hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
集団全体の寛容性が社会的学習に及ぼす影響についての実験的検証

特に専制的で血縁びいきの強い社会構造を持つニホンザルやアカゲザルでは、(1)娘は母親の順位を受け継ぐ(2)娘は母親よりも低順位である(3)妹は姉よりも順位が高くなる、という原則(川村の原則)が広く成り立つ。他方、ニホンザルと近縁であるが、より寛容性が高く血縁びいきが弱いとされる種では、成体メス間に川村の法則から外れた順位関係が見られやすい。淡路島集団の成体メス間で2015年-2019年までに記録された優劣交渉を分析した結果、この集団では、川村の原則に従わない順位関係が多数見られた。このことはこの集団の個体が、一般的なニホンザルとは異なる、寛容型マカクに近い社会構造を有していることを示唆している。平成30年度には前年度に実施した実験の分析を行い、淡路島ニホンザル集団において観察学習によって個体間の行動伝播が起こることを示した。この成果は第78回日本動物心理学会において発表された。また、淡路島ニホンザル集団の成体メス間の優劣交渉を記録、分析し、この集団において一般的なニホンザルとは異なる順位構造が見られることを明らかにした。これはこの集団の寛容性がニホンザルとしては特異的に高いことを示唆する新たな証拠である。2017年度に行った実験データの解析を進めるとともに、淡路島ニホンザル集団における行動観察を継続する。加えて、勝山ニホンザル集団において個体識別を開始し、冬期から行動実験を開始する。淡路島集団において行動観察データをさらに収集し、この集団の攻撃性について分析する。これまでの研究によって得られた成果の学会発表および雑誌論文の執筆、投稿を行い2019年度中の出版を目指す。
原生動物の宿主細胞侵入マシナリーの作動原理の解明と構造解析

研究代表者の研究グループでは、現在までこの“宿主細胞侵入マシナリー"の作動原理を明らかとするため、Glideosome及びMoving junction複合体の構成蛋白質と内外の蛋白質との相互作用やその駆動の端緒となるシグナル伝達系について解析を行ってきた。本研究の目的は、これまで研究代表者らが行ってきた原生動物についての研究成果を発展させ、原生動物の宿主細胞侵入マシナリー、つまりGlideosomeとMoving junction (MJ)複合体を中心とした運動装置がいかにして作動するかという命題に焦点をしぼり、現在わかっていないモーター蛋白質や作動シグナル伝達系も含めて詳細に解析を行うことにある。本年度は、MJ複合体の構成蛋白質であるRONファミリーと宿主細胞の骨格分子であるチューブリン、アクチン等との相互作用の解析を行った。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、これまで研究代表者らが行ってきた原生動物についての研究成果を発展させ、原生動物の宿主細胞侵入マシナリー、つまりGlideosomeとMovingjunction複合体を中心とした運動装置がいかにして作動するかという命題に焦点をしぼり、現在わかっていないモーター蛋白質や作動シグナル伝達系も含めて詳細に解析を行うことである。本年度は、原虫プロテインキナーゼによる宿主細胞侵入動力装置の構成蛋白質と制御システムの解析とMoving junction複合体構成蛋白質と宿主細胞の骨格分子との相互作用の解析を行った。以上のことから、今年度の研究計画はおおむね順調に進展している。本年度に研究成果として、Glideosome、Moving junctionのそれぞれの複合体を形成する構成蛋白質と原虫の他のシグナル伝達因子や宿主細胞因子との相互作用が明らかとなった。そこで、原虫独自の運動マシナリーを詳細に理解するため、原虫-宿主細胞間の相互作用を担当する蛋白質複合体の立体構造の解析をX線結晶構造解析法にて行う。
