだ。まず,UPPPを行なった3症例の術前後の3次元モデル構築においては,UPPPによりOSASの責任部位にあたる鼻咽頭の形態がどの程度変化するのかを定量的に評価した。その結果,既往の臨床報告では最狭窄部断面積のみを注目していたが,実際には術前後で同領域全体の形態が変化していることが明らかになった。特筆すべきことに,手術によって逆に狭くなる領域もあることが明らかになった。このことから,UPPPの効果を予測・評価するうえでは,最狭窄部にのみ着目するのではなく,鼻咽頭全体の形態変化を把握する必要があることが明らかになった。上述の3症例症例のうち,UPPPによりOSASが大幅に改善した1症例に着目し,数値流体力学解析を実施した。その上で,最狭窄部断面積とOSASの重症度を表す指標AHI(Apnea Hyponea Index,515で軽度,1530で中等度,30以上で重度と診断される)との相関を調べた。その結果,最狭窄部断面積とAHIとはそれほど強い相関が現れないこと,むしろ,鼻咽頭領域での圧力損失の方が強い相関を示すことが明らかになった。本結果は前述のUPPP前後の形態変化の結果と合致するものと考えられる。流れの可視化実験用の鼻咽頭領域生体模型の製作では,水・マイクロバブルを用いた実験を計画し,現在,可視化実験装置の製作作業を進めている。本研究は,閉塞時睡眠時無呼吸症候群(以下,OSAS)の成因メカニズム解明のために,流体ー構造連成解析ならびに生体模型を用いた流れの可視化実験を行うことを目的としている。昨年度はOSASの根治治療法である口蓋垂軟口蓋咽頭形成術(以下,UPPP)により症状が改善した1症例に着目し数値流体力学解析(以下,CFD)を実施した。その結果,最狭窄部断面積とAHI(OSASの重症度を表すパラメーター,睡眠1時間当りの無呼吸と低呼吸の合計回数,515で軽度,1530で中等度,30以上で重度と診断される)とには相関が認められないことが明らかになった。そこで本年度は解析症例数を増やし,OSAS,UPPP,AHIとの相関,ならびに鼻咽頭の形態変化に着目してCFD解析を実施した。その結果,鼻咽頭の空気容積はいずれの症例においても大きく変化していないこと,鼻咽頭の形態が変化(狭窄部が大きく開大される一方で,喉頭の断面積が減少)していることを明らかにした。本研究結果は,UPPPによるOSAS改善は鼻咽頭全体の形態変化に帰着していることを示すものと考えられる。他方,OSAS狭窄部を想定した狭窄管路モデルを作成し,流体ー構造連成解析(以下,FSI)により,狭窄部位の変形と狭窄部後流との相関を明らかにした。その結果,狭窄部の変形・振動とともにストローハル数は増加するものの,極値が存在する可能性が示された。実際のOSASでは狭窄部の振動が狭窄部後流を不安定化させ,ひいてはいびきなどの無呼吸・低呼吸状態に至るものと考えられる。本解析結果はOSAS成因メカニズムの一端を担っているものと考えられる。本研究は,閉塞型睡眠時無呼吸症候群(以下,0SAS)に対する流体-構造インタラクションを加味した数値流体解析(以下,CFD解析),流体構造連成解析(以下,FSI解析)ならびに生体模型を用いた流れの可視化実験の実施を通し,OSAS成因メカニズム解明を目的としている。昨年度は口蓋垂軟口蓋咽頭形成術(以下,UPPP)を受けたOSAS症例を複数取り上げ,UPPPによるAHI(睡眠一時間当たりの無呼吸と低呼吸の合計回数。5-15で軽度,15-30で中度,30以上で重度に分類される)の改善に着目し,CFD解析を実施した。その結果,AHIの低減度合いはUPPPに起因する鼻咽頭全体の術後形態変化に帰着することが明らかになった。そこで本年は形状を簡略化した鼻咽頭狭窄モデルを作成し,睡眠時呼吸を想定したFSI解析を実施した。

ここで鼻咽頭狭窄モデルでは狭窄割合を操作することにより,OSAS症例の軽度,中度を模擬できるように設定した。その結果,睡眠呼吸による往復流が絶えず鼻腔,喉頭において渦の発生を誘起していることが確認された。また,狭窄部表面において壁面剪断応力が集中する領域が往復流に伴い移動することが確認された。このような応力集中領域の移動がいびきの発生に寄与していることが明らかになった。また,狭窄が強くなると狭窄部後流に形成される振動流の不安定性が顕著になることが明らかになった。この結果は昨年度簡略な狭窄管路モデルを対象とした解析で得られたストローハル数の収束現象と合致するものと推察される。UPPPの治療効率を向上させる上では狭窄部の開大のみに着目していた既往の治療診断によらず,術後鼻咽頭形状の推定と応力評価を行うことが重要であると考えられる。以上の成果はOSAS症例に対するUPPPの術前評価を行う基盤データになるものである。口蓋垂口蓋咽頭形成術(UPPP)は閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)の根治術であるが,OSAS改善率は約50%に留まっている。本研究は工学的見地からOSAS成因メカニズム解明を試みた。その結果,(1)UPPPは鼻咽頭全体の形態を変化させる,(2)OSASの改善度とUPPPによる狭窄部開大とは低相関である,が明らかになった。