hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
膀胱発癌の修飾に関する酸化防止剤の意義とその機構

ラット膀胱発癌においてbutylated hydroxyanisole(BHA)やbutylated hydroxytoluene(BHT)などの合成酸化防止剤は強いプロモ-ション作用を発揮する。そこで本研究では生活環境に多数存在する天然酸化防止剤がラット膀胱二段階発癌にどのように関与し、また、膀胱癌の発育と進展を如何に修飾するかを検討した。6週齢のF344系雄ラットを用い、0.05%BBNを4週間投与し、膀胱をイニシエ-トした後、各種被験物質を投与した。その結果、1.豆、穀類中に存在し、また、食品添加物でもあるphytic acidのNa塩は発癌プロモ-ション作用を発揮した。また、尿pHの上昇と尿Naイオン濃度の増加がプロモ-ション作用に相関してみられた。しかし、phytic acidそのものやK、MgおよびCa塩には発癌修飾作用がみられなかった。2.発癌プロモ-タ-であるBHAやBHT等のフェノ-ル系酸化防止剤の低濃度複合投与は、腫瘍の発生に相乗的に作用した。さらに、これらとNa塩を複合投与すると相乗作用がより強く発揮され、膀胱上皮のprostaglandin E_2(PGE_2)合成とDNA合成は高値を示した。3.dehydroepiandrosteroneはBHAと同時に投与するとその発癌プロモ-ション作用を強く抑制し、G6PD活性の低下に基づくヌクレオシドの減少がその一因と考えられた。また、indomethacinもBHAとの同時投与により抗プロモ-ション作用を発揮し、DNA合成の低下、PGE_2産生阻害と抗プロモ-ションとの関連が裏付けられた。4.BBNによるイニシエ-ションなしの群において、Lーascorbic acidはsodium citrateによる膀胱上皮のDNA合成の亢進を増幅し、単純性過形成の程度を強めた。今後、さらに酸化防止剤のもつ発癌修飾作用を解析し、癌の一次予防の資料にしたい。
緑膿菌感染における５型分泌蛋白質EprSの役割の解明とワクチン抗原としての可能性

以前に、我々は、緑膿菌のオートトランスポーター分泌蛋白質の一つであるEprSが、プロテアーゼ活性化受容体を介して宿主の炎症応答を活性化するセリンプロテアーゼであることを報告した。しかし、緑膿菌の病原性におけるEprSの役割の解明は不十分であった。本研究では、EprSが緑膿菌の病原性に関与するかを検討するために、緑膿菌PAO1野生型株とそのeprS破壊株の病原性に関連する様々な表現型について特性を解析した。その結果、EprSは、緑膿菌の生体内での毒力に重要な役割を担い、緑膿菌の病原性に関連する表現型に多面的な効果を発揮することが示唆された。グラム陰性菌5型分泌蛋白質の多くは、病原性因子であるが、緑膿菌の病原性と5型分泌蛋白質との関係は、十分に理解されていない。近年、私達は、緑膿菌5型分泌蛋白質の一つのEprSが、プロテアーゼ活性化受容体依存的に炎症応答を誘導するセリンプロテアーゼであることを示した。最近、私達は、緑膿菌のeprS破壊株が、野生型株と比較して、本菌の病原性に重要な表現型を減弱することを見出し、EprSが緑膿菌の病原性発現に関与すると推測している。そこで、本研究では、EprSが緑膿菌の病原性に果たす役割を解明し、EprSを抗原とした緑膿菌感染症予防ワクチンの可能性について検討することを目的としている。平成27年度は、緑膿菌野生型株とそのeprS破壊株との間で、どのような遺伝子の発現量が変化しているのかを、マイクロアレイにより解析し、次の成果を得た。(1)eprS破壊株では、野生型株と比較して、プロテアーゼや色素産生に関連する遺伝子群を含む199遺伝子の発現が1/2倍以下に低下した。(2)eprS破壊株では、野生型株と比較して、バイオフィルム形成に寄与する遺伝子群を含む167遺伝子の発現が2倍以上に上昇した。また、マイクロアレイ解析の結果を確認するために、プロテアーゼ遺伝子群の発現をリアルタイムPCRにより解析したところ、マイクロアレイ解析の結果と同様に、これらの遺伝子群の発現低下が認められた。従って、これらの結果から、EprSは、緑膿菌の病原性に関与する様々な表現型に多面的な効果を発揮すると考えられた。本研究課題の研究計画調書に記載していた平成27年度の研究計画を当初の予定通りに遂行し、予想される結果が得られたことから、本研究はおおむね順調に進展していると考える。緑膿菌は、細胞付随型と分泌型の病原性因子を有する。なかでも宿主組織を傷害する分泌型プロテアーゼは、緑膿菌感染の病態形成に重要な役割を担うと考えられている。以前に、私達は、緑膿菌のオートトランスポーター分泌蛋白質の一つであるEprSが、プロテアーゼ活性化受容体を介して宿主の炎症応答を活性化するセリンプロテアーゼであることを報告した。平成27年度の研究では、緑膿菌のeprS破壊株は、野生型株と比較して緑膿菌の病原性に関与するプロテアーゼなどの遺伝子群の発現低下を示すことが示された。そこで、平成28年度は、緑膿菌の病原性に関連する様々な表現型が、緑膿菌野生型株とそのeprS破壊株において、変化するのかについて各種の解析を行って、次の成果を得た。(1)EprSは、単一の炭素及び窒素源として蛋白質性の物質が存在する条件下での緑膿菌の増殖に、一定の役割を担う。(2)緑膿菌eprS破壊株では、緑膿菌の病原性に関与するエラスターゼ、ピオシアニン、ピオベルジンの産生の減少が認められた。(3)緑膿菌eprS破壊株では、クオラムセンシングに関与するオートインデューサーの産生量が減少していた。(4)緑膿菌eprS破壊株では、緑膿菌の病原性に関与する運動性の中でも、べん毛による運動であるswimmingとべん毛と線毛よる運動であるswarmingの能力が低下していた。(5)緑膿菌eprS破壊株では、緑膿菌のswarming能に関連する界面活性物質の産生量が減少していた。本研究課題の研究計画調書に記載していた平成28年度の研究計画を当初の予定通りに遂行し、予想される結果が得られたことから、本研究はおおむね順調に進展していると考える。これまでの研究において、私達は、緑膿菌のオートトランスポーター分泌蛋白質の一つであるEprSが、プロテアーゼ活性化受容体を介して宿主の免疫応答を活性化するセリンプロテアーゼであることに加えて、緑膿菌の病原性に関与する様々な表現型に多面的な効果を発揮することを明らかにした。しかし、緑膿菌の病原性の全体像を理解するためには、生体内などの特定環境下の緑膿菌において発現される直接的ならびに間接的な病原性因子群を網羅的に解析することが必要と考えられた。