高齢者の足関節底屈・背屈の動作不全のメカニズム解明

本研究の目的は、高齢者の足関節底屈・背屈動作の動作不全のメカニズムを明らかにすることであった。高齢者においても、足関節底屈時における腓腹筋の筋束変化に対する踵骨移動の増幅作用を有するが、その程度は若年者よりも小さかった。増幅作用の年齢差は、アキレス腱-踵骨の部位において顕著であり、その要因の一つとしてアキレス腱の湾曲度合いの相違が考えられた。このことから、高齢者の足関節底屈動作の可動範囲の狭さは、筋や腱のstiffness(剛性=変形のしづらさ)が小さいだけでなく、アキレス腱湾曲の低さに伴う踵骨変位量の小ささも関与していることが示された。本研究の目的は、高齢者の足関節底屈・背屈動作の動作不全のメカニズムの全容を明らかにし、転倒予防に有効な装具や運動トレーニング法を提示することである。平成24年度の実績として、高齢者においても、足関節底屈時における腓腹筋の筋束変化に対する踵骨移動の増幅作用を有することが明らかとなった。しかし、その程度は若年者よりも小さかった。増幅作用の年齢差は、アキレス腱ー踵骨の部位において顕著であり、その要因の一つとしてアキレス腱の湾曲度合いの相違が考えられた。つまり、高齢者のアキレス腱は若年者よりも硬く、屈曲点を境にした湾曲度合いが小さくなるため、踵骨変位量の“てこ効果"が小さくなっていた。研究全体の実績として、既存のMRI対応ダイナモメータに光ファイバーのストレインゲージによる力計測システムを新たに構築した。このシステムは、受動的な関節運動中の足部プレートの歪みを実測し、足関節底屈・背屈動作時のプレートに発生した力を計測することが可能となった。足関節の底屈動作時の筋腱骨の動態については、前述の通りである。一方、足関節背屈動作については、力の計測精度が低く、実験開始に至らなかった。これはダイナモメータの構造上の問題として、今後、大幅な改良をする必要がある。本研究の目的は、高齢者の足関節底屈・背屈の動作不全のメカニズムの全容を明らかにし、転倒予防に有効な装具や運動トレーニング法を提示することである。まず、既存のMRI対応ダイナモメータに光ファイバーのストレインゲージによる力計測システムを新たに構築した。6名の高齢者と6名の若年者を対象に、MRIのタギング法を用いて、足関節底屈時における踵骨とアキレス腱の変位計測を行った。測定には、1.5テスラの超電導MRI装置(GE社製)と8チャンネルの胸部コイルを用い、高い信号雑音比を確保した。タギング法の撮影には、アキレス腱と前脛骨筋腱全域を包含する矢状面において、グラディエントエコー法を用いた。足関節底屈・背屈動作のサイクルは20回/分とし、足関節底屈・背屈動作中の全フェイズにわたってタギング画像を取得するため、足関節底屈位からタギング撮影を開始するものと足関節背屈位からタギング撮影開始するものの2種類実施した。位相コントラスト法の撮影には、前脛骨筋と長趾伸筋の筋束長全域を包含する矢状面において、グラディエントエコー法を用いた。足関節底屈・背屈動作のサイクルは35回/分とした。画像解析には、Matlab(The Mathworks社製)で作動する自作の解析プログラムを用いた。研究目的に対する本年度までの達成度は50%である。測定装置の製作の後、足関節底屈に関する測定のパートは完了し、現在分析を進めている。今年度は、MRIタギング法と位相コントラスト法を用いて、足背屈時の距骨・前脛骨筋腱・長趾伸筋腱の変位計測を行い、足底屈・背屈の動作不全のメカニズムを明らかにする。研究費は、実験被験者への謝金、解析アルバイトへの謝金、実験にかかる交通費、成果発表のための旅費、に使用する予定である。
平滑筋の受容体活性化Ca^<2+>透過性チャネルに関する研究

