hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
MHCの起源と進化

下等脊椎動物におけるMHCの構造を両生類アフリカツメガエル、硬骨魚類メダカを用いて解析した。先ずこれまでにMHC様遺伝子複合体の存在が明らかにされていた両生類アフリカツメガエルにおいてMHCの構造をより詳細に検討する目的で、クラスIa、クラスIIb、補体Bf、C4、HSP70、LMP7遺伝子間の連鎖解析を行った。その結果、MHC内で組み換えを起こしたカエルを2匹認めることにより、これらの遺伝子は3群、クラスIIbとLMP7、クラスIaとC4、BfとC4に分けられ、このうちクラスIa、C4が中央に位置する事が判明した。この遺伝子配置は哺乳類のMHCとは著しく異なっており、MHCは脊椎動物の進化の過程で、主要な遺伝子の連鎖は保ったまま大規模な再編を経験したことが示唆された。特にツメガエルの遺伝子配置ではクラスIaと、その上に提示される抗原のプロセシングに働くLMP7の遺伝子が互いに近接して存在することが示唆され、これがMHCの原型に近いものと考えられた。LMP2遺伝子のクローニング、連鎖解析も行ったが、この遺伝子はアフリカツメガエルではMHCと連鎖していなかった。しかし、近縁種トロピカリスではLMP2はMHCと連鎖しており、アフリカツメガエルでは4倍体化に際して連鎖が崩れた可能性が示唆された。LMP2、LMP7の発現の組織特異性を調べたところ、両者は平行して発現しており、この調節に遺伝子の連鎖は必要でないことが判明した。また、数系統のカエルの解析により、特定のLMP7とクラスIaの組み合わせが抗原提示に必要である可能性が示唆された。この可能性を検討するためのMHC内の組み替え体の作成を目的とした掛け合わせは戻し交配の子孫からDNAを抽出する段階まで進行し、現在タイピングを行っている。組み替え体が発見できれば、約一年後にはそのMHCをホモに持つカエルが得られ、自然界に存在しない組み合わせで抗原提示が行われるかどうかが判明する予定である。一方、硬骨魚類のメダカからは、クラスIIb、Bf/C2、LMP2、LMP7の遺伝子の単離、連鎖解析を行った。補体Bf/C2遺伝子は哺乳類Bf、C2とほぼ同程度の類似性を示し、どちらであるかは決定できなかった。これはツメガエルの遺伝子が明確にBfと同定されたのと対照的で、古典経路、第二経路の成分間の遺伝子重複が、硬骨魚の段階では生じていなかったことが示唆された。この結果はこれまでに行われてきた機能的な解析の結果と矛盾しており、今後タンパク質レベルでの解析により解決されるべき課題として残された。連鎖解析の結果、クラスIIb遺伝子は3コピーが、二つの遺伝子座に分かれて存在すること、Bf/C2遺伝子はそのどちらとも連鎖していないこと、及びLMP2、LMP7遺伝子は互いに連鎖しているが、クラスIIb、Bf/C2遺伝子とは連鎖していないことが明らかになった。従って今の所、メダカにはMHCと呼びうる遺伝子複合体が存在するかどうかは明らかでなく、今後その点をクラスIa、TAPの遺伝子を解析することにより、明らかにして行きたい。軟骨魚類については、解析を始める第一段階として、ドチザメの肝臓cDNAを作成し、C3、Bf用のPCRプライマーを用いた増幅を行い、それぞれ対応するDNA断片を得た。現在cDNAライブラリーを作成して全長cDNAを単離することを計画中であり、構造解析、連鎖解析と進める予定である。以上の結果より、硬骨魚類の段階ではMHC構成遺伝子は既に大部分が出現していたにもかかわらず、哺乳類のような遺伝子複合体は形成していなかったこと、及びこの遺伝子複合体構造は両生類が出現するまでの間にほぼ完成した事が示唆された。ただし、両生類における遺伝子配置は哺乳類のものと著しく異なっており、これらの遺伝子間の連鎖は染色体の再編が行われたにも関わらず保たれてきたことが明らかになった。

また、数系統のカエルの解析により、特定のLMP7とクラスIaの組み合わせが抗原提示に必要である可能性が示唆された。この可能性を検討するためのMHC内の組み替え体の作成を目的とした掛け合わせは戻し交配の子孫からDNAを抽出する段階まで進行し、現在タイピングを行っている。組み替え体が発見できれば、約一年後にはそのMHCをホモに持つカエルが得られ、自然界に存在しない組み合わせで抗原提示が行われるかどうかが判明する予定である。一方、硬骨魚類のメダカからは、クラスIIb、Bf/C2、LMP2、LMP7の遺伝子の単離、連鎖解析を行った。補体Bf/C2遺伝子は哺乳類Bf、C2とほぼ同程度の類似性を示し、どちらであるかは決定できなかった。これはツメガエルの遺伝子が明確にBfと同定されたのと対照的で、古典経路、第二経路の成分間の遺伝子重複が、硬骨魚の段階では生じていなかったことが示唆された。この結果はこれまでに行われてきた機能的な解析の結果と矛盾しており、今後タンパク質レベルでの解析により解決されるべき課題として残された。連鎖解析の結果、クラスIIb遺伝子は3コピーが、二つの遺伝子座に分かれて存在すること、Bf/C2遺伝子はそのどちらとも連鎖していないこと、及びLMP2、LMP7遺伝子は互いに連鎖しているが、クラスIIb、Bf/C2遺伝子とは連鎖していないことが明らかになった。従って今の所、メダカにはMHCと呼びうる遺伝子複合体が存在するかどうかは明らかでなく、今後その点をクラスIa、TAPの遺伝子を解析することにより、明らかにして行きたい。軟骨魚類については、解析を始める第一段階として、ドチザメの肝臓cDNAを作成し、C3、Bf用のPCRプライマーを用いた増幅を行い、それぞれ対応するDNA断片を得た。現在cDNAライブラリーを作成して全長cDNAを単離することを計画中であり、構造解析、連鎖解析と進める予定である。以上の結果より、硬骨魚類の段階ではMHC構成遺伝子は既に大部分が出現していたにもかかわらず、哺乳類のような遺伝子複合体は形成していなかったこと、及びこの遺伝子複合体構造は両生類が出現するまでの間にほぼ完成した事が示唆された。ただし、両生類における遺伝子配置は哺乳類のものと著しく異なっており、これらの遺伝子間の連鎖は染色体の再編が行われたにも関わらず保たれてきたことが明らかになった。哺乳類のMHCクラスII領域には機能関連遺伝子のクラスター、LMP2,TAP1,LMP7,TAP2が存在するが、昨年の研究によりLMP7はアフリカツメガエルでもMHCに連関していることが判明した。そこでアフリカツメガエルのLMP2遺伝子座を調べた所、MHCと関連していない事が明らかになった。従って、哺乳類で認められるクラス1上への抗原提示に関わる2つのLMP及び2つのTAP遺伝子の連関は、進化の過程でこれらの遺伝子が一つづつ集合してきて成立した事が示唆された。ヒトBf,C2間で保持されているアミノ酸配列に基づいて作成したプライマーを用い、メダカ肝臓RNAのRT-PCRを行ったところ、ヒトBf,C2と有意な類似性を示すただ一種類のクローンが得られた。これをプローブとしてメダカ肝臓cDNAライブラリーより全タンパクコード領域を含むクローンを単離し、その塩基配列を決定した。推定された全アミノ酸配列は、ヒトBf,C2とそれぞれ35.3%,35.4%一致しており、どちらに対応するかは明確に決定できずメダカBf/C2と名付けた。
Rho/mDiaシグナルを用いた脳腫瘍幹細胞のエピジェネティクス制御への挑戦