本結果は狭窄部開大に注力しているUPPPのOSAS改善率が50%に留まっている一因と考えられる。また,実症例の壁面剪断応力の評価より0.4Pa付近にOSAS発症の閾値が確認された。数値解析により壁面剪断応力を評価すれば,手術前にUPPPの効果を予測できるものと考えられる。研究概要で示した通り,CFD解析,FSI解析によりOSAS成因メカニズムの解明を進めている。その結果,AHI,狭窄部断面積との相関や狭窄部変形と狭窄部後流特性との相関を明らかにした。これら解析については概ね順調に研究が進捗しているものと考えらる。他方,生体模型の製作,流れの可視化実験においては,模型の試作を繰り返しているところであり,今年9月を目処に実験を開始予定である。熱流体工学現時点において,UPPPを受けたOSAS3症例の解析が完了している。今後の研究の推進方策としては,1)他症例について鼻咽頭領域のUPPP前後の形態変化を定量的に評価する,2)CFD解析,FSI解析によりAHI,狭窄部位面積,鼻咽頭領域の圧力損失との相関を明らかにする,3)生体模型を用いた流れの可視化実験を開始する,を予定している。前者2つについては既に成果が出つつあり,継続していく。後者については当初予定よりも模型の試作回数が多くなっているが,可視化実験方法は既に確立済みである。本年度は,UPPPを行なった3症例の三次元モデルの構築ならびに数値流体力学解析によるUPPPとOSASの評価を行なった。この二つの項目では当初の計画通りの進捗度合いで研究を進めることができた。他方,鼻咽頭領域の流れの可視化実験用模型の製作においては,今回は3次元プリンターによる型枠の作成,シリコン樹脂による注型を行なったが,模型サイズの大型化による品質(透明度)や精度の低下が著しいことが明らかになった。製作方法,特に注型方法の見直しを行なう必要がある。前年度,可視化実験に耐えうるクオリティ(表面性状や透明度など)の生体模型を製作するに至らなかったが,今年度は製造方法の見直しをかけ,咽頭ー喉頭領域の後背から可視化実験が実施可能な模型の製作まで行った。しかし同領域には狭窄部が存在しており,極めて複雑な流れ場を構成している。
実験計画と分散分析の教授法の研究

実験は,多くの学問分野で共通した強力な研究方法であり,情報収集の効率を顕著に高める技術として広く利用されている.この事情は多くの文科系の研究分野においても共通している.そこで本研究では実験計画と分散分析をはじめて勉強する文科系の学生のためにの入門的なコースウェアを作製した.実験計画法の考え方を十分理解させるために当コースウェアでは以下の2つの特徴を有している.1.情報化時代に対応するために,計算機に任せることができる部分についての説明をできるだけ省き,代わりに,実験の計画の仕方や,分散分析の基礎的な考え方に重点を配分した.手計算や卓上計算機で分析することを想定せずに,計算機を使用することを前提とした.2.特定の分野の読者にだけよく分かるデータは使用しない.むしろ学習者の専門分野に関係なく,楽しく読める適用例,実例を分析し,モデルの具体的な意味を詳述した.たとえば「海外旅行をするときのホテルの選び方は..」「オリンピックのフィギュアスケートの採点は公平なのだろうか」「おいしい水がブームだけれども,市販の水は本当においしいのか」「身の回りの大気汚染の公害物質や騒音の問題」「別荘地の値段の分析」など,だれでも興味のもてる身近な話題を分析例として用意した.統計パッケージを利用する1つの例として,SASのGLMプロシジャの使い方を解説し,分析の実践的側面を補強した.作製されたコースウェアは著書として出版された.実験は,多くの学問分野で共通した強力な研究方法であり,情報収集の効率を顕著に高める技術として広く利用されている.この事情は多くの文科系の研究分野においても共通している.そこで本研究では実験計画と分散分析をはじめて勉強する文科系の学生のためにの入門的なコースウェアを作製した.実験計画法の考え方を十分理解させるために当コースウェアでは以下の2つの特徴を有している.1.情報化時代に対応するために,計算機に任せることができる部分についての説明をできるだけ省き,代わりに,実験の計画の仕方や,分散分析の基礎的な考え方に重点を配分した.手計算や卓上計算機で分析することを想定せずに,計算機を使用することを前提とした.2.特定の分野の読者にだけよく分かるデータは使用しない.むしろ学習者の専門分野に関係なく,楽しく読める適用例,実例を分析し,モデルの具体的な意味を詳述した.たとえば「海外旅行をするときのホテルの選び方は..」「オリンピックのフィギュアスケートの採点は公平なのだろうか」「おいしい水がブームだけれども,市販の水は本当においしいのか」「身の回りの大気汚染の公害物質や騒音の問題」「別荘地の値段の分析」など,だれでも興味のもてる身近な話題を分析例として用意した.統計パッケージを利用する1つの例として,SASのGLMプロシジャの使い方を解説し,分析の実践的側面を補強した.作製されたコースウェアは著書として出版された.