ラットット胎児由来大動脈平滑筋(A7r5)において、vasopressin及びendothelin-1は、細胞内Ca^<2+>を増加するが、これには、初期の細胞内Ca^<2+>貯蔵部位からのCa^<2+>放出とそれに続く細胞外からのCa^<2+>流入が関与している。この後者のCa^<2+>流入経路としては、CRACのほかに、I_<CAT>が重要であること、さらに、RT-PCRによるmRNA解析により、CRACと関連したtransient receptor potential (TRP) 1,2,4及び非選択性陽イオンチャネルと関連するとされるTRP6の発現がみられることが判明した(図1)。TRP3,5,7の発現は見られなかった。同様の検討をWistarラットの大動脈血管平滑筋の切除標本から得られたmRNAで検討するとTRP2の発現は見られなかったが、1,4,6の発現を確認している。TRP1のanti-senseを作成し、lipofection法により遺伝子を導入し、Ca^<2+>動態及び電気的活動を今後、検討をする予定である。さらに、endothelin-1及びvasopressinによるI_<CAT>の活性化機序については、phospholipase Cの活性化によるdiacylglycerol (DG)の関与が示唆された。これらの研究中、いくつかの報告もすることができた。(Am. J. Respir..Mol. Cell. Biol,2000;Circulation.2002)。とくに、ウサギ冠動脈においては、I_<CAT>が膜電位形成に関与すること,LPCがI_<CAT>をさらに活性化し、これが冠動脈平滑筋のLPCによる細胞内Ca^<2+>濃度上昇に関与していることにつき報告した(Circulation 2002)。ラット大動脈血管平滑筋及びラット胎児由来大動脈平滑筋(A7r5)において、vasopressin及びendothelin-1は、細胞内Ca^<2+>を増加するが、これには、初期の細胞内Ca^<2+>貯蔵部位からのCa^<2+>放出とそれに続く細胞外からのCa^<2+>流入が関与している。この後者のCa^<2+>流入経路としては、capacitative Ca^<2+>entry(CRAC)のほかに、Ca^<2+>透過性非選択性陽イオンチャネルが重要であること、さらに、RT-PCRによるmRNA解析により、CRACと関連したtransient receptor potential(TRP)1, 4及び非選択性陽イオンチャネルと関連するとされるTRP6, 7の発現がみられることが判明した。現在、antisenseを作成し、このCa^<2+>流入経路の分子的本体の同定を検討している。なお、予備的検討で、ヒト気管支平滑筋細胞において、KIR2.1チャネルのantisenseにより、気道平滑筋において内向き整流K^+チャネルが存在すること、さらに、これがKIR2.1より形成されていることを報告した(Am J Resp Cell Mol Biol 2002).さらに、平滑筋細胞をserum(+),(-)で、培養し、TRP蛋白質mRNAの変化を検討すると、細胞の増殖期では、その発現が増えることを認め、現在、蛋白レベルおよび細胞内Ca^<2+>測定、電気生理学的検討をおこなっている。この後者のCa^

<2+>流入経路としては、CRACのほかに、I_<CAT>が重要であること、さらに、RT-PCRによるmRNA解析により、CRACと関連したtransient receptor potential (TRP)1,2,4及び非選択性陽イオンチャネルと関連するとされるTRP6の発現がみられることが判明した(図1)。TRP3,5,7の発現は見られなかった。同様の検討をWistarラットの大動脈血管平滑筋の切除標本から得られたmRNAで検討するとTRP2の発現は見られなかったが、1,4,6の発現を確認している。