腫瘍幹細胞は特殊な微小環境(ニッチェ、niche)に存在し、細胞環境に応答し分化制御のメカニズムを起動する。細胞形態で活性化状態を変化する低分子GタンパクRhoに着目して脳腫瘍幹細胞のエピジェネティクス制御に関する解析を行った。樹立したグリオーマ腫瘍幹細胞にRhoシグナルを操作することで、腫瘍幹細胞の分化誘導にRhoシグナルの制御機構が認められた。これらの結果は腫瘍幹細胞におけるエピジェネティクス制御にRho/mDiaシグナルが関与することを示唆する。胎生期幹細胞と、成体組織特異的幹細胞、更に想定されている固形癌における癌幹細胞との関連を膵臓形成と成体膵、膵癌をモデルに検証しようという発想に基づいて本研究を起草した。臓器形成におけるSox9陽性未分化内胚葉上皮からの胎生膵幹細胞マーカーptf1aの発現誘導こそが膵幹細胞としての特性獲得の重要ステップと考え、ptf1a上位制御システムの解明を目指した。我々が報告したHes1ノックアウトマウスにおける異所性膵形成を基に、Notchシグナル阻害剤添加下の組織培養とptf1a genetic lineage tracingを組み合わせてシャーレ上での異所性膵形成を観察することを骨子とし、それを促進・阻害する細胞外シグナルを同定しようとするものであった。ところが、実際のtissue culture那思うように機能せず、Notchシグナル阻害剤添加と同時に組織が死滅するに至り、実験手法そのものの変更を余儀なくされた。当初、2年目に計画していたSox9陽性細胞の解析から、成体膵管構造に含まれるSox9陽性細胞が既に自己複製能を有する膵外分泌幹細胞として機能し、生理的条件で持続的にptf1a陽性腺房細胞を供給すること、成体内分泌細胞には分化しないことが判明した。一方、胎生Sox9陽性細胞は出生直後までは内分泌細胞への分化能を保持していた。胎生および成体膵からSox9陽性細胞をセル・ソーティングして培養しても同様の結果であった。当初の研究目的達成はならなかったものの、成体膵外分泌幹細胞マーカーとしてのSox9の意義を明らかとした。今後は胎生期および成体膵由来Sox9陽性細胞の遺伝子発現プロファイリングの比較や成体膵由来Sox9陽性細と胎児膵組織との共培養系などによってptf1a上位制御システムの解明に迫りたい。腫瘍幹細胞は特殊な微小環境(ニッチェ、niche)に存在し、細胞環境依存して分化メカニズムを起動する。細胞環境で変化する細胞内シグナルは多数存在するが、低分子GタンパクRhoは細胞接着で大きく活性化状態を変化する。特に、Rhoの下流分子mDiaは細胞間接着、細胞基質間接着からのシグナル伝達で重要な役割を担う。本研究計画では、脳腫瘍幹細胞のエピジェネティクス転換・分化誘導メカニズムを細胞内シグナルから解析を進め、Rho/mDiaシグナル操作による脳腫瘍幹細胞の分化誘導を試みることを目的としている。平成22年度は、脳腫瘍幹細胞特異的な細胞動態およびシグナル活性のバイオイメージング技術を新規に開発するためにCD133陽性細胞、GFAP陽性細胞の可視化システムの開発を進めたが、CD133プロモーターの作用が確認できなかった。腫瘍サンプルから作成したグリオーマ腫瘍幹細胞でのベクター導入に着手した。腫瘍幹細胞の存在が腫瘍再発の因子をなっていることを同定した。細胞環境に応答しダイナミックに変化する細胞内シグナルは多数存在することが明らかとなってきた。本研究計画では、低分子GタンパクRhoに注目した解析を推進した。Rhoは細胞接着で大きく活性化状態を変化する。特に、Rhoの下流分子mDiaは細胞間接着、細胞基質間接着からのシグナル伝達で重要な役割を担っている。脳腫瘍幹細胞のエピジェネティクス転換・分化誘導メカニズムを細胞内シグナルから解析を進め、Rho/mDiaシグナル操作による脳腫瘍幹細胞の分化誘導を試みることを目的とした。CD133プロモーターを用いた脳腫瘍幹細胞特異的な細胞動態およびシグナル活性のバイオイメージング技術開発に取り組んだが、申請者の手法で脳腫瘍幹細胞特異的な発現制御が困難であることが判明した。そこで新たな候補プロモーターの単離を進めている。脳腫瘍サンプルから単離したグリオーマ腫瘍幹細胞でのベクター導入に成功し、腫瘍幹細胞でのバイオイメージング解析を進め、腫瘍幹細胞の分化誘導におけるRho/mDiaシグナルの制御を同定した。
広葉樹林における未利用資源の広域循環的利用に関する基礎的研究