大電流放電による電極自己形成現象の解明とその制御

直径100μmの細線電極と加工物との間にパルス幅が数百μsの電圧を印加して単発放電を起こすと、電極先端に直径20μm程度の微細軸が瞬時に形成される。接触検知回路を作製し、放電前の極間距離の白動制御を可能にした。従来の手動による極間距離の調整と比べて、安定して放電が飛ぶようになった。発振周期を100kHzまで変えられるレーザーを用い、最速1万コマ/sで撮影可能な高速度ビデオカメラを一時的に借用し、16μsの間隔で連続撮影が可能なイメージングシステムを構築した。パルス幅が数百μsの1回の単発放電において100枚の連続画像を得た。シュリーレン撮影法により連続撮影したところ、溶融部が移動している全時間帯にわたって溶融部を押し上げるような密度差の影(気流)は観察されなかった。また、微細軸は放電終了後に形成されるので、放電中の電磁力による作用によって形成されるわけではないことが示された。放電終了時の撮影画像から、電極先端の溶融部の質量を求め、それが全て液体であると仮定し、それに対する重力の影響と表面張力の影響をそれぞれ求めると、表面張力のほうが3桁大きくなった。したがって、重力の影響はほとんど無視でき、以上の4つのうちでは表面張力が溶融部に作用する主な力であると結論した。また、溶融部は、放電中および放電終了後数百μsの間、等速度で移動していることがわかった。溶融部上端位置までの電極が完全に溶融し、表面張力により球体になって電極先端にあると仮定し、その重心位置の移動速度を求めると、実際の溶融部の上端位置の移動速度とほぼ等しくなった。これらの結果は、溶融した電極は、放電中に表面張力により球体に変化しつつ上方へ移動し、その慣性により放電終了後も電極表面を後退移動したことを示している。連続撮影を試みることにより、微細軸白己形成現象について、そのメカニズムを解明することができた。
新しいバルーン エクスパンダブル メタリック ステントの考察および基礎的検討

1)エックスパンダブルメタリックステントの臨床的有用性は気管・気管支閉塞ならびに動脈・静脈の閉塞性病変で確認された。2)メタリックステントの問題点はステントを構成するワイヤー間隙から増殖する悪性腫瘍の制御が問題となる。このため、ステントの表面積を自由に調整し得る新たなステント開発の必要性が開発の指標として、明らかにしえた。また、組織反応はステントの持続的な拡張力が関与するためセルフエキスパンダブルタイプより自らは拡張力を示さないバルーンエキスパンダブルタイプが良好であると考えられた。3)血管内膜反応を利用した各種のステント材料の生体適合性に関する動物実験結果では金、ステンレススチール(SUS3Ф4)、テフロン、シリコン。銀の順に組織反応が少なく、このため、ステントの材料としては金が最も優れているが、ステンレススチールも許容範囲であり臨床的には使用可能と考えられた。4)新しいコンセプトに基づいたバル-エキスパンダブルメタリックステントの考案、試作を作った。このステントは金属プレートをバルーンカテーテルに巻回した状態で挿入留置される構造である。この金属プレートの形状は巻回し先端部と巻回し終端部の両端縁が互いに円周方向にほぼ同一幅で重なる同一形状の鋸刃状になっている。このため、バルーン拡張はスムースで、且つ、その時の断端形状はほぼ真円となる。ステントの表面積は自由に調整可能であり、具体的にはその表面に種々の形状や数の小孔を打ち抜くことにより可変となることである。これらのコンセプトに基づいたステントを試作し、ステントの物理的性質を調べるため拡張実験を行った後、これを家兎の正常気管内に挿入留置した。基礎動物実験結果では、ステントの逸脱やステントに起因する異物排泄作用の障害などの副作用は経験せず、本ステントの有用性が短期的には示唆された。但し、長期的な本ステントの有用性を確認するためには更なる実験の継続が必要と考えられた。現在までに、バルーンエクスパンダブル・メタリックステントの形状について、各種の形態を持ったステントを試作して、実験と考察を加えてきた。その結果、ステントがバルーンによって拡張するには下記の点を防止する工夫が必要であることが明らかとなった。