TRP1のanti-senseを作成し、lipofection法により遺伝子を導入し、Ca^<2+>動態及び電気的活動を今後、検討する予定である。さらに、endothelin-1及びvasopressinによるI_<CAT>の活性化機序については、phospholipase Cの活性化によるdiacylglycerol (DG)の関与が示唆された。これらの研究中、いくつかの報告もすることができた。(Am.J.Respir.Mol.Cell.Biol,2000;Circulation.2002)。とくに、ウサギ冠動脈においては、I_<CAT>が膜電位形成に関与すること,LPCがI_<CAT>をさらに活性化し、これが冠動脈平滑筋のLPCによる細胞内Ca^<2+>濃度上昇に関与していることにつき報告した(Circulation 2002)。
超磁歪・圧電ハイブリッドマイクロパワージェネレータの研究

超磁歪素子と圧電素子を組み合わせたハイブリッド型の振動発電を提案し、市販入手可能なTerfenol-D材を用いた振動発電装置の試作と発電性能評価を行った。Terfenol-D材を用いたハイブリッド型振動発電では、圧電式の振動発電に比べて、極めて低い発電性能しか得ることができなかった。一方、振動発電装置で発電したAC電力を利用するための整流変換部についての研究では、市販の環境発電専用素子を用いることで約77%の交直変換効率が得られ、センサ駆動に必要な1mW以上の直流電力供給の目途が得られた。平成24年度は、超磁歪素子を用いた片持ちはり型の共振式超磁歪振動発電装置を試作し、発電性能評価実験を行った。超磁歪素子は、平成23年度と同様にTerfenol-D材の円柱形状品(直径6mm、長さ25mm)を縦割りにしたものを用い、アルミ製の片持ちはり形状の振動片の片面に超磁歪素子と永久磁石をエポキシ樹脂接着剤で取り付けた。超磁歪素子を取り付けたアルミ製振動片に発電用コイルを巻き付けて発電装置を構成した。試作した発電装置の共振周波数は73.23Hzであった。加振強度は、過去に試作した圧電振動発電装置での加振強度と同じ0.71mm/s(RMS)および、2倍、5倍、10倍、20倍、50倍と100倍とした。100倍すなわち、71mm/s(RMS)の加振強度での加振時に、超磁歪素子の破損は確認されなかった。発電性能は、発電コイルの抵抗値が30Ωであったので、デジタルマルチメータ(入力インピーダンス10MΩ)で発生電圧を測定し、開放電圧と見做して評価した。発生電圧は、加振強度0.71mm/s(RMS)で0.09mV、加振強度71mm/s(RMS)で5.9mVであった。推定発生電力は加振強度71mm/s(RMS)で0.6μWであり、過去に試作した圧電振動発電装置での発電性能実績100μW(60Hz、加振強度0.71mm/s(RMS))に比べて大幅に下回った。発生電力が非常に僅かであることは、試作した超磁歪振動発電装置で磁気回路が閉じていないことが原因と推定され、磁気回路を閉じることができる改良型の発電装置の設計を行った。超磁歪素子を用いた振動発電については、振動工学分野では平成24年度は新しい研究発表は確認できなかった。超磁歪振動発電において国内で先行する金沢大学の上野敏幸准教授らグループの特許情報が公開され、当該特許を回避可能と考えられる発電機構の基礎設計を行った。超磁歪素子を用いた平行四辺形タイプの振動発電装置を試作し、動電型加振器による交流発電性能の評価実験を行った。また、平成25年度の研究においてもTerfenol-D材を用いた超磁歪式振動発電が圧電式振動発電に比べて発電性能が低い状況であることから、発電装置を構成する整流変換部の研究を並行して進めた。超磁歪素子には過年度と同様にTerfenol-D材の円柱形状品(直径6mm、長さ25mm)を縦割りにしたものを用い、ワイヤ放電加工でアルミ合金部材から切り出し整形した平行四辺形状の上下対向する二辺の1対の振動部にそれぞれ超磁歪素子を接着し、永久磁石と超磁歪素子で閉じた磁気回路を構成した。