広葉樹二次林の有効利用のために、都市、農地と広葉樹林を結ぶ広域的資源循環をはかるという、新しい構想のもとに研究を行った。先ず、現在放置されている低質の広葉樹二次林の現状を調査し、林相改良施業法について検討した。また都市汚泥の林地搬入にさきだち、広葉樹林の水収支について実験し、水質調査の基礎資料とした。次にコンポスト化汚泥をマット状とし、三角架線を使用して林地に敷設し、下草抑制と施肥効果のあることを認めた。三角架線は広葉樹林施業のため、実用性のあることがわかった。汚泥マット敷設の水系については、水質変化は認められなかった。択伐枝條材の分解調査より、農地への有機質給源としての可能性があることがわかった。未利用広葉樹材の有効利用については、材質特性の調査をし、表面化粧材、爆砕材として食用菌培地への利用等の可能性があることを見出した。広葉樹二次林は、現在放置されているが、このような広域循環的利用によれば、画期的に新しい展望がひらけるものと思われる。昭和60年度の研究実積概要を摘記すれば次のとおりである。1.広葉樹林に関する基礎的調査(1).水文観測:試験地100haにつき量水ダム2基(流域各50ha)を設置し、60年度より本格的観測に着手した。1流域を設業区、他を対照区としている。(2).微気象観測:広葉樹二次林の微気象は樹種の小分布や天然更新に重要な役割を持つ点に留意し、ブナ林、コナラ林を中心に、稚樹の発生、消失、生長と微気象の関係を比較し、後生樹種ごとに多様な挙動を示すことが認められた。2.広葉樹林の育成に関する試験(1).汚泥マット試作:都市下水汚泥のコンポスト、枝條材チップおよびマサ土を材料として、下刈省力、施肥効果を目的とする各種汚泥マットを試作した。現在までの結果は、ポリエステル系の不織布袋入りマットが所期の目的に適うものであった。(2).三角架線による林地搬入:神崎の開発した新集材機を利用して汚泥マットの搬入試験を行い、試験地の自由な地点へ能率的に配布するのにきわめて有効であった。(3).水質影響:汚泥マット敷設による水質変化は、現在までのところ、地表水、地下水ともに影響が認められなかった。(4).施肥効果:昭和56年11月植裁キハダ林に57年8月汚泥マットを敷設し、60年8月毎木調査の結果、敷設区は樹高、根元直径ともに約2倍の生長を示した。3.広葉樹枝條材の分解調査広葉樹材の生物分解性は針葉樹材より良好な傾向が認められた。4.施肥広葉樹の材質調査きわめて顕著に生長を促進し、且つ材質も良好であった。
伝承薬物の有効利用を目指した化学と生物の融合領域研究

ブラジル原産の伝承薬T. avellanedaeの細胞を培養することにより抗がん活性をもつ5-hydroxy-2-(1-hydroxyethyl)-naphtho[2,3-b]-furan-4,9-dione(NQ801)を効率的に生産する方法の開発を行った。この化合物あるいはT. avellanedaeの抽出物を用い、様々な腫瘍細胞に対する毒性試験、がん初期抗原発現抑制試験、マウスを用いた抗腫瘍活性試験を行った。その結果、本植物の医薬素材としての応用の可能性が広がった。T.avellanedaeの若葉の切片をIAA、kinetinを含むMurashige-Skoog培地で培養することによりカルスを誘導し、ナフトフラン化合物の効率的生産法の確立を検討した。さらにTypeIIIポリケタイド合成酵素のコア構造の配列を基に設計したプライマーによりT.avellanedaeに存在する生合成遺伝子の探索を試みた。さらに、T.avellanedaeの詳細な生物活性の評価のために、エタノール抽出物を各種クロマトグラフィーにかけて得られた分画について、LCMS-IT-TOFにより分析を行い、5-hydroxy-2-(1-hydroxyethyl)-naphtho[2,3-b]-furan-4,9-dione(NQ801)の類縁化合物を多く含むフラクションを明らかにした。このフラクションを分取HPLCにより精製し、各種スペクトル解析によりNQ801類縁化合物群の構造の解明を試みた。生物活性評価に関しては、天然由来あるいは合成した化合物を用い、各種がん細胞に対する毒性試験、がん初期抗原発現抑制試験、マウスを用いた抗腫瘍活性試験を行った。その結果、NQ801類縁化合物群は各種がん細胞に対する細胞毒性を示した。また、NQ801類縁化合物群は、Raji細胞におけるEBV-EA発現を抑制することが明らかとなった。さらに、NQ801類縁化合物群はマウスを用いた実験においても抗発がん促進作用を示した。これらのことより、NQ801およびその類縁化合物群はがん化学予防効果を持つ医薬素材として有望であると考えられる。ブラジル原産の伝承薬T.avellanedaeより誘導したカルスを様々な条件下で培養することにより5-hydroxy-2-(1-hydroxyethyl)-naphtho[2,3-b]-furan-4,9-dione(NQ801)を効率的に生産する方法の開発を行った。T.avellanedaeのcDNAライブラリーよりPCR法で得た数種のIII型ポリケチド合成酵素の部分配列の解析を行った。T.avellanedaeの詳細な生物活性の評価のために、エタノール抽出物を各種クロマトグラフィーにかけて得られた分画について、LCMS-IT-TOFにより分析を行い、NQ801の類縁化合物を多く含むフラクションを明らかにした。さらにこれらの医薬資源のヒトカルシノーマに対する前臨床試験もおこなった。その結果、T.avellanedae抽出物とNQ801が乳がん細胞MCF-7に対して、濃度依存的に増殖抑制効果を示すことを見出した。細胞毒性に関しては、抽出物では微弱な活性であったが、そこに含有する主たる活性成分であるNQ801については強い活性がみられた。また、小規模な臨床試験においてもT.avellanedae抽出物がヒトカルシノーマに対して治療効果を示すことが明らかとなった。T.avellanedae由来成分の効率的生産法の開発と、その生物活性の解明により、本植物の医薬素材としての応用が期待される。
ウイルス感染に起因する細胞外マトリックスの変化と病態発生の関連

一般的に細胞表面におけるプラスミノーゲンの活性化には、プラスミノーゲン、プラスミノーゲン受容体、プラスミノーゲンアクチベーターu-PA、そしてu-PA受容体の4要素が関与すると考えられている。インフルエンザウイルス感染におけるプラスミノーゲンの活性化に、それらの要素がどのように関わっているのかは不明である。本年度は原点に戻り、u-PAの関与自体を検討する目的で、u-PAの阻害剤存在下でのプラスミノーゲン依存性に増殖するA/WSN/33の増殖を検討した。u-PAの阻害剤として知られる、suramin、amiloride、u-PA-ATFは、細胞に傷害を起こさない最高濃度においても、プラスミノーゲン存在下でのA/WSN/33の増殖に影響を与えなかった。この実験では、適切な陽性コントロールを設定できないことが問題であるが、この結果は、インフルエンザウイルス感染に起因するプラスミノーゲン活性化はu-PA非依存性である可能性を示唆した。この説明としてNAの分子自体がアクチベーターとしての機能を有することが考えられる。この仮説によれば、プラスミノーゲン受容体として機能しうる構造を持つ他のウイルス由来NAが、プラスミノーゲン活性化に関与しないという結果を、異なるNA分子のアクチベーター機能の有無で説明できる。このため、蛍光物質で標識したプラスミノーゲンを用いて、NAとの結合を確認した結果、プラスミノーゲンとの結合はその活性化に必須ではないことが解った。以上の結果より、インフルエンザウイルスのNAはプラスミノーゲン活性化に関して、単なる受容体以外の未だ不明な機能を持つことが予想され、そのようなNAの細胞表面での発現は、細胞外マトリックスの構築に影響を与える可能性が考えられた。一般にプラスミノーゲンの活性化には、プラスミノーゲンアクチベーターであるu-PAが関係する。そこでNAのアミノ酸配列を検討したところ、分子表面に存在してループ構造を形成する346番から355番のアミノ酸配列(RTKSDSSRHG)がu-PAの結合配列候補である(BxxSSxxB)と類似していること見いだした。更に、プラスミノーゲンと結合するが活性化を促進しないPR8株の変異NA(N146R)と活性化を促進するWSN株NAの構造を比較したところ、この配列内に1アミノ酸の変異が認められた。そこで、NAはプラスミノーゲンおよびu-PAとともに3分子の複合体を形成する可能性を検討するために、RTKSDSSRHG配列を変化させた複数の変異NA発現細胞を用いてプラスミノーゲン活性化試験を行ったが、この配列がプラスミノーゲン活性化に重要な役割を持つ結果は得られなかった。また、u-PAの阻害剤はWSN株の増殖を抑制しないことが示された。以上の結果は、A型インフルエンザウイルスのプラスミノーゲン活性化の分子機構は、生理的条件の分子機構と比べ異なることが示唆された。培養細胞での実験は、プラスミノーゲンを生理的条件の0.1%(2nM)の濃度で用いる。そこで、より高濃度でのウイルス増殖動態を調べた結果、5%(100nM)の条件ではウイルスの増殖はNAのプラスミノーゲン結合に依存しなかった。しかし、血清を用いて同濃度のプラスミノーゲンを供給したところ、ウイルスの増殖は抑制された。血清中にはα2アンチプラスミンなどのプラスミン阻害物質が含まれていることを考えると、NAの機能はプラスミノーゲン活性化に加え、プラスミンの活性維持にも重要であることが考えられた。
地衣類を利用した黄砂モニタリングのためのデータベース構築