そこで、平成29年度の研究では、そのような解析のための実験系の構築を行って、次の成果を得た。(1)緑膿菌の発育必須因子の遺伝子破壊株を取得し、この株が発育必須因子非存在下では発育しないことを確認した。(2)この株の発育を相補するために、緑膿菌のゲノムDNAをSau3AIで部分消化して生じた断片を広宿主域プラスミドに挿入したライブラリーは、何らかの目的クローンを99%の確立で含むために理論上で必要なクローン数(約58,000個)の約12倍である約700,000個の独立クローンからなっており、解析を行うために十分なクローン数であった。(3)大腸菌を用いて作製したライブラリーを接合によって発育必須因子の遺伝子を破壊した緑膿菌に導入し、約8,000,000個の緑膿菌株ライブラリーを取得した。今後、この緑膿菌株ライブラリーを、生体内に接種して一定期間後に回収された菌株が有するプラスミド上の挿入断片の塩基配列を解析することで、生体内の緑膿菌において発現される遺伝子群の解析を行う予定である。以前に、我々は、緑膿菌のオートトランスポーター分泌蛋白質の一つであるEprSが、プロテアーゼ活性化受容体を介して宿主の炎症応答を活性化するセリンプロテアーゼであることを報告した。しかし、緑膿菌の病原性におけるEprSの役割の解明は不十分であった。本研究では、EprSが緑膿菌の病原性に関与するかを検討するために、緑膿菌PAO1野生型株とそのeprS破壊株の病原性に関連する様々な表現型について特性を解析した。その結果、EprSは、緑膿菌の生体内での毒力に重要な役割を担い、緑膿菌の病原性に関連する表現型に多面的な効果を発揮することが示唆された。平成27年度の研究計画がおおむね順調に進展していたことから、平成28年度の研究は当初の計画通りに推進する。一方で、平成27年度に行った緑膿菌野生型株とそのeprS破壊株における網羅的な遺伝子発現レベルの解析データの精度を高めるために、再びマイクロアレイ解析やRNA-seqを行いたいと考えている。平成28年度の研究計画がおおむね順調に進展していたことから、平成29年度の研究は当初の計画通りに推進する。一方で、平成27年度に行ったマイクロアレイ解析で得られたデータの精度を向上させることを目的として、平成28年度ではRNA-seqによる網羅的な解析を行う予定であったが、緑膿菌の病原性に関与する様々な表現型の解析に、時間を要したことから、それを施行できなかった。そこで、この実験を平成29年度に行いたいと考えている。細菌学平成27年度の研究計画がおおむね順調に進展していたことから、実験に必要な消耗品類の購入を抑えることができたため、次年度使用額が生じた。平成28年度の研究計画がおおむね順調に進展していたことから、実験に必要な消耗品類の購入を抑えることができたため、次年度使用額が生じた。平成28年度の研究費は、当初の計画である以下の(1)-(4)の遂行に使用することに加えて、緑膿菌野生型株とそのeprS破壊株における網羅的な遺伝子発現レベルの再解析を行うために使用する予定である。(1)緑膿菌eprS破壊株の細胞毒性の解析、(2)緑膿菌eprS破壊株の細胞透過能の解析、(3)緑膿菌eprS破壊株の細胞付着能、細胞内侵入能、細胞内増殖能の解析、(4)緑膿菌eprS破壊株のバイオフィルム形成能の解析。平成29年度の研究費は、当初の計画である以下の(1)-(3)の遂行に使用することに加えて、平成28年度に施行できなかった緑膿菌野生型株とそのeprS破壊株における網羅的な遺伝子発現レベルの再解析を行うために使用する予定である。
敗血症性ショックにおける腸管循環の病態と制御

輸液負荷を十分なされたブタエンドトキシン血症モデル(ブタ敗血症モデル)において、合成心房性ナトリウム利尿ペプチドであるカルペリチドの低用量前投与は、体循環、腸管循環維持作用を有し、さらに肺保護作用を認めた。カルペリチドの低用量投与は、未だ死亡率の高い重症敗血症および敗血症性ショック患者において、体循環、腸管循環および呼吸機能に有益な作用を有し、患者予後に有益な作用を持つ可能性があると考えられる。敗血症性ショックなどの過大侵襲時には、消化管は臓器障害の最初の標的である。その構造的、機能的障害は、病態増悪の引き金となる。多臓器不全への進展を防ぐためには消化管障害の予防が重要で、特に腸管血流の維持が重大な役割を持つ。これまで動物実験において様々な薬剤、とくに循環作動薬が腸管血流維持目的に投与されたが、有効性が証明されたものはない。エンドトキシンショックおよびエンドトキシン血症における腸管血流低下機序としては、交感神経系およびレニン・アンギオテンシン系(RAS)の活性化が重要であり、特にRASが腸管循環の制御に大きく関与している。心不全治療薬であるカルペリチド(hANP)は、血管拡張作用、尿量増加作用を持つが、RAS抑制作用も有するとの報告があり、これまでに我々は、ブタエンドトキシン血症モデルにおいて、カルペリチドの前投与が、体循環維持作用、肺高血圧抑制作用、肺障害抑制作用、腸管、特に腸管粘膜血流維持作用を持つことをアメリカ麻酔学会にて報告し、現在海外の麻酔・集中治療関連雑誌に投稿中である。敗血症発症前での投与は、臨床上困難であると思われるが特定の状況下、特に下部消化管穿孔患者における早期投与などにおいて、多臓器不全への進展を阻害しうる可能性がある。今後本研究では、ブタエンドトキシン血症モデルを用いて、カルペリチド後投与および、各種昇圧剤、強心剤との併用が腸管循環改善作用を持つとの仮説を証明する。これまで動物実験において様々な薬剤、とくに昇圧剤および強心剤が腸管血流維持目的に投与されたが、有効性が証明されたものはない。エンドトキシンショックおよびエンドトキシン血症における腸管血流低下機序としては、交感神経系およびレニン-アンギオテンシン系(RAS)の活性化が重要であり、特にRASが腸管循環の制御に大きく関与していると言われ近年RAS抑制作用を有する薬剤についての検討が行なわれている。心不全治療薬であるカルペリチド(hANP)は、血管拡張作用、利尿作用を持ち、循環器、麻酔、集中治療領域で広く臨床使用されているが、近年RAS抑制作用も有すると報告された。これを受けて我々は、ブタエンドトキシン血症モデルにおいて、カルペリチドの前投与が、体循環維持作用、肺高血圧抑制作用、肺障害抑制作用、腸管、特に腸管粘膜血流維持作用を持つこと報告した。また、近年、カルペリチドが強力な抗炎症作用を有することが報告され、抗炎症作用による臓器保護作用についても注目されている。本研究では、ブタエンドトキシン血症モデルを用いて、カルペリチド投与による臓器保護作用の機序の解明および各種昇圧剤、強心剤との併用が腸管循環改善作用を持つとの仮説を証明する。これを受けて我々は、ブタエンドトキシン血症モデルにおいて、カルペリチドの前投与が、体循環維持作用、肺高血圧抑制作用、肺障害抑制作用、腸管、特に腸管粘膜血流維持作用を持つことを報告した。