即ち、バルーン拡張時にはステントの長軸方向に沿って、その両端から締め付ける力がはたらく、いわゆる首締め現象が起こることである。このため、ステントの基本的な形状はその長軸方向の力に抗する形状が必要であることが判明した。また、ステントの再閉塞を防ぐ意味で、ステントの表面にはスペースの無いものを基本型と考え、ステントの適応部位によっては必要に応じてその表面にレーザーカッティングで穴を空けて血管内膜の増殖を助ける形状が基本的であるとの結論に達した。これらの基本的な条件を満足するために、0.01mm厚のステンレススチールプレート(SUS304、およびSUS316L)を用いてその両端がジグザグ状になったロール式の新しいステントを試作した。現在、この新しいステントの拡張実験を繰り返し、100%の拡張を得る様にするとともに、その時の拡張圧を測定して新しいステントの基本データーを収集中である。次年度には本年度中に得られたステントの物理的性質、拡張条件などのデーターを踏まえて新しいステントを家兎の脈管内に挿入して生物学的データーを得る予定である。1)昨年度に行った市販メタリクステントに関する物理実験ならびに臨床成績の分析結果から導かれた新しいステントの試作を行ない、この新しいステントの有用性を検討すると共に家兎を用いた動物実験を行った。2)新しいステントの形状:

このステントは金属プレートをバルーンカテーテルに巻回した状態で挿入留置される構造となっている。このステントを構成する金属プレートの形状は巻回し先端部と巻回し終端部の両端縁が互いに円周方向にほぼ同一幅で重なる同一形状の鋸刃状になっている。3)新しいステントの特徴:この形状により、バルーン拡張はスムースとなり、且つその時の断端形状はほぼ真円となる。更に、この断端の接触面積は大きく、圧縮変形され難い性質を示す。更に、ステントの表面は土管状からメッシュ状までその表面積は自由に調節可能である。具体的にはステントを構成するプレート表面に種々の形状や数の小孔を打ち抜くことによりステント表面積の大きさが可変となる。4)基礎動物実験:このステントを家兎の正常気管内に挿入留置した。この結果、気管の拡張状態は良好であり、ステントの逸脱やステントに起因する異物排泄作用の障害などの副作用は認めなかった。本ステントの有用性が短期的には示唆された。5)但し、長期的な本ステントの有用性を確認するためには更なる実験の継続が必要と考えられた。
健康科学をめざして高齢者の咀嚼機能とライフサイエンスを探る

近年、食生活の欧米化が進み、顎骨の発育不全、特に下顎骨の綾小化の結果として乱杭歯の症例が増加している。また、咀噛運動は老齢期の脳の活性化と維持に極めて重要であることが強く示唆された。本研究では、老化促進マウス(senescence-accelerated mouse ; SAM)を選定し、記憶形成に重要な海馬ニューロンの機能に対して咀嚼運動の減退とその後の咀嚼機能の修復がどのように影響される脳内機構を遺伝子レベルで解析し、老齢期の脳内機構に及ぼす咀嚼の役割を明らかにすることを目的とした。水迷路テスト学習させた老齢マウスに、同一条件で短時間の水迷路テストを行い、この時に産生されるFosの量的変化を免疫組織化学的に調べた結果、海馬の神経細胞にFosが産生されることがはつきりと認めら、molarlessマウスのCA1領域での産生が少なくなっている。若齢マウスの例ではControlとの差は殆どみられんかった。海馬の各部位のFos陽性細胞を比較してみたら、老齢マウスで、CA1領域のFos産生がcontrolを比較して弱く、また、陽性細胞数が減少していた。若齢マウスでは、いずれの部位でもmolarlessの影響は認められません。Fos陽性細胞はmolarlessの期間に比例して減少しますが、1週間後、ヒトに換算すると約1年に相当しますが、この間でも明らかな有意差が認められた。すなわち、高齢期に咀嚼機能が衰えると、記憶するときに海馬に入る情報量が少なくなることが証明された。海馬の萎縮はまぎれもなく神経細胞死の結果産物ですので、海馬の細胞をニッスル染色し、海馬体各部でその数をcontrol群とmolarless群で比較したら、海馬のCA1とCA3領域、特にCA1領域では、controlでも加齢に伴い神経細胞が減少した。