金属を高濃度で蓄積する地衣類ヤマトキゴケまたはオオキゴケを国内11府県で採集、金属分析を行い、黄砂の影響を調べるための基礎データが得られた。二次代謝物を分析したところ、ヤマトキゴケはCu濃度が高いほど二次代謝物濃度が低く、Cu汚染の影響を受けていることが示唆されたが、オオキゴケにはそのような相関が見られず、二次代謝物へのCu汚染の影響に違いが見られた。また、金属を高濃度で蓄積するコケ植物イワマセンボンゴケの金属分析の結果、Ca濃度とK濃度の間に負の相関関係が見出され、過剰なCaによるK取り込みの抑制が示された。以上から、これらのコケに対する金属汚染の影響についての理解が深まった。日本の中でも黄砂の影響が比較的大きい九州地方を含む各地方で地衣類の調査を行い、大分、佐賀を含む15ヶ所で、ヤマトキゴケあるいはその同属のキゴケ属と思われる地衣類の生育を確認することができ、サンプルを採集することができた。また、比較対象として、これらの地衣類と同様に金属を高濃度で蓄積するコケ植物についても調査を行い、4ヶ所で鉄を高濃度蓄積するイワマセンボンゴケの生育を確認、サンプルを採集した。各サンプルに対して色素分析を行い、クロロフィル等の色素濃度を求めた。また、イワマセンボンゴケに対して金属分析を行い、このコケ植物が0.2-2.9 wt%もの鉄を蓄積していることがわかった。以上から、地衣類、コケ植物に対する黄砂の影響を評価するための基礎データの一部が得られた。地衣類の同定に必要となる地衣成分分析を行うことができるよう、本研究で購入したフォトダイオードアレイ検出器等を既存のHPLC分析装置に導入し、秋田県立大学で行われたワークショップに参加するなどして得た地衣成分分析に関するノウハウ等を参考にして、地衣成分分析システムを構築した。ヤマトキゴケに関するこれまでの研究結果に本研究での考察を加えた内容を、国際シンポジウムAkita International Symposium of Lichenology, Akita, Japan, 12 July 2014に於いてポスター発表し、その内容をもとにEcotoxicology and Environmental Safety誌に投稿していた論文(本研究の代表者が筆頭著者)が平成27年3月に掲載された。高濃度の銅を蓄積することのできる地衣類ヤマトキゴケを構成する共生藻と共生菌に対して金属が与える影響を調べるため、平成26年度の野外調査で採集していた12点のヤマトキゴケについて、銅、色素、二次代謝物の分析を行った。その結果、銅濃度と色素濃度の間に相関は見られなかったが、銅ストレスの指標となる色素の比が銅濃度と負の相関関係にあることがわかり、共生藻が銅ストレスを受けていることが示された。また、高濃度の銅を蓄積していたサンプルについては、主要な二次代謝物の1つであるアトラノリンの濃度が銅濃度と負の相関関係にあることが示され、この二次代謝物を生成する共生菌も銅ストレスを受けていることが示唆された。以上から、黄砂の影響を評価するための基礎となる、地衣類の金属汚染への応答に関する理解が深まった。平成26年度に本研究で構築した地衣成分分析システムによって可能となった地衣類の主要な二次代謝物の半定量分析を実施したところ、主要な二次代謝物の濃度と銅濃度との関係が見出され、本システムの有用性が実証された。昨年度に採集した地衣類サンプルの分析により、金属汚染に対する地衣類の応答に関する理解が深まり、黄砂の影響を評価するための基礎となる知見が得られた。また、昨年度に本研究で構築した地衣成分分析システムを使った分析により重要な関係が見出され、本システムの有用性が実証された。さらに、本研究の成果を国際会議でポスター発表した。以上から、本研究はおおむね順調に進展しているものと評価できる。平成26-27年度に研究対象としていたヤマトキゴケと同属のオオキゴケについて、平成25年度に銅汚染環境で採集していたサンプルの銅、蛍光、二次代謝物を分析した。銅分析の結果、オオキゴケもヤマトキゴケと同様に高濃度の銅(100 ppm以上)を蓄積する銅ハイパーアキュムレーターであることがわかった。さらに、蛍光分析によって、この地衣類の蛍光強度が銅濃度と負の相関関係にあることが見出され、オオキゴケの蛍光を利用した金属汚染評価の可能性が示された。一方、オオキゴケに含まれる二次代謝物の濃度は銅濃度と相関関係にはなく、この地衣類の地衣体全体の二次代謝物濃度は銅汚染の影響を受けないことが示唆された。また、比較対象として、鉄を高濃度で蓄積するコケ植物イワマセンボンゴケについて、鉄の化学状態を調べるためにメスバウアー分析を行った。その結果、このコケが鉄をジャロサイトという鉱物として蓄積していることが示唆され、X線回折パターンを測定したところジャロサイトの存在が確かめられた。以上から、黄砂の影響を評価するための基礎となる、コケ植物の金属汚染への応答に関する理解が深まった。本研究で得られたオオキゴケに関する成果は、国際会議The 8thIALSymposium,Aug. 1-5, 2016, Helsinki, Finlandに於いてポスター発表された。また、イワマセンボンゴケの成果の一部はJournal of Plant Researchに投稿され、平成29年1月に掲載された。