本研究では、これまでの研究成果を引き継ぎ、ブタエンドトキシン血症モデルを用いて、カルペリチド投与による臓器保護作用の機序の解明および各種昇圧剤、強心剤との併用が腸管循環改善作用を持つとの仮説を証明する研究を行なった。
発癌ストレスによるp16INK4a遺伝子の発現調節と皮膚癌発症機構との関連

癌抑制遺伝子p16^<Ink4a>遺伝子の発現をマウスの生体内でリアルタイムに可視化するために、完全な遺伝子発現ユニットを含む長大なgenomic DNA(p16^<Ink4a>の遺伝子座を含むbacterial artificial chromosome clone : BAC cloneを利用)を用い、目的遺伝子のコード領域の3'末端にホタルの発光酵素であるルシフェラーゼ遺伝子を、相同組み替えの技法を用いてインフレームで挿入し、本来の遺伝子構造を保ったままそのp16^<Ink4a>遺伝子の発現を生物発光を利用して可視化定量できるトランスジェニックマウスを作製した。マウスの腹腔内にルシフェリンを投与し、局感度CCDカメラにてマウスからの発光を観察したところ、ワンパ節、精巣などにおいて、比較的強い発光を検出することができた。発光の強い臓器においては、内在性p16^<INK4a>遺伝子の発現も高いことが確認された。ヒトやマウスにおいては、p16^<INK4a>遺伝子は発癌ストレスに反応し、発癌に対する生体防御反応としてその発現が上昇することが知られている。そこでこのマウスを用いてDMBA-TPAプロトコールによる皮膚化学発癌誘導実験を行った。DMBA-TPAにより良性のパピローマが形成されるが、p16^<INK4a>遺伝子の発現はパピローマが形成されてしばらくしてからその発現が誘導され、p16^<INK4a>遺伝子が発現すると、パピローマの発育が抑えられることが確認された。以上のことから、p16^<INK4a>遺伝子は発癌ストレスにより発癌防御反応として、その発現が誘導され、良性腫瘍から悪性腫瘍への進行を抑制していると考えられた。p16^<INK4a>遺伝子が存在するINK4a/ARF locusを含むヒトゲノミックDNA(約100kb)が組み込まれた149I2-BACクローンを用い、エキソン、イントロン構造を保ったままp16^<INK4a>の発現を可視化するため、p16^<INK4a>遺伝子のコーディング領域の3'端にルシフェラーゼ遺伝子cDNAをインフレームで挿入し、p16^<INK4a>とルシフェラーゼの融合蛋白を発現するBACベクターを構築した。その際、制限酵素部位を利用してBACクローン上でfusion蛋白を構築することは困難なため、recombinaseを用いて大腸菌内でのhomologous recombinationを利用して作成した。このBACベクターをp16^<INK4a>BAC-lucと名付けた。このp16^<INK4a>BAC-lucよりp16^<INK4a>とルシフェラーゼの融合蛋白が発現しているかどうかを確認するため、様々な培養細胞にトランスフェクションし、ルシフェラーゼアッセイを行ったところ高いルシフェラーゼ活性が得られ、またウエスタンブロッティングにても融合蛋白の発現が認められた。昨年度は、癌抑制遺伝子p16^<INK4a>遺伝子が存在するINK4a/ARF locusを含むヒトゲノミックDNA(約100kb)が組み込まれた149I2-BACクローンを用い、エキソン、イントロン構造を保ったままp16^<INK4a>の発現を可視化するため、p16^<INK4a>遺伝子のコーディング領域の3'端にルシフェラーゼ遺伝子cDNAをインフレームで挿入し、p16^<INK4a>とルシフェラーゼの融合蛋白を発現するリコンビナントBACベクター、p16-BAC-lucを構築した。本年度はこのp16-BAC-lucにおけるINK4a/ARF locusを含む染色体断片を、マウスの受精卵にインジェクションし、トランスジェニックマウスを作製した。

マウスの腹腔内にルシフェリンを投与し、高感度CCDカメラにてマウスからの発光を観察したところ、リンパ節、精巣などにおいて、比較的強い発光を検出することができた。発光の強い臓器においては、内在性p16^<INK4a>遺伝子の発現も高いことが確認された。また、トランスジェニックマウス由来のMEFを用いて継代培養によって細胞を老化させた際に、内在性のp16^<INK4a>の発現上昇が認められたが、その際に発光を反映するルシフェラーゼ活性も内在性p16^<INK4a>の発現と相関して、高くなっていることが確認された。以上のことから、このマウスの発光は内在性のp16^<INK4a>遺伝子の発現をよくモニターできることが確認された。ヒトやマウスにおいては、p16^<INK4a>遺伝子は発癌ストレスに反応し、発癌に対する生体防御反応としてその発現が上昇することが知られている。現在DMBA-TPAプロトコールによる皮膚化学発癌誘導実験において、p16^<INK4a>遺伝子が発癌過程においていつ、どこで、どの程度発現するかを、発光を指標にモニターを続けている。昨年度までに、癌抑制遺伝子p16^<Ink4a>遺伝子の発現をマウスの生体内でリアルタイムに可視化するために、完全な遺伝子発現ユニットを含む長大なgenomic DNA(p16^<Ink4a>の遺伝子座を含むbacterial artificial chromosome clone : BAC cloneを利用)を用い、目的遺伝子のコード領域の3'末端にホタルの発光酵素であるルシフェラーゼ遺伝子を、相同組み替えの技法を用いてインフレームで挿入し、本来の遺伝子構造を保ったままそのp16^<Ink4a>遺伝子の発現を生物発光を利用して可視化定量できるトランスジェニックマウスを作製した。マウスの腹腔内にルシフェリンを投与し、高感度CCDカメラにてマウスからの発光を観察したところ、マウスからの発光と内在性p16^<Ink4a>遺伝子の発現がよく相関することが確認された。ヒトやマウスにおいては、p16^<Ink4a>遺伝子は発癌ストレスに反応して、発癌防御反応としてその発現が上昇することが知られている。そこでこのマウスを用いて、昨年度から今年度にかけて、DMBA-TPAプロトコールによる皮膚化学発癌誘導実験を行った。DMBA-TPAにより良性のパピローマが形成されるが、p16^<Ink4a>遺伝子の発現はパピローマが形成されてしばらくしてからその発現が誘導され、p16^<Ink4a>遺伝子が発現すると、パピローマの発育が抑えられることが確認された。以上の結果から、p16^<Ink4a>遺伝子は発癌ストレスにより発癌防御反応として、その発現が誘導され、良性腫瘍から悪性腫瘍への進行を抑制していると考えられた。
浸透による土粒子輸送現象の解明と解析手法の開発～土中の流砂力学の創造～