超磁歪素子を取り付けた振動部にポリウレタン線を巻き付けて発電部を構成した。試作した発電装置の振動部の共振周波数は750Hzで振幅倍率が約30であった。振動発電性能評価のための加振強度は、発電実績のある圧電式振動発電装置で用いた加振強度と同じ0.71mm/s(RMS)とした。加振実験中に超磁歪素子の破損は確認されなかった。発電性能は、デジタルマルチメータ(入力インピーダンス10MΩ)で発生電圧を測定し、開放電圧と見做して評価した。発生電圧は、加振強度0.71mm/s(RMS)において上側の振動部で0.87mV、下側の振動部で0.53mVであった。推定発生電力は上側の振動部で0.079μW、下側の振動部で0.056μWであった。平成24年度の研究結果に基づき、1発電部で磁気回路が閉じる構造とし、かつ、2機械的減衰の少ない一体構造となるようにアルミ合金部材から切り出して振動部を構成する機構改良設計を行った。その結果、加振強度0.71mm/s(RMS)において平成24年度に比べて発生電圧が1桁大きくできるようになったものの、発生電力は小さいままであった。初年度の平成23年度は、超磁歪素子の振動・電磁・温度特性の実験的評価と超磁歪振動発電の実現可能性の実験的検証を行った。

振動発電に用いる超磁歪素子には、国内で入手可能であったTerfenol-D材の円柱形状品(直径6mm、長さ25mm)を用い、縦割りにして片持ちはり様の振動子を構成した。振動子には永久磁石を配置して、超磁歪素子にバイアス磁界を加えた。ただし、バイアス磁界の強度はカタログ値を使用することとし、実測評価ができていない。動電型加振器で前記の超磁歪素子から構成した振動子を加振し、磁場計測器(平成23年度導入)で磁束変化を測定した。また、加振時の超磁歪素子表面温度を熱画像カメラ(平成23年度導入)で計測した。実験の結果、振動子の共振周波数は約百数十Hzとなった。加振強度は、過去に試作した圧電振動発電装置での加振強度と同じ0.71mm/s(RMS)とした。この加振実験により、超磁歪素子の磁束強度の変化が計測でき、超磁歪振動発電の実現可能性を示唆する結果を得た。しかし、発電用コイルの構成が試行錯誤となり、現状の素子から取り出せる最大電力がいくらであるかは確定していない。一方、振動発電シミュレーションについては、公表文献による先行研究事例でのモデル化を参照して電磁・機械連成系の支配方程式を導出するとともに、構造解析ソフトによるシミュレーションを進めた。超磁歪素子を用いた振動発電については、振動工学分野では米国メリーランド大学のA.B.Flatau教授らが、平成22年と平成23年の米国機械学会スマート構造国際会議(SMASIS)で研究成果発表を行っている。そこでは、脆性材であるTerfenol-D材の代わりに延性材のGalfenol材を使用している。一方、国内では、金沢大学の上野敏幸准教授らが超磁歪振動発電に関する未公開特許を保有するとの情報を得た。平成24年度の当初計画課題は、超磁歪素子と圧電素子を組み合わせた片持ちはり型の機械共振式のハイブリッドマイクロパワージェネレータHMPGの第1次試作であった。平成24年度は超磁歪素子単体の振動発電特性を実測評価したが、圧電振動発電での発電性能実績に比べて非常に低く、改良型の超磁歪振動発電装置での再評価が課題として残った。一方で、超磁歪振動発電装置の基本設計が概ね出来上がったことで、平成24年度の遅れを含めて最終年度で成果取りまとめの見通しが立った。初年度の平成23年度の課題は、超磁歪素子単体での特性評価と、超磁歪振動発電の実現可能性の実験的検証であった。超磁歪素子単体での特性評価では、加振周波数特性の評価については現時点で妥当なデータを収集できた。