これはmolarless処置によって増強されるようになった。約1週間後から有意に細胞数の減少が見られるようになり、その期間に相応して減少がひどくなっていた。したがって、高齢期に咀嚼機能が脱落すると海馬の神経細胞死が進むことが明らかとなり、咀嚼機能を減退させることによつて、海馬体のc-fos発現が著しく減少され、咀嚼運動が海馬機能の維持に重要な役割を果たしていることが考えられる。もう一つは、外部刺激や学習によって入力を受けた神経細胞ではc-fosが核内に発現し、神経活動のマーカーとして用いられているので,咀嚼という末梢からの感覚入力によって海馬体の神経活動が維持できることが判明した。【目的】老齢化

マウスの脳において咀嚼機能を減退させた時の学習効率の変化及び脳内(特に海馬体と内臭野)活動の変化を検討した。【方法】痴呆症状を示す高齢者の多くには歯牙欠損が見られること、さらに齧歯類の咀嚼の殆どは臼歯を使って行うことから、咀嚼変動バロメータは咀嚼機能を低下させる方法を用いた。すなわち、上顎臼歯を歯肉縁の高さまで歯科用タービンで切削する方法と、咬筋運動を支配している両側の咬筋神経を切断する方法である。後者の場合、末梢神経の再生を考慮して、切断部位はさらに切除(約1mmの長さ)した。これによって実験期間中に神経両端の結合が不可能となる。また、これらの処置を施した動物(実験群と対照群)は術後の食物摂取量と体重が無処置のものと同様のもののみを実験に供した。この処置では、咀嚼運動は顕著に減少したが、食物摂取量には有意差が認められないことから、咀嚼変動のパロメーターとしての有用性が高いことが分かった。(Onozuka M.et al.,Brain.Res.826:148-153,1999)。認知機能の低下は高齢者痴呆の最大の特徴の一つであることから、認知機能の解析に適しているMorris water maze(モリス水迷路)法を用い、咀嚼パロメーターに連結した学習動態を検索した。動物の学習パフォーマンスはデジタルビデオカメラに収録し、パフォーマンス時間とパフォーマス距離はコンピュータ制御下で自動的に記録した。その結果、咀嚼機能を減退すると学習効率が有意に低下することが分かった。【結果】咀嚼機能を減退させることによって、海馬体のc-fos発現が著しく減少され、咀嚼運動が海馬機能の維持に重要な役割を果たしていることが明らかになった。咀嚼と脳の老化が密接に関連していることが示唆されている。今回我々は、咀嚼が高齢期の高次脳機能に及ぼす影響を検討した。【方法】実験には若齢期(2-3月齢)と老齢期(10-11月齢)の老化促進マウス(SAMP8)を用い、両側上顎臼歯を抜歯し、術後10日よりモリス水迷路テストを行い、未処置群と比較した。テスト終了後、抜歯群と未処置群を各々3群に分け、ホルマリン固定パラフィン包埋切片でのニッスル染色標本による海馬の神経細胞密度の計測と、4% paraformaldehyde還流固定後の遊離切片による抗GFAP抗体を用いた免疫染色、スライス標本の作製によるアストロサイトの膜電位と細胞外カリウムイオンとの関連を検索した。【結果】モリス水迷路テストで若齢期の抜歯群および未処置群において相違はみられなかったが、老齢期の抜歯群では未処置群に比べ明らかな学習能の低下が認められた。この老齢期の抜歯群では、海馬の神経細胞数の減少が観察された。また、GFAPの免疫染色によって老齢期の抜歯群にアストロサイトの肥大と増生が認められ、これに反し、若齢期および老齢期の未処置群での肥大したGFAP陽性細胞はみられず、ほぼ類似した所見を呈していた。さらに、海馬のスライス標本によって、老齢期抜歯群のアストロサイトでは細胞外カリウムイオンに対する感受性の低下が認められた。以上のことから、高齢期において咀嚼機能が障害をうけると、海馬の主機能である空間認知機能の減退、海馬のneuron lossおよびこれに伴うアストログリアの反応性の変化が誘発される可能性が考えられる。近年、食生活の欧米化が進み、顎骨の発育不全、特に下顎骨の綾小化の結果として乱杭歯の症例が増加している。また、咀嚼運動は老齢期の脳の活性化と維持に極めて重要であることが強く示唆された。
テルペン-ポリケタイド融合化合物ナフテルピンの生合成