金属を高濃度で蓄積する地衣類ヤマトキゴケまたはオオキゴケを国内11府県で採集、金属分析を行い、黄砂の影響を調べるための基礎データが得られた。二次代謝物を分析したところ、ヤマトキゴケはCu濃度が高いほど二次代謝物濃度が低く、Cu汚染の影響を受けていることが示唆されたが、オオキゴケにはそのような相関が見られず、二次代謝物へのCu汚染の影響に違いが見られた。また、金属を高濃度で蓄積するコケ植物イワマセンボンゴケの金属分析の結果、Ca濃度とK濃度の間に負の相関関係が見出され、過剰なCaによるK取り込みの抑制が示された。以上から、これらのコケに対する金属汚染の影響についての理解が深まった。本研究の地衣類調査によって、国内15ヶ所でヤマトキゴケあるいはその同属のキゴケ属と思われる地衣類の生育を確認でき、サンプルを採集できたうえ、そのサンプルの分析が進んでいる。また、本研究で購入した検出器を既存の装置に導入して、地衣成分分析システムを構築した。さらに、本研究での考察を加えた内容を国際シンポジウムでポスター発表し、その内容をもとに専門誌へ投稿していた論文が掲載された。以上から、本研究はおおむね順調に進展しているものと評価できる。平成26および27年度に採集したサンプルの分析を進め、黄砂の影響を明らかにするための基礎データの集計および解析を行うとともに、金属汚染の地衣類およびコケ植物への影響に関する理解を深め、その理解に基づいたバイオモニタリングの方法を検討する。植物生理生態平成26年度にキゴケ属を見つけたサイトの一部について、調査とサンプリングを継続するとともに、色素分析に加えて地衣成分分析、金属分析を行い、地衣類、コケ植物に対する黄砂の影響を評価するための基礎データを集積する。また、分析結果を比較検討し、地衣類、コケ植物とそれらが蓄積している金属との関係を明らかにする。地衣類観察会への参加とその観察会開催地周辺での地衣類調査の回数が予定よりも多かったため、物品の購入を変更したことによる。地衣類調査と学会発表のための旅費、分析のための物品費に使用する。
酸化傷害に対する内在性防御物質としての尿酸の役割

痛風の原因物質として知られている尿酸であるが、抗酸化物質として重要な働きをしている。尿酸がどのような酸化ストレスに対して防御作用を示すかを調べ、生物における尿酸の存在意義とその利用価値を示すことを目的とした。ショウジョウバエの尿酸欠損株はタバコ副流煙曝露に感受性が高い。副流煙曝露時の尿酸含量を測定した結果、野生株では尿酸が、尿酸欠損株では前駆体含量は増加した。このことは酸化傷害に対する防御機構として尿酸合成が亢進している可能性を示唆するものである。ヒトにおいてプリン塩基の最終代謝産物である尿酸は、一部に蓄積すると痛風等の原因となるが、一方で強力な抗酸化作用があり、血清中に高濃度含まれる有効な抗酸化剤として機能すると考えられている。しかし実際にどのようなストレスに対して尿酸が効果を示しているか、その反応生成物はどのような生物影響を示すか等不明な点も多い。本研究では尿酸がどのような酸化ストレスに対して防御作用を示すかを調べ、その作用機構を明らかにして、内在性防御物質の存在意義とその利用価値を示すことを目的としている。我々は先にショウジョウバエをタバコ副流煙中に曝露したときに尿酸欠損株の感受性が高いことを示した。そこで野生株において尿酸が実際に抗酸化に寄与しているか調べるために尿酸含量を測定した。その結果、タバコ副流煙曝露によって尿酸含量は増加する傾向が見られた。このような現象は、やはり尿酸欠損株が感受性を示すX線照射を行ったときにも若干の変化であるが観察された。また、副流煙曝露によって尿酸欠損株においては、尿酸の前駆体であるキサンチンが高濃度蓄積されていることがわかった。Invitroの尿酸の反応として、尿酸は活性酸素の仲間である一酸化窒素と反応し、ニトロソ尿酸を生成すること、ニトロソ尿酸は不安定であること、また、グルタチオンと反応してニトロソグルタチオンを生理的条件下で生成することを明らかにしている。従って生体内でも、活性酸素と反応して活性酸素の消去に寄与している可能性が考えられる。我我は先にショウジョウバエをタバコ副流煙中に曝露したときに尿酸欠損株の感受性が高いことを示した。また、副流煙曝露によって尿酸欠損株においては、尿酸の前駆体であるキサンチンやヒポキサンチンが高濃度蓄積されていることがわかった。このことは酸化傷害に対する防御機構として尿酸合成が充進している可能性を示唆するものである。一方尿酸含量に大差が見られない、他の野生株において、タバコ副流煙に高い感受性を示す株が見いだされた。これは尿酸以外にも抗酸化物質として重要な働きを示すものがあることを示唆しており、生体内における抗酸化物質の相互関係を調べる必要がある。In vitroの尿酸の反応として、血中濃度に相当する尿酸野天下で、システイン誘導体のニトロソ化反応を促進した。さらにニトロソ化トリプトファンからシステインへの一酸化窒素の移動も促進した。これらのことから、尿酸は直接活性酸素と反応するだけでなく、一酸化窒素の生体内代謝に大きく関与している可能性が考えられる。
ニュートリノ輻射質量起源説とクォーク・レプトン統一模型