しかし、電磁特性(磁束変化)の評価については、バイアス磁界の強度を実測評価できておらず、加振条件下での磁束の計測の条件設定が不充分となり、超磁歪振動による発電特性が充分評価できていない。平成25年度は、平成24年度に実測評価できた超磁歪素子単体の振動発電特性に基づき、超磁歪素子と圧電素子を組み合わせて片持ちはり型の機械共振式のハイブリッドマイクロパワージェネレータHMPGを設計・試作する。試作したHMPGの発電特性を実験的に評価し、発電効率を実測評価する。また、数値シミュレーションにより試作したHMPGの発電特性を解析する。平成24年度に得られた研究成果を米国機械学会スマート構造スマート構造国際会議(SMASIS2013)で発表する。平成24年度は、平成23年度の超磁歪素子単体の特性評価で不充分であった部分について追加の評価実験を実施する。その後、得られた超磁歪素子単体の特性に基づき、超磁歪素子と圧電素子を組み合わせて片持ちはり型の機械共振式のハイブリッドマイクロパワージェネレータHMPGを設計・試作する。
電磁波反射法を用いた水路実験3次元モニタリングとその河川堆積相への適用

本研究では,高周波のGPRを用いて小型平面水路における流路形態の3次元解析をおこなった.まず,使用する小型平面水路による河川流路の再現をおこなった.本実験で形成した蛇行流路は,流量や勾配,給砂の増加によって,網状流路へと変化し,既存の河川研究報告とよく一致した.次に,1.5GHzアンテナのGPRを用いて,この実験でできた河川流路の探査をおこなった.その結果,初期流路の3次元形態が得られ,1.5GHzアンテナは探査深度約15cmでその分解能は3-5cmであることが明らかになった.さらに,実験材料をかえることにより探査反射面の性質を検証した.比誘電率,導伝率に差のある土や砂鉄,珪砂などが効果的であった.本研究は,電磁波反射法による実験堆積物の高分解能非破壊解析の可能性をさぐることを目的とする.数GHzの中心周波数を持つ高周波のレーダを用いてcmオーダーで実験堆積物の構造を非破壊で把握し,繰り返し測定により堆積構造の形成過程の可視化を行う.このようなレーダーアンテナを平面実験水路に設置し実験堆積物の3次元断面のモニタリング手法を開発し,この手法を応用して河川堆積物の形成過程を解明するものである.本研究では,高周波のGPRを用いて小型平面水路における流路形態の3次元解析をおこなった.まず,使用する小型平面水路による河川流路の再現をおこなった.本実験で形成した蛇行流路は,流量や勾配,給砂の増加によって,網状流路へと変化し,既存の河川研究報告とよく一致した.次に,1.5GHzアンテナのGPRを用いて,この実験でできた河川流路の探査をおこなった.その結果,初期流路の3次元形態が得られ,1.5GHzアンテナは探査深度約15cmでその分解能は3-5cmであることが明らかになった.さらに,実験材料をかえることにより探査反射面の性質を検証した.比誘電率,導伝率に差のある土や砂鉄,珪砂などが効果的であった.本研究は,実験水路で形成させた河川堆積物を高周波電磁波反射法によって非破壊で解析する手法を開発し,そこから得られた3次元断面を野外露頭で観察できる河川堆積物の層相および形態(河川堆積相)の解析に適用するものである.具体的には,数GHzの中心周波数を持つ高周波のレーダを用いてcmオーダーで実験堆積物の構造を把握する.本年度は主にモニタリングに適した実験堆積物生成の試行実験をおこなった.比較的走査のしやすい大きな構造としてフォーセット構造を生成してモニタリングテストをしたところ,作った堆積構造のマーカーへの感度はあったが層厚がアンテナの分解能よりもやや薄かった.この解決には,実験材料の粒度または材質をかえ,同時にアンテナの周波数をあげることが今後の検討として残された.