これまで明らかになっていない浸透破壊後の土と浸透水の挙動について,実験,理論,数値解析を実施した.実験結果は「浸透流によって運ばれる砂の平均速度は,浸透力と外力のつりあいから推定できる」ことを示した.これは,浸透による土粒子輸送を予測するための重要な結果であり,理論にもこの事実を立証した.また,数値解析においては,実験結果と理論を再現することに成功し,今後、幅広い現象を解析するための足ががりをつくった.浸透流によって輸送される土粒子の速度及び移動機構の把握に関連して,(1)水平方向に輸送される土粒子速度と浸透力の関係,(2)流動化した砂質土の数値シミュレーション手法の開発,(3)ダルシー相と流体相の同時解析手法の開発,の3項目に取り組んだ.(1)については,昨年度に行った重力に抗して鉛直方向に運ばれる土粒子の移動速度とは異なり,摩擦力に抗して運ばれる土粒子の移動速度と浸透力の関係を実験的に調べた.その結果,固体としての砂が流動化する過程では,移動速度(変位速度)が増加するにつれて,輸送に必要な流体力が減少することが明らかとなった。(2)については,砂と浸透水の連続式と運動方程式を慣性項を考慮して,動的な支配方程式を導くことにより,双曲型の連立偏微分方程式の形で流動化する砂の数値解析を試みた.数値解析手法には有限体積法にCWENOスキームと適用し,双曲型の問題を首尾よく数値計算することとした.その結果,一次元の問題については理論通りの計算結果を得た.現在は2次元の問題に取り組んでいる.(3)については,侵食を扱う上では水の領域(流体相)と土中の浸透領域(ダルシー相)の両方の流れを解析し,土粒子に加わる流体力を正確に把握する必要があるため,上述の(2)の課題に追加して研究を開始したものである.研究代表者は流体相とダルシー相の両方で成立するDarcy-Brinkman式に着目し,これら2つの相における水の流れを簡単かつ安定的に計算することに成功した.本研究の目的は,現在まで不明な点が多い土中の土粒子移動についての実験的かつ理論的な研究を遂行することにより,これまでにない土粒子移動を考慮した土質力学の学問体系を創造することにある.具体的には,土中で生じる土粒子の移動・輸送現象について定量的な把握を行うとともに,その現象を予測するための数値計算手法を開発することを行った.最終年度(平成25年度)に実施した研究は、浸透流によって流出する砂の理論的考察とその数値解析手法の構築である。これらの研究は,昨年度までに実施した実験的研究に照らし合わせて行われた。得られた結論をまとめると以下のようである。砂の流出に関する理論では,一次元上向きのボイリング現象を対象とした。支配方程式に土と浸透水の運動方程式を採用すると,水と土粒子の非圧縮性と一様流を仮定すると,それらの速度についての連立常微分方程式に帰着する。動水勾配と浸透流速の関係にダルシー則を用いた場合に,その方程式の厳密解を導き,浸透破壊後の浸透水と土粒子速度についての特徴を明らかにした。数値解析手法の構築においては,CWENOスキームを用いてオイラー的に記述された支配方程式を解くことで,土粒子の流亡過程のシミュレーションを可能にした。前年度までに開発を進めていたものに,土骨格の弾完全塑性構成モデルを導入し,弾塑性材料である土が有効応力を失うことで流動化する過程をシミュレートした。その結果,一次元の計算において上述の理論解と良好な一致を見せるとともに,二次元の土の流亡計算が可能であることを示した。これまで明らかになっていない浸透破壊後の土と浸透水の挙動について,実験,理論,数値解析を実施した.実験結果は「浸透流によって運ばれる砂の平均速度は,浸透力と外力のつりあいから推定できる」ことを示した.これは,浸透による土粒子輸送を予測するための重要な結果であり,理論にもこの事実を立証した.また,数値解析においては,実験結果と理論を再現することに成功し,今後、幅広い現象を解析するための足ががりをつくった.これまで浸透による土粒子移動の研究はパイピングに関連するもの多く,その中では,土粒子の移動が始まる動水勾配や浸透流速を決定/予測することに焦点が当てられてきた.しかし,土粒子の移動開始のみを把握するだけでは,粒子の移動開始後にどのように土粒子が流出してパイピングや空洞化に発展してくかを予測することは不可能であるため,本研究では限界動水勾配以上の動水勾配が作用した時に,どれくらいの速度で土粒子が移動し,土が輸送されるのかについて実験的かつ理論的に調査を行った.実験では,U字型浸透破壊試験機を開発し,U字型のアクリル円筒内に均一粒径の硅砂を充填し,ボイリング(噴砂)を発生させた.ボイリングによってU字型円筒から溢れ出す土粒子の質量と水量を測定することで,土粒子の輸送速度(単位時間・単位断面積当たりから流出する土粒子の質量)を計測した.計測された土粒子の移動速度と,浸透流速や導水勾配の関係を整理し,力学理論に基づいて浸透流に運ばれる土粒子の移動速度についてモデル化を行った.実験及び理論的考察から得られた結果は以下のようである.(1)浸透破壊を生じ砂粒子が上向きに移動する箇所では,砂粒子の移動速度の増加に伴って動水勾配が減少する.

これは,砂粒子が浸透水と同じ方向に運動することで,抵抗が減少するためと考えられる.(2)測定された砂粒子速度の範囲では,その速度は,砂の移動を考慮した力のつり合い式から導かれる理論式とよく符合した.また,同式は粒径の異なる砂においても適用が可能であったが,その理由は,粒径変化の影響を,透水係数の値によって反映するためであった.本研究は,土中で生じる土粒子の移動・輸送現象について定量的な把握を行うとともに,その現象を予測するための数値計算手法を開発することを目的としている.これまでは,おおよそ研究計画で予定した通りに進んでいる.数値解析においては,予定しているよりも進んでいるが,実験については摩擦抵抗の計測が直接的に行えていない点が課題として挙がっており,これについては次年度に継続する予定である.以上から,数値解析と実験をトータルするとおおむね計画通りに進んでいると判断する.本年度は,鉛直上向きの浸透による浸透破壊の際に,浸透流によって運ばれる砂の挙動を実験的に調査した.実験においては,浸透破壊時の浸透水と砂粒子の流出量を分離して測定し,動水勾配と共に浸透流速と砂粒子の移動速度を計測した.その結果からは,透水係数を用いた砂と浸透水との相互作用モデルを用いれば,材料の違いによらず,鉛直方向の力のつり合いによって良好に砂の移動速度を推定できることが明らかとなった.これは,浸透流に運ばれる土粒子の移動速度について理論的考察と実験値の一致が良好であったことを示している.したがって,本年度に予定していた実験は最大限の成果が得られ,計画以上に進展してはいないものの,順調に研究は進展している.今後は,数値解析においては(1)砂の流動化現象を数値的に解析する手法の多次元化,(2)流体相とダルシー相の同時解析技術の発展,の2つに取り組む.これらについては,これまでにノウハウを積み重ねており,順調に進むものと考えられる.実験については,実験装置を工夫し,砂が固体から流動化する過程の摩擦力の変化の直接的な計測を行い,昨年度の実験データを補うものとする.前年度の研究成果を受けて,次年度は以下の研究に取り組む。(1)土の間隙を移動する土粒子の輸送速度の把握とそのモデル化(2)水平方向に移動する土粒子移動速度の推定(土粒子間摩擦の評価)(3)土粒子の流亡土塊の安定性の数値解析準備上記の(1)と(2)については,前年度の実験設備とノウハウから比較的簡単に実験を行うことが可能である.今後は(3)に示した土粒子の流亡土塊の安定性の数値解析に向けて実験結果を整理する必要がある.特に,土の流亡(流動化)過程における構成則の変化について慎重に議論し,実験および数値解析の準備を進めることとする.該当なし次年度は実験消耗品(次年度の実験に必要な計測機器とアクリル管等の実験器具)と計算機(並列計算のためのコンピュータ)の費用とともに,成果発表のための会議参加費と旅費を計上している。
時間遅れをもつ感染症モデルを含む非線形力学系の漸近挙動及び定性理論