従来,ニュートリノの質量の起源に関して,シーソー質量説は大統一理論の枠組みに組み込むことが可能であるのに対して,輻射質量説は超対称性大統一理論に組み込むことは不可能であると言われてきた.しかし,それは原理的に不可能な問題ではなく,実際に,超対称性大統一理論の枠内で,陽子崩壊を抑えたままでニュートリノ輻射質量を与えることが可能であるということを,初めて実際に例証することができた[アメリカ物理学会誌Phys.Rev.D68(2003).].しかし,原理的に可能ということを示したものの,このモデルでは,実際に観測されている太陽および大気ニュートリノからのニュートリノ質量差および混合の数値関係を統一的に与えることはできなかった(むろん,シーソー質量説においてもそれはまだ成功していない).そこで,この基本的アイディアを受け継いで,翌年にはPhys.Lett.誌[B574(2004);B595(2004)]に,通常のSU(5) 5*+10の物質場と5*+5のヒグス場に加えて,更なる別の5*+5の物質場(ヒグス場ではなく)を仮定するモデルを発表した.このモデルにより,観測されるニュートリノの質量と混合を与えることができるようになった.しかし,まだ理論に含むパラメターが多い.よりシンプルな統一理論として完成させるには,更に何らかの法則性が存在すると思われる.2年間の本研究により,従来の定説に反して,ニュートリノ輻射質量説は統一理論の枠内で取り扱い可能となり,本研究の目的は達成することができた.その結果,今度は新たな研究課題「ニュートリノだけでなく,クォーク・レプトンを統合して,いかなるフレーバーについての法則性が存在するのか」が見えてきた.平成16度はこの問題にも多くの時間を割き,重要な研究成果を得た[Phys.Rev.D69(2004);Phys.Lett.B607(2004);Phys.Rev.D71(2005)].従来,ニュートリノの質量の起源に関して,シーソー質量説は大統一理論の枠組みに組み込むことが可能であるのに対して,輻射質量説は超対称性大統一理論に組み込むことは不可能であると言われてきた.しかし,それは原理的に不可能な問題ではなく,実際に,超対称性大統一理論の枠内で,陽子崩壊を抑えたままでニュートリノ輻射質量を与えることが可能であるということを,初めて実際に例証することができた[アメリカ物理学会誌Phys.Rev.D68(2003).].しかし,原理的に可能ということを示したものの,このモデルでは,実際に観測されている太陽および大気ニュートリノからのニュートリノ質量差および混合の数値関係を統一的に与えることはできなかった(むろん,シーソー質量説においてもそれはまだ成功していない).そこで,この基本的アイディアを受け継いで,翌年にはPhys.Lett.誌[B574(2004);B595(2004)]に,通常のSU(5) 5*+10の物質場と5*+5のヒグス場に加えて,更なる別の5*+5の物質場(ヒグス場ではなく)を仮定するモデルを発表した.このモデルにより,観測されるニュートリノの質量と混合を与えることができるようになった.しかし,まだ理論に含むパラメターが多い.よりシンプルな統一理論として完成させるには,更に何らかの法則性が存在すると思われる.2年間の本研究により,従来の定説に反して,ニュートリノ輻射質量説は統一理論の枠内で取り扱い可能となり,本研究の目的は達成することができた.その結果,今度は新たな研究課題「ニュートリノだけでなく,クォーク・レプトンを統合して,いかなるフレーバーについての法則性が存在するのか」が見えてきた.平成16度はこの問題にも多くの時間を割き,重要な研究成果を得た[Phys.Rev.D69(2004);Phys.Lett.B607(2004);Phys.Rev.D71(2005)].ニュートリノの質量の起源説は,大別して,「シーソー質量説」と「輻射質量説」とがある.シーソー質量説は,大統一理論の枠組みに組み込むことが可能であるが,輻射質量説は超対称性大統一理論には組み込むことは不可能であると言われてきた.それは,そのようなモデルを構築すると必ず陽子崩壊が起きてしまい,これは観測事実に反するからである.このことが,原理的に本当に不可能なのかを明らかにするために,佐藤とこの問題に取り組んできた.その結果,それは原理的に不可能な問題ではなく,実際に,超対称性大統一理論の枠内で,陽子崩壊を抑えたままでニュートリノ輻射質量を与えることが可能であるということを,佐藤と共著の研究で,初めて実際に例証することができた[アメリカ物理学会誌Phys.Rev.].このモデルでは,通常のSU(5)5Bar+10の物質場と5Bar+5のヒグス場に加えて,更なる別の5Bar+5のヒグス場を仮定する.しかし,このモデルでは,実際に観測されている太陽および大気ニュートリノからのニュートリノ質量差および混合の数値関係すべてを統一的に与えることはできなかった.これを受けて,小出は,Phys. Lett.誌に,更に,別のアイディアのモデルを発表した.これだと,観測されている3つのニュートリノの質量と混合の関係を正しく与えてくれる可能性を持つ.

このモデルでは,通常のSU(5)5Bar+10の物質場と5Bar+5のヒグス場に加えて,更なる別の5Bar+5の物質場(ヒグス場ではなく)を仮定する.陽子崩壊やFCNC問題も回避できる.ニュートリノの質量と混合の統一的記述も可能である.しかし,ニュートリノだけでなく,クォークと荷電レプトンの質量と混合の問題を統一的に記述することについては,なお今後の研究を待たねばならない.従来,ニュートリノの質量の起源に関して,シーソー質量説は大統一理論の枠組みに組み込むことが可能であるのに対して,輻射質量説は超対称性大統一理論には組み込むことは不可能であると言われてきた.しかし,前年度の研究実績報告書にも述べたように,それは原理的に不可能な問題ではなく,実際に,超対称性大統一理論の枠内で,陽子崩壊を抑えたままでニュートリノ輻射質量を与えることが可能であるということを,初めて実際に例証することができた[アメリカ物理学会誌Phys.Rev.D68 (2003).].しかし,原理的に可能ということを示したものの,このモデルでは,実際に観測されている太陽および大気ニュートリノからのニュートリノ質量差および混合の数値関係を統一的に与えることはできなかった(むろん,シーソー質量説においてもそれはまだ成功していない).前年度の基本的アイディアを受け継いで,新たに,Phys.Lett.誌[B574(2004); B595(2004)]に,通常のSU(5)5^*+10の物質揚と5^*+5のヒグス場に加えて,更なる別の5^*+5の物質場(ヒグス場ではなく)を仮定するモデルを発表した.このモデルにより,観測されるニュートリノの質量と混合を与えることができるようになった。しかし,まだ理論に含むパラメターが多い.よりシンプルな統一理論として完成させるには,更に何らかの法則性が存在すると思われる.2年間の本研究により,従来の定説に反して,ニュートリノ輻射質量説は統一理論の枠内で取り扱い可能となり,本研究の目的は達成することができたものの,今度は新たな問題「ニュートリノだけでなく,クォーク・レプトンを統合して,いかなるフレーバーについての法則性が存在するのか」という問題が登場してきた.今年度の研究はこの問題にも多くの時間を割いてきた[Phys.Rev.D69(2004); Phys.Lett.B607(2004); Phys.Rev.D71(2005)].
原子炉圧力容器鋼非破壊検査用の陽電子消滅1次元広運動量領域測定装置の試作