本研究では、ナフテルピンの生合成機構の解明を目的として、ナフテルピンの生合成に関与する遺伝子の取得を試みた。ナフテルピンはメバロン酸経路で合成されることが判明していることから、メバロン酸経路遺伝子クラスターを含むDNA断片をプローブとして、ナフテルピン生産菌Streptomyces sp. CL190株のコスミドライブラリーからハイブリダイズするDNA断片をクローニングした。次いで、得られたメバロン酸経路遺伝子クラスター上流域約17kbpの塩基配列を決定したところ、この領域には、合計13個のorfが存在していることが判明した。相同性検索により、orf5は放線菌由来のテトラヒドロキシナフタレン(THN)生合成遺伝子rppAと66%の相同性を示した。ことことは、ナフテルピンはTHNを経由して生合成されると推定されていることから、rppAホモローグであるorf5はナフテルピンの生合成遺伝子である可能性が極めて高いと考えられる。orf8は放線菌由来のC-methyltransferaseと28%の相同性を、またorf11はS-adenosylmethionine synthaseと88%の相同性を示した。これまでのトレーサー実験から、ナフテルピンの7位のメチル基はメチオニン由来であることが明らかにされていたことからorf8はナフテルピンの前駆体と考えられる7-デメチルナフテルピンを基質としたメチル化を触媒する酵素をコードすると考えられた。さらに、orf2の破壊株を作成し、蓄積する代謝産物の検索を行ったところ、予想外にも、スクアレンが蓄積していた。このことから、orf2の機能は、THNにゲラニル基を付加する反応を触媒するプレニルトランスフェラーゼをコードしていることが強く示唆された。さらに上流のorf13は、相同検索から、ゲラニル2リン酸合成酵素であることが示唆された。これは、原核生物からクローニングされた初めての例である。本研究では、naphterpinの生合成機構の解明を目的として、naphterpinの生合成に関与する遺伝子の取得を試みた。これまでにStreptomyces sp. CL190から、メバロン酸経路の酵素群を含む約6.7kbpのSnaBI-SnaBI断片の解析にすでに成功していた。Streptomyces sp. CL190は、メバロン酸経路と非メバロン酸経路の両経路を持っており、生育に必須なmenaquinoneのような一次代謝産物の生合成には非メバロン酸経路を、naphterpinのような二次代謝産物の生合成にはメバロン酸経路を主に利用する。従って、本菌株においては、メバロン酸経路はnaphterpinの生合成のために存在していると考えた。一般に、二次代謝産物の生合成遺伝子はクラスターを形成していることから、メバロン酸経路に関与する遺伝子の周辺にはnaphterpinの生合成に関与する遺伝子が存在すると予想した。そこでまず、メバロン酸経路遺伝子クラスターを含むDNA断片をプローブとして、naphterpinのコスミドライブラリーからハイブリダイズするDNA断片をクローニングした。相同性検索により、orf5は放線菌由来のTHN生合成遺伝子rppaと66%の相同性を示した。上述したように、naphterpinはTHNを経由して生合成されると推定されていることから、rppAホモローグであるorf5はnaphterpinの生合成遺伝子である可能性は非常に高いと考えられる。これまでのトレーサー実験から、naphterpinの7位のメチル基はmethionine由来であることが明らかにされていたことからorf8はnaphterpinの前駆体と考えられる7-demethylnaphterpinを基質にしたメチル化を触媒する酵素をコードすると考えられた。

さらに、orf2の破壊株を作成し、蓄積する代謝産物の検索を行ったところ、予想外にも、スクアレンが蓄積していた。このことから、orf2の機能は、THNにゲラニル基を付加する反応を触媒するプレニルトランスフェラーゼをコードしていることが強く示唆された。さらに上流のorf13は、相同検索から、ゲラニル2リン酸合成酵素であることが示唆された。これは、原核生物からクローニングされた初めての例である。