1. (非感染)標的細胞,感染細胞,ウイルス粒子の数2.ウイルス特異型の細胞傷害性T細胞(cytotoxic T lymphocyte)の数,抗体応答からなる系の時間大域的挙動を調べた.単位時間あたりの新規感染細胞数を規定する接触項である非線形関数に対して,感染平衡点の存在性と一意性を調べるために,標的細胞数について単調増加であることに加えて,感染細胞について単調増加かつ下に凸であることを仮定している.各感染平衡点の大域安定性を得るために,適切なLyapunov汎関数を構成し, 4つの基本再生産数を用いた安定性条件を導出した.その条件は,標的細胞が感染能力を有するまでのタイムラグと感染細胞のウイルス粒子複製ラグのいずれにも依存しない.また,離散的な時間遅れをもつ感染モデルにおいても同様の結果が得られたことも特筆したい.本結果は,査読付き国際誌Applied Mathematics and Computationに出版された(13.研究発表欄の1番目を参照).次に,ヘルパーT細胞数の変動がロジスティック成長に従う感染モデルにおいて,感染細胞の核内にあるCovalently closed circular(ccc)DNAの損失によって,感染細胞が非感染細胞に戻る効果を考慮した場合に,系がパーマネントであるための十分条件に加えて, Lyapunov関数法および単調反復法を用いて感染平衡点が大域安定であるための十分条件を得た.本結果は,査読付き国際誌Mathematical Methods in the AppliedSciencesへの掲載が確定している(13.研究発表欄の2番目を参照)就職による早期終了のため、研究期間の最終年度にあたり,記載しない.就職により平成27年3月31日付け特別研究員辞退本年度は,マラリアや黄熱病などの, vector populationにおける感染潜伏期間を表す時間遅れをもつSIRS (Susceptible-Infected-Recovered-Susceptible)感染症モデルや関連するウイルス流行モデルにおいて, (感受性個体の新規感染を規定する)接触項の非線形性と遅れの長さが解の漸近挙動にもたらす特性変化に対する飛躍的な改善結果を得た.はじめに,時間遅れをもつSIRS感染症モデルにおいては,感染の定着を示す平衡解の周りでの線形化より得られる微分方程式の特性方程式の固有値解析について,接触項が非単調な場合に用いられた手法の本質を理解することで,感染平衡解が局所漸近安定であるためのYang, Xiao (2010)が得た,感染個体の抑制効果(inhibition effect)を考慮した具体的な非線形接触項を含めたモデルにおける十分条件を改善した.上で述べた接触項に含まれる感染力の非単調性と遅れの長さがモデルのllopf分岐を引き起こし,平衡解が不安定化するための(飽和定数に関する)閾値条件を明らかにした.本結果は,査読付き国際誌Mathematical Biosciences and Engineeringに出版された(13.研究発表欄の1番目を参照).さらには,コンピュータのセキュリティホールを利用して振る舞う,コンピュータウイルス流行モデルの解の漸近挙動を調べ,ウイルスがホストに侵入し,アクティブ化に至るまでのタイムラグを考慮した遅延方程式の感染平衡解が大域的に漸近安定であるための十分条件を, Lyapunov関数法と比較定理から導かれる単調反復法の組み合わせより得た.このモデルは, Han, Tan (2010)とRen eta1. (2012)が別々に提案した,アンチウイルスソフトによって獲得されるウイルス免疫損失を考慮したシステムの改良版である.本結果は,査読付き国際誌International Journal of Computer Mathematicsにて出版された(13.研究発表欄の2番目を参照).1. (非感染)標的細胞,感染細胞,ウイルス粒子の数2.ウイルス特異型の細胞傷害性T細胞(cytotoxic T lymphocyte)の数,抗体応答からなる系の時間大域的挙動を調べた.単位時間あたりの新規感染細胞数を規定する接触項である非線形関数に対して,感染平衡点の存在性と一意性を調べるために,標的細胞数について単調増加であることに加えて,感染細胞について単調増加かつ下に凸であることを仮定している.各感染平衡点の大域安定性を得るために,適切なLyapunov汎関数を構成し, 4つの基本再生産数を用いた安定性条件を導出した.その条件は,標的細胞が感染能力を有するまでのタイムラグと感染細胞のウイルス粒子複製ラグのいずれにも依存しない.また,離散的な時間遅れをもつ感染モデルにおいても同様の結果が得られたことも特筆したい.本結果は,査読付き国際誌Applied Mathematics and Computationに出版された(13.研究発表欄の1番目を参照).次に,ヘルパーT細胞数の変動がロジスティック成長に従う感染モデルにおいて,感染細胞の核内にあるCovalently closed circular(ccc)DNAの損失によって,感染細胞が非感染細胞に戻る効果を考慮した場合に,系がパーマネントであるための十分条件に加えて, Lyapunov関数法および単調反復法を用いて感染平衡点が大域安定であるための十分条件を得た.本結果は,査読付き国際誌Mathematical Methods in the AppliedSciencesへの掲載が確定している(13.研究発表欄の2番目を参照)就職による早期終了のため、研究期間の最終年度にあたり,記載しない.就職により平成27年3月31日付け特別研究員辞退接触項が感染個体数について単調でない場合において,感染の定着を示す感染平衡解が局所漸近安定であるための十分条件を得ただけでなく,具体的な接触項に対し議論を行ったYang, Xiao (2010)が得た感染平衡解の安定性に関する十分条件も改善できた.このことから,申請者の研究は初年度の年次計画に従い,おおむね順調に進展したと言える.