軽水炉型原子炉圧力容器鋼材料である低合金鋼A533Bの照射脆化は不純物Cuの超微小析出物が主原因とされている。本研究では、このCu析出物の新たな検出手段として、原子炉圧力容器鋼非破壊検査用の新方式の位置敏感型陽電子消滅1次元広運動量領域測定装置の開発を目的とし、それを用いて、最近"陽電子と内殻電子との消滅"検出によって我々が発見したFe-Cuモデル合金中の超微小Cu析出物の陽電子量子閉じ込め現象を利用し、従来他の実験法では検出が困難であった超微小Cu析出物の形成過程・構造の解析手法を確立させることを目指す。本研究では、伝導電子のみならず内殻電子をも含む全電子の運動量分布を高分解能(1mrad程度)で検出できるような新方式広範囲運動量1次元角相関装置用の位置敏感型γ線検出器を開発しなければならない。そのために、まず高位置分解能(2mm程度)、高計数効率(150mm×150mmの検出面積)、高時間分解能(約1ns)の位置敏感型の消滅γ線検出器を2台試作した。ついで、検出器の架台および試料・線源架台を作製し、両者の同時計数システムを完成させた(検出器架台には上下可動機構付き)。また、低温に試料を冷却するための低温用チェンバ作製し、新方式の1次元広運動量領域測定装置のシステム全体を組み上げた。この1次元広運動量領域測定装置の性能評価を兼ねたテスト測定を行った結果、位置敏感型γ線検出器内部のライトガイドによるシンチレーション光の反射効果によって、運動量分解能プロファイルに長いテールが確認された。これを取り除くには、ライトガイド部分および時間情報出力用のアンプの設定を改良する必要があることがわかった。広領域の(電子)運動量分布を測る方法として現在コインシデンス・ドップラー広がり法(CDB)が用いられている。この方法は、陽電子がいる位置での元素の同定(内殻電子状態は元素固有)を可能とするという優れた特徴をもつ。しかし、運動量分解能は4×10^<-3>mc程度と悪く、幅の狭い分布をもつ価電子の運動量分布を精度よく測定することは不可能であるという欠点をもつ。この点を解決するため本年度は、高い運動量分解能かつ低バックグラウンドの測定を可能にする1次元角相関(ACAR)装置用の位置敏感γ線検出器の開発を行った。検出器は、時間分解能がよく(1ns程度以下)、検出効率が高く、位置分解能もよい(2mm程度以下)必要がある。薄いBaF_2シンチレータ(150mm×15mm×1.5mm)80枚を2mmピッチで並べ、位置敏感光電子増倍管(PS-PMT)に取り付けた検出器で、目的の性能を得ることに成功した。位置情報は、シンチレータの15mm×1.5mmの面に浜松ホトニクス製の1次元PS-PMT(R5900-00-L16)を10個取り付け、抵抗鎖で出力分割することにより得る。各シンチレータ間の分離は良好であることが確認できた。時間情報は、15mm×150mmの面に石英ガラスのライトガイドを介して、位置情報とは別のPMT(H3177)を4個取り付けることにより得る。時間分解能は約1.2ns(FWHM)であった。本検出器を用いることにより、狭い運動量分布の価電子から、内殻電子までの広運動量領域の測定が可能な1次元ACAR装置が可能になった。今後、本検出器をもう一台製作し、ACAR装置を組み上げる予定である。

軽水炉型原子炉圧力容器鋼材料である低合金鋼A533Bの照射脆化は不純物Cuの超微小析出物が主原因とされている。本研究では、このCu析出物の新たな検出手段として、原子炉圧力容器鋼非破壊検査用の新方式の位置敏感型陽電子消滅1次元広運動量領域測定装置の開発を目的とし、それを用いて、最近"陽電子と内殻電子との消滅"検出によって我々が発見したFe-Cuモデル合金中の超微小Cu析出物の陽電子量子閉じ込め現象を利用し、従来他の実験法では検出が困難であった超微小Cu析出物の形成過程・構造の解析手法を確立させることを目指す。本研究では、伝導電子のみならず内殻電子をも含む全電子の運動量分布を高分解能(1mrad程度)で検出できるような新方式広範囲運動量1次元角相関装置用の位置敏感型γ線検出器を開発しなければならない。そのために、高位置分解能(2mm程度)、高計数効率(150mm×150mmの検出面積)、高時間分解能(約1ns)の位置敏感型の消滅γ線検出器を先ず試作し、ついでそのような位置敏感型検出器2台を向かい合わせて同時計数測定を行う必要がある。前年度までに製作した片側の検出器に加えて、今年度は、もう一方の検出器を完成させた。ついで、両検出器の架台および試料・線源架台を作製し、両者の同時計数システムを完成させた(検出器架台には上下可動機構付き)。また、低温に試料を冷却するための低温用チェンバを作製し、新方式の1次元広運動量領域測定装置のシステム全体を組み上げた。この1次元広運動量領域測定装置の性能評価を兼ねたテスト測定を行った結果、位置敏感型γ線検出器内部のライトガイドによるシンチレーション光の反射効果によって、運動量分解能プロファイルに長いテールが確認された。これを取り除くため、現在、ライトガイド部分および時間情報出力用のアンプの設定を改良中である。
薄膜半導体光導波路を有する低次元量子井戸レーザに関する研究

量子細線・量子箱構造を活性層に導入する低次元量子井戸レーザは、高効率、狭線幅、低しきい値電流などの高性能化の点で非常に有望である。本研究ではこれらの低次元量子構造の特徴を際立たせるために、従来の半導体二重ヘテロ構造に比べ光閉じ込め係数が3倍程度大きい半導体/ポリマー複合導波路構造を用いた低次元量子構造半導体レーザを実現し、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する極限的低電力・高効率動作の可能性を実証すると共に、低次元量子構造の光学特性を明らかにすることを目的とする。本年度得られた結果は、(1)Si/SiO_2導波路は高屈折率差(Δ=40%以上)を有するため、超小型光集積回路実現に適しており、またSiは通信波長帯域において透明であるため、Si基板上へのIII-V族発光素子実現は重要である。SOI基板に圧縮歪1%単層量子井戸GaInAsP/InP薄膜の直接貼り付けを行った。水素雰囲気中で300450°Cの温度範囲において圧着することにより、貼付前後でPL強度およびスペクトルに変化のない低損傷界面が得られることを明らかにした。(2)上記方法を用いてSOI基板上にGaInAsP/InP半導体薄膜DFB構造を直接貼り付け、BH-DFB半導体薄膜レーザを作製した。この素子を光励起することにより室温連続発振を実現した。共振器長は120μm、ストライプ幅は2μmの素子において、しきい値励起光強度2.8mW、しきい値の2倍の励起強度において副モード抑圧比28dBが得られた。(3)通常半導体材料は温度が上がると屈折率が高くなるが、誘電体材料のBCBは温度が上がると屈折率が下がる性質を有している。半導体DFBレーザにこのBCBを誘電体クラッドに用いることで、温度による屈折率変化を全体としてキャンセルすることができる可能性を有している。今回、2種類の膜厚(65nm,150nm)の半導体薄膜レーザを作製し、発振波長の温度依存性を調べた。コア厚150nmの素子においてはdλ/dT=5.3×10^<-2>nm/Kとなったのに対し、コア厚65nmの素子においてはdλ/dT=2.5×10^<-2>nm/Kとなり、通常の半導体薄膜レーザと比較して1/4程度に低減することができた。本年度得られた結果は、(1)レーザ活性層に生じる光利得を最大限に利用した高性能半導体レーザ実現のために厚さ約0.1μm程度の半導体薄膜を低屈折率の誘電体ベンゾシクロブテン(BCB)で挟み、活性層分離型DFB構造を付加した場合、通常素子と比較して3倍以上の光閉じ込め係数、1桁大きい屈折率結合係数を得ることができる。これまでに、光励起による室温連続励起により共振器長120μmの素子において、励起光強度0.64mWの低しきい値動作を確認した。また、副モード抑圧比は45dBとなり、良好な単一モード性を確認した。また、この半導体薄膜BH-DFBレーザを10μm間隔で並べることによって発振波長設定誤差0.8mm以内となることを確認した。(2)ストライプ幅が広い(2μm程度)半導体薄膜BH-DFBレーザにおいては横モード単一化されておらず、モードホッピングなどの問題が生じていた。理論計算では横モードカットオフ条件はストライプ幅0.9μm以下であり、最低しきい値を取るストライプ幅も0.9μm近傍であった。そこでストライプ幅を0.4μmから2.0μmの7種類のレーザアレイを作製した。その結果0.8μm及び1.0μmの素子においてで単一軸モード発振が得られ、ストライプ幅1.6μmの素子において最低しきい値パワー0.85mWを記録した。(3)更なる短共振器、低しきい値動作を目指し、DFBの屈折率差を大きくする構造を提案した。具体的にDFB部分の埋込再成長をすべて半導体で埋め込まず途中からSi0_2に切り替えることで高い屈折率差を得る構造を実現した。今回、半導体コア厚150nmに設計した元基板を用い、再成長部分の膜厚d_<gr>を変化させた3種類(d_<gr>=150nm、120nm、110nm)の素子を作製し、短共振器長の素子(L=80μm)からの室温連続発振を確認した。また、再成長膜厚を最も薄くした素子(d_<gr>=110nm)において、屈折率結合係数Kiは2900cm^<-1>が見積もられた(従来の3倍)。

本研究ではこれらの低次元量子構造の特徴を際立たせるために、従来の半導体二重ヘテロ構造に比べ光閉じ込め係数が3倍程度大きい半導体/ポリマー複合導波路構造を用いた低次元量子構造半導体レーザを実現し、現状の歪量子井戸構造半導体レーザを凌駕する極限的低電力・高効率動作の可能性を実証すると共に、低次元量子構造の光学特性を明らかにすることを目的とする。本年度得られた結果は、(1)Si/SiO_2導波路は高屈折率差(Δ=40%以上)を有するため、超小型光集積回路実現に適しており、またSiは通信波長帯域において透明であるため、Si基板上へのIII-V族発光素子実現は重要である。SOI基板に圧縮歪1%単層量子井戸GaInAsP/InP薄膜の直接貼り付けを行った。水素雰囲気中で300450°Cの温度範囲において圧着することにより、貼付前後でPL強度およびスペクトルに変化のない低損傷界面が得られることを明らかにした。(2)上記方法を用いてSOI基板上にGaInAsP/InP半導体薄膜DFB構造を直接貼り付け、BH-DFB半導体薄膜レーザを作製した。この素子を光励起することにより室温連続発振を実現した。共振器長は120μm、ストライプ幅は2μmの素子において、しきい値励起光強度2.8mW、しきい値の2倍の励起強度において副モード抑圧比28dBが得られた。(3)通常半導体材料は温度が上がると屈折率が高くなるが、誘電体材料のBCBは温度が上がると屈折率が下がる性質を有している。半導体DFBレーザにこのBCBを誘電体クラッドに用いることで、温度による屈折率変化を全体としてキャンセルすることができる可能性を有している。今回、2種類の膜厚(65nm,150nm)の半導体薄膜レーザを作製し、発振波長の温度依存性を調べた。コア厚150nmの素子においてはdλ/dT=5.3×10^<-2>nm/Kとなったのに対し、コア厚65nmの素子においてはdλ/dT=2.5×10^<-2>nm/Kとなり、通常の半導体薄膜レーザと比較して1/4程度に低減することができた。
特異的DNA配列を用いた非好熱性古細菌の探索

本研究は、特殊環境に生育しない古細菌の探索を目的とした。古細菌はこれまで高温、高塩濃度、高酸、高アルカリなどの極限環境中から単離され、その代表的な種において全ゲノム解析がなされている。古細菌が極限環境で生息するための機構について生化学的な解析が進められている他、産業上安定性の高い有用酵素の分離源といった面から注目されている。しかし極限環境ではない環境中に生息する古細菌についての知見は少ない。そこで、古細菌に特異的な16S rRNAの塩基配列をプローブとし、環境中に生息する古細菌の探索を行った。まず、プローブの有効性を確認するため、温泉(鹿児島県霧島温泉および長野県渋温泉)やその周辺の水、土壌について探索を行った。採取した水および土壌サンプルのゲノム抽出を行った後、古細菌およびバクテリアに特異的な16S rRNAプローブによりPCRを行った結果、半数以上の温泉サンプルについて増幅が認められたほか、水や土壌サンプルについても一部増幅が確認された。霧島温泉および渋温泉の温泉源は95°C以上の高温のものが多いことから、超好熱性および好熱性古細菌を中心として古細菌が生息していることが示唆された。次に、地下水や湧水について同様に検討を行った。関東および関西から入手した地下水3サンプル、東京都国分寺市の真姿の池湧水群において古細菌特異的プローブによる増幅がみられた。これより、16S rDNAシークエンス解析を進めている。以上のことから、古細菌が極限環境だけではなく身近な環境中に存在していることが示唆された。古細菌(Archaea)は核をもたない原核生物でありながら、分子生物学的および生化学的性質はむしろ真核生物に似ている一群の単細胞生物である。古細菌は、リボソーム小サブユニットRNAの塩基配列により定義されており、クレンアーキオータとユーリアーキオータの二大グループに分類されている。また、その性質から主にメタン生成古細菌、高度好塩古細菌、好熱性古細菌などに分類されており、極限環境で生息するための機構や産業上安定性の高い有用酵素の分離源といった面から研究が進められている。しかし、特殊環境に生育しない非好熱性古細菌に関する知見は少ない。近年、DNAプローブを用いた探索により、古細菌が極限環境だけではなく環境中に分布していることが報告された。また、海洋中の古細菌の分布を調査した結果、海洋中層域に古細菌が多数存在し、ある種の超好熱性古細菌(多くはクレンアーキオータ)が低温環境に順応したものであることが細胞膜中の脂質を分析することにより示された(D.C.Smith, Science 293, 56(2001) ; M.M.M.Kuypers et al., Science 293, 92(2001))。これらの非好熱性古細菌は、単離・培養に成功しているものはなく、その生化学的特性についても解析されていない。本研究は、非好熱性古細菌を探索し、単離することを目的とした。本年度は、非好熱性古細菌を探索するため、古細菌に特異的な16S rRNAの塩基配列を元にプローブを設計し、PCRを行った。岩手県釜石市の平田湾沖から採取した海水をサンプルとし、ドデシル硫酸ナトリウム存在下でプロテイナーゼK処理後、PCRを行った。しかし、今回のサンプルについては、PCRにおいて増幅がみられたものはなかった。そこで、新たにプライマーの設計を行った。今後、様々な環境サンプルについて古細菌の探索を行う予定である。