SIRS感染症モデルやSEIRS感染症モデルなど,個体の性質がcyclicに変化を遂げる感染症モデルにおいて,未だ多く残されている解の安定性に関するopen problemの解決に,引き続き取り組む.特に,接触項の非線形性および感染力の感染個体に関する非単調性を含めた感染症モデルにおいて,提案されてきたLyapunov汎関数の構成法や比較定理から導かれる単調反復法の応用範囲も今後さらに拡大してゆきたい.
ラット骨芽細胞における細胞骨格遺伝子アクチンmRNAの細胞内分布及び輸送機構

細胞内における各種mRNAの発現有無については最近多くの研究がなされているが、mRNAの細胞内局在についてはほとんど知られていない。そこで本研究は、beta-actin mRNA及びgamma-actin mRNAのprobeを用い、正常ラット頭蓋骨骨芽細胞における各種actin mRNAの細胞内局在についてIn situhybridization法を用い検討した。実験に用いた培養細胞は、正常及び大理石骨病モデルラット(tl/tl)において、頭蓋骨より骨芽細胞を分離し初期培養によって得た。In situ hybridization法のための試料には、培養3,5日目のものを用いた。前処理後、50%formamideでincubateし、その後はbeta及びgamma-actin mRNA Probeを含むbuffer液にてhybridizationを行った。Anti-digoxigenin mouse IgG-AP conjugateを使いincubate後、染色、封入後、光顕観察を行った。その結果正常骨芽細胞では、beta-actin mRNAは細胞突起、細胞膜周辺部、さらに細胞の核周辺一方向のみの細胞質部分にシグナルが観察され、gamma-actin mRNAは核周囲全周にシグナルが観察された。これらの結果から、beta-actin mRNAとgamma-actin mRNAとはそれぞれ培養正常骨芽細胞では細胞内局在部位が異なることが明らかになった。一方大理石骨病ラットの培養骨芽細胞では、beta-actin mRNAおよびgamma-actin mRNA共に細胞内ではdiffuseに分布し、細胞内局在化が崩れていた。以上の結果より大理石骨病モデルの骨芽細胞では、上記各mRNAの細胞内輸送機構に何らかの異常、障害が生じているものと考えられる。来年度はこれらの機構異常を解明するため、csf-1(M-csf)投与後の実験と今年度完成しなかったin vivoの実験を押し進めたい。(2) (本年度結果)csf-1投与後大理石骨病モデルラットの培養骨芽細胞のbeta及びgamma-actin mRNAの局在化について、ISH法を用いて検索した。その結果beta-actin mRNAについては、control群のmRNA局在部位に回復していた。一方gamma-actin mRNAについてはdiffuseで回復していなかった。以上の結果より大理石骨病モデルの骨芽細胞では、上記各mRNAの細胞内輸送機構において、csf-1がbeta及びgamma-actin mRNA輸送において異なる作用をもつ可能性が示唆された。来年度はこれら機構異常を解明するため、統計学的に検討したい。そこで本研究は、beta-actin mRNA及びgamma-actin mRNAのprobeを用い、正常ラット頭蓋骨骨芽細胞における各種actin mRNAの細胞内局在についてIn situ hybridization法を用い検討した。anti-digoxigenin mouse IgG-AP conjugateを使いincubate後、染色、封入後、光顕観察を行った。(1)(昨年までの結果)正常骨芽細胞では、beta-actin mRNAは細胞突起、細胞膜周辺部、さらに細胞の核周辺一方向のみの細胞質部分にシグナルが観察され、gamma-actin mRNAは核周囲全周にシグナルが観察された。これらの結果から、正常骨芽細胞ではbeta-actin mRNAとgamma-actin mRNAとは各々細胞内局在部位が異なることが明らかになった。一方大理石骨病ラットの骨芽細胞では、beta-actin mRNA及びgamma-actin mRNA共に細胞内ではdiffuseに分布し、細胞内局在化が崩れていた(J.CellSci,111,1998)。csf-1投与後骨芽細胞のbeta及びgamma-actin mRNAの細胞内局在化についても検索を行った結果、betaとgamma-actinmRNAでは分布及び回復状況に差異が認められた。(2)(本年度の結果)本年度はcsf-1投与後骨芽細胞のmRNA局在についての統計学処理と論文作成を行った。統計学的処理の結果、csf-1投与後大理石骨病モデルラットの培養骨芽細胞のbeta及びgamma-actin mRNAの局在化について検索した結果、beta-actin mRNAについてはcontrol群のmRNA局在部位に回復していた。一方gamma-actinmRNAについてはdiffuseで回復していなかった。以上の結果より大理石骨病モデルラットの骨芽細胞では、上記各mRNAの細胞内輸送機構において、csf-1がbeta及びgamma-actin mRNA輸送において異なる作用をもつ可能性が示唆された。
高精度非静力学数値モデルの研究(1)基本フレームの確立

高性能で多機能な非静力学数値シミュレーションシステムは次世代気象学のための重要な研究基盤である。本研究の目的は非静力学数値モデルの総合的な開発・利用体制を確立することである。具体的には以下のような課題を設定し、研究を実施した。1.高精度非静力学モデルを利用した気象および気候研究の推進2.高精度非静力学モデルの力学フレームの開発3.高精度非静力学モデルのための物理過程パラメタリゼーションの開発気象研究所・気象庁の非静力学数値モデルを標準モデルとし、多くの研究者が利用できる環境を整備した。現在の非静力学数値モデル研究の現状を「月刊海洋」にまとめ、広く啓蒙した。また、非静力学数値モデルに関するワークショップを毎年開催し、情報交換を行った。非静力学数値モデルでは急峻な山岳の扱いが重要な課題となる。このため、山岳波に関する標準実験を提案し、力学フレームで比較を行った。これによって、問題点が抽出され、力学フレームの改良が図られた。そのほか、解像度が変化する新しい数値モデルを作成した。物理過程開発では、雲解像モデルを用いて、低解像度モデルのためのパラメタリゼーションを開発するシステムを構築した。ヤマセ雲の数値実験では、低解像度モデルの場合に雲放射-雲形成フィードバックが異常に大きくなることを明らかにした。その他、大気境界層のパラメタリゼーションスキームや集中豪雨の初期値化手法の開発を行った。本研究の目的は次世代気象学のインフラストラクチャーとして欠くことのできない高精度の非静力学大気数値シミュレーションシステムを開発しそれを利用して気象現象を理解することである。高精度の数値モデルの開発には様々な分野の専門家の協力が必要である。研究者が分散していることに配慮し数値モデルのネットワーク的な共同開発と共同利用を特徴とする。初年度の2000年度には、気象研究所および気象庁が開発した非静力学モデルを標準モデルとし研究分担者所属機関および関係研究機関に配付した。局地気候モデルやシビアウェザーの再現予測などで利用を開始している。また、共同開発を効率良く行えるように、ソースコードの読みやすさ、物理過程パラメタリゼーションなどの互換性(プラグインープラグアウト化)、異種計算機への移植性、高速化などに配慮しプログラムのコーディングルールの概略をきめた。新しい数値モデルの開発も開始した。既存の力学フレームは傾斜のきつい山岳の扱いに難点がある。このため、急峻な山岳含む地域の気象現象も精度よく表現可能な力学フレームについて検討した。有効な方法として曲線座標およびステップ(ブロック)座標モデルが提案された。地形効果に関するモデルの性能を評価するため、山岳波に関する標準実験について検討した。今後、既存のモデルも含めて比較実験を行うことを計画している。物理過程では積雲対流のパラメータ化、雲の放射過程、陸面水文過程との相互作用などを中心に研究を行った。非静力学大気数値シミュレーションシステムは次世代気象学の重要な研究基盤である。本研究の目的は、高精度の非静力学大気数値シミュレーションシステムを開発するとともに、それを利用して気象現象を理解することである。数値モデルの精度向上のためには様々な専門家の協力が必要である。日本の場合モデル研究者が分散しているので、ネットワークを利用したリナックス的な共同開発・利用体制の確率を目指している。主な研究課題は(1)非静力学モデルを利用する研究の推進、(2)力学フレームの開発、(3)物理過程のパラメタリゼーションの開発、である。2001年度は当計画の2年目に当たる。1年目に気象研/数値予報課非静力学モデルを標準モデルとしたが、2年目は引き続き普及に努めた。力学フレームの開発では急峻な山の扱いを重要課題と考えている。このため、山岳波に関する力学フレームの比較実験を始めた。標準実験の仕様を決め、多くのモデルの参加を呼び掛けている。積雲対流や下層雲など雲のパラメータ化に関連した研究も行われている。平成13年9月18、19日には、研究交流を促進するため、第3回非静力学モデルに関するワークショップを開催した。

77名の参加があり、物理過程、力学フレーム、データ同化と予測の3つのセッションに分けて研究発表を行った。我々の活動の中間的な成果を取りまとめ、非静力学モデルを広く啓蒙するため、当該科研費の参加者が中心となり、雑誌「月刊海洋」に非静力学モデルについて特集した。非静力学大気数値シミュレーションシステムはこれからの気象学の重要な研究基盤である。本研究の主なねらいは(1)非静力学モデルを利用する研究の推進、(2)力学フレームの開発、(3)物理過程のパラメタリゼーションの開発を推進することである。多機能で高精度の数値モデルの開発のためには、利用者も含めた様々な専門家の協力が必要である。日本の場合モデル研究者が分散しているので、組織を超えた情報交換と共同開発・利用体制の確立が重要な課題となっている。2002年度は当計画の3年目に当たる。当計画で標準モデルとした気象研/数値予報課非静力学モデルは20以上の機関に提供された。今後利用者間の交流を図ることによって、研究活動を活性化させたい。また、異なるモデルの情報交換も積極的に推進する必要がある。解像度を増やすにつれて急峻な山岳を扱うケースが増えることを考慮して、山岳波に関する力学フレームの比較実験を行って来た。その結果、地面に沿った座標系を利用する既存のモデルデも、調整によって斜度45度くらいまで、使用できることが分かった。平成14年11月31日12月1日には、研究交流を促進するため、第4回非静力学モデルに関するワークショップを京都で開催した。乱流のシミュレーションを中心に議論した。東北大学では、標準モデルを多重にネストした局地気候診断システムを構築中でヤマセ雲形成メカニズムを調べた。また、新しい力学フレームの開発、清川だしや局地循環の解析などを実施した。日本の場合、モデル研究者が分散しているので、組織を超えた情報交換と共同開発・利用体制の確立が重要な課題となっている。2003年度は当計画の最終年度であり、とりまとめを行うと共に、第2期の計画を策定した。本研究計画は、紆余曲折を繰り返したが、実行可能な問題から少しづつ手をつけた。その結果、幾つかの研究機関とは協力してモデル開発を行うようになった。東北大学では局地気候モデルを用いた雲の再現実験などを中心に研究を行っている。特に、東北地方に冷害をもたらすヤマセ雲の研究を観測のグループと協力しながら進めている。また、第2期では雲解像モデルの開発とそれを用いたパラメタリゼーションの開発に本格的に取り組む予定である。
水循環のマネジメントとアカウンタビリティ履行に資する水会計モデルの研究

平成30年度は、平成29年度において先行事例や先行研究のレビューにもとづき、水会計システムの現状と課題の整理を行ったことを踏まえ、国連による水の環境経済統合会計(SEEAW)、オーストラリアにおける標準水会計制度および国際水マネジメント研究所が開発した水会計プラスのサーベイを継続した。特に日本において流域を対象とした水会計が展開されていないことを踏まえ、淀川水系、利根川水系および安積疎水など、日本の推計単位における水マネジメントの状況の調査を行った。また、水循環の下流に位置する水道事業体における水マネジメントや施設マネジメントの現状調査についても、岩手県中部水道事業体のケースを分析し、水系全体の水会計システムとして統合できる可能性を探った。今年度は、さらに日本の流域のケーススタディーを展開し、国際的な水会計モデルの適用可能性を検証するとともに、水資源関連の機関において実施されている水資源マネジメントとの連携の可能性を検討する。そして、最終的に、日本の推計を対象とした水資源マネジメントに資する水会計モデルの提案を行うことを目標とする。当初の予定通りに研究が展開できていない。主な原因は、大学行政の負担増大と親の介護負担の増大にある。次年度はこれまでの遅れを取り戻すべく、研究時間の確保に努めたい。水会計を日本の流域または水系に展開できるかを検討するために、流域協議会を対象としたヒアリングを行い、水マネジメント上の課題を明らかにしたい。そのうえで、流域全体を構成する上流の水源部における水資源マネジメントといった、個別領域における水会計の活用と、下流における水道事業体等における水会計を連携させるような流域全体の水会計モデルを提案したい。平成29年度は研究初年度ということもあり、水循環マネジメントおよび水会計に関する先行事例や先行研究をレビューし、水循環マネジメントとそれに資する水会計システムの現状と課題を整理することに努めた。水循環は、海で蒸発した水分が雨として山に降り注ぎ、それが、河川や地下水を伝わって下流へと流れ、その間に人々が取水・排水を行って、最終的に海に流れ出るものであるが、こうした水循環は、水資源のマネジメント主体を横断する。そのため、本研究では、文献レビューを通じて流域全体または水系全体を会計実体として捉え、個別の水マネジメント主体の水会計情報を連結していくことで、流域レベル、すなわちメゾレベルの水会計情報を産出し、水循環を考慮した流域全体での意思決定に資する水会計システムの必要性が高いことを把握した。水会計システムとしては、国連による水の環境経済統合会計(SEEAW)、オーストラリアにおける標準水会計制度および国際水マネジメント研究所が開発した水会計フレームワークを改良した水会計プラスがある。平成2629年度の基盤研究(C)において、これらの3つの水会計システムの現状を明らかにしたため、本年度は、各水会計制度の水循環マネジメント実務への貢献について、主として文献を中心にサーベイした。日本ではまだ流域を対象とした水会計は試行されていないが、オーストラリアとスペインにおける実践例を把握することに努めた。次年度以降は、これらの3つの水会計システムを日本の流域において展開できる可能性があるかどうかを検討し、日本版水会計システムのフレームワークを明らかにすることに努めたい。昨年度、文献を中心に水会計の現状についてのサーベイを行ったが、それについての研究をまとめることがまだできていない。主な原因は、大学行政の負担増大と両親の介護負担の増大に求められるが、本年度は昨年度の遅れを取り戻すべく、研究時間の確保に努めたい。水会計を巡る現状についてサーベイした結果を早い段階で研究報告としてまとめることにしたい。また、水会計を日本の流域に展開できるかどうかを検討するため、日本における流域協議会等にコンタクトを取り、なるべく早い段階で日本の流域における水マネジメント上の課題を明らかにしたい。また、流域全体を構成する上流の水源部における水資源マネジメントといった、個別領域における水会計の活用についても、日本の事例を中心に明らかにし、本研究で提案する水会計モデルに反映させたいと考えている。本研究において、初年度に予定していた、水マネジメントの実態調査

および水会計の現状に関する研究報告に関わる出張を行えなかったことにより、当初予定の支出が行えなかった。次年度に繰り越した金額については、水マネジメントの実態調査のための出張旅費、および、水会計の現状に関する研究報告を行うための学会・研究会等の参加費および出張旅費に使用する予定である。研究が当初の予定通り進んでおらず、海外や国内での調査ならびに学会発表に行けていないために次年度使用額が生じている。次年度においてなるべく早めに執行するべく、調査に際しては上半期に実施するよう努めたい。
染色体工学を用いた選択的リグニン分解菌の分子育種

Ceriporiopsis subvermisporaは「選択的リグニン分解菌」として知られ、木材中のセルロースをほとんど分解することなくリグニンのみを迅迩かつ効果的に分解することが報告されている。こうした系では、菌体外酸化酵素によって始発されたラジカル反応を、植物二次壁中に伝えるメディエーター分子が生産され、選択的なリグニンの分解に重要な役割を果たしているという可能性が指摘されている。このような担子菌による選択的リグニン分解機構とその制御を理解するためには、従来の生化学的な手法と併せて、遺伝子工学を柱とする分子生物学的アプローチを用いた表・裏からの二面攻撃を行なうことが極めて効果的であると考えられる。一方、申請者はこれまでに、世界に先駆けてCeriporiopsis subvermisporaにおける形質転換系(遺伝子導入系)の開発を行った。形質転換系の存在は、単に特定の遺伝子にコードされる酵素および代謝物質の果す生理学的意味を分子遺伝学的に解明するに留まらず、遺伝子工学を用いて人為的に強化された菌を分子育種するための技術的基盤が準備されたことを意味する。本研究は、染色体工学的な手法を用いてCeriporiopsis subvermisporaの選択的リグニン分解系のメカニズム解明と高効率のリグニン分解菌の創出を目指すものである。具体的には、担子菌自身におけるリグニン分解酵素遺伝子の高発現および抑制を行って生理学的な役割を明らかにするとともに、高度に育種された選択的リグニン分解菌の創出を試みるものである。既に開発された選択的リグニン分解菌C.subvermispora形質転換ベクターに、安定化やさらなる高形質転換を可能とする配列(セントロメアやテロメア配列等)の導入をゲノムライブラリーや合成オリゴDNA配列の挿入により行い、プロトプラスト化された細胞内に導入することを試みたが、形質転換体は得られなかった。一方で、本菌のリグニン分解酵素群であるラッカーゼおよびマンガンペルオキシダーゼ遺伝子をクローニングする目的で、PCR法を用いて複数のクローン単離に成功し、塩基配列の解析を行った。これらの遺伝子を高発現する為の、発現プラスミドの構築、形質転換実験を行った。Ceriporiopsis subvermisporaは「選択的リグニン分解菌」として知られ、木材中のセルロースをほとんど分解することなくリグニンのみを迅速かつ効果的に分解することが報告されている。このような担子菌による選択的リグニン分解機構とその制御を理解するためには、従来の生化学的な手法と併せて、遺伝子工学を柱とする分子生物学的アプローチを用いた表・裏からの二面攻撃を行うことが極めて効果的であると考えられる。一方、申請者はこれまでに、世界に先駆けてCeriporiopsis subvermisporaにおける形質転換系(遺伝子導入系)の開発を行った(平成12年度木材学会大会にて発表)。形質転換系の存在は、単に特定の遺伝子にコードされる酵素および代謝物質の果たす生理学的意味を分子遺伝学的に解明するに留まらず、遺伝子工学を用いて人為的に強化された菌を分子育種するための技術的基盤が準備されたことを意味する。既に開発された選択的リグニン分解菌C. subvermispora形質転換ベクターに、安定化やさらなる高形質転換を可能とする配列(セントロメアやテロメア配列等)の導入をゲノムライブラリーや合成オリゴDNA配列の挿入により行い、プロトプラスト化された細胞内に導入することを試みたが、現在までのところ薬剤耐性の形質転換体は得られていない。一方で、本菌のリグニン分解酵素群であるラッカーゼおよびマンガンペルオキシダーゼ遺伝子をクローニングする目的で、PCR法を用いてこれらの遺伝子ファミリーに属すると考えられる複数のクローンの単離に成功し、塩基配列の解析中である。

本研究は、染色体工学的な手法を用いてCeriporiopsis subvermisporaの選択的リグニン分解系のメカニズム解明と高効率のリグニン分解菌の創出を目指すものである。具体的には、担子菌自身におけるリグニン分解酵素遺伝子の高発現および抑制を行って生理学的な役割を明らかにするとともに、高度に育種された選択的リグニン分解菌の創出を試みるものである。既に開発された選択的リグニン分解菌C.subvermispora形質転換ベクターに、安定化やさらなる高形質転換を可能とする配列(セントロメアやテロメア配列等)の導入をゲノムライブラリーや合成オリゴDNA配列の挿入により行い、プロトプラスト化された細胞内に導入することを試みたが、形質転換体は得られなかった。一方で、本菌のリグニン分解酵素群であるラッカーゼおよびマンガンペルオキシダーゼ遺伝子をクローニングする目的で、PCR法を用いて複数のクローン単離に成功し、塩基配列の解析を行った。これらの遺伝子を高発現する為の、発現プラスミドの構築、形質転換実験を行った。