同時に,この研究でその形成過程を明らかにしようとしている河川堆積物ほかの組成について検討をおこなった.対象としたのは,白亜系手取層群桑島層,完新統沖ノ島遺跡と下総層群木下層である.白亜系手取層群桑島層は河川氾濫原の中にいくつか異なるタイプの化石密集層が認められる.完新統沖ノ島遺跡は河川の河口域の氾濫堆積物にやはり特徴的な遺跡堆積物を含む.下総層群木下層は海成層だが,その中の潮汐三角州堆積物に特徴な構造をもつ化石層が存在する.これらはいずれも氾濫などの高エネルギーの堆積物であり,また,特異的な堆積物を包含するものである.このような特異的な堆積物が本研究で解析する手法の上でもっとも検出しやすい.したがって,これらのその詳細な堆積物組成の解析を同時におこなった.本研究目的は,電磁波反射法による実験堆積物の高分解能非破壊解析の可能性をさぐるもので,数GHzの中心周波数を持つ高周波のレーダを用いてcmオーダーで実験堆積物の構造を非破壊で把握し,繰り返し測定による堆積構造の形成過程の可視化を行う.このようなレーダーアンテナを平面実験水路に設置し実験堆積物の3次元断面のモニタリング手法を開発し,この手法を応用して河川堆積物の形成過程を解明するものである.当該年度は,既設の小型平面水路を用いて蛇行河川流路形態を復元し,その結果に基づき,当該研究用の平面水路の設計・製作を行った.研究成果としては1.千葉県袖ヶ浦市吉野田でみられる更新統下総層群清川層の下部は,層厚約6mの河川堆積物にみられる洪水堆積物(岡崎ほか,2004など)の再検討をおこなった.2.このような河川堆積物の堆積過程を推定するために,水路実験をおこなった.微地形の形成過程を観察するめに,幅60cm,長さ120cm,高さ20cmの平面水路を用いた.実験材料として用いいたのは園芸用土(粒径約1mm,数%程度泥サイズ粒子を含む.比重約1.2)で,平面水路勾配は約3.5°,給水量は約1.3リットル/分でおこなった.その結果,流路幅約5cmの蛇行河川が発生し,流路変遷をするのが認められた.この水路河川の微地形から更新統河川堆積物の形成過程を推定すると,予察的だが,レンズ状細粒砂層と砂質砂層の互層,および分級の悪い砂質泥層は,洪水時にポイントバー上に形成された可能性がある.3.これの小型の平面水路実験の結果から,本研究用の水路を制作をおこなった.

可変勾配平面水路:下部鋼製フレームおよび可変勾配用ジャッキ,水路(長さ3800mm,幅1200mm,高さ300mm),貯水槽(パンチングプレート付き),堰板付き本研究目的は,電磁波反射法による実験堆積物の高分解能非破壊解析の可能性をさぐるもので,数GHzの中心周波数を持つ高周波のレーダを用いてcmオーダーで実験堆積物の構造を非破壊で把握し,繰り返し測定による堆積構造の形成過程の可視化を行う.このようなレーダーアンテナを平面実験水路に設置し実験堆積物の3次元断面のモニタリング手法を開発し,この手法を応用して河川堆積物の形成過程を解明するものである.当該年度は,平面水路の設計・製作を行い,蛇行河川形成実験と実験堆積物のレーダーモニタリングをおこなった.1.平面水路における流路変遷:実験は長さ3.6m×幅0.9m×高さ0.3mの可変勾配型平面水路,実験材料として園芸用土を用いて流量,勾配,供砂の変化させたrunを行った.いずれのrunも流路変化の特徴から流域を3つのセグメントに分けることができた.流量の増加と勾配の増加にもとづくそれぞれの流路変化を比較すると,流量増加では曲率の増加と流路幅の増加がみられた.勾配増加では曲率の増加はより顕著で,谷深の増加がみられた.また,流量と勾配を一定にして供砂をおこなうと,中流域に中州が形成されることによって網状流路が現れた,したがって,供砂は平面形状の変化をより強くもたらした.2.電磁反射法による流路の3次元解析:平面水路で供砂をおこなった実験の流路変遷が,どのように走査できるかを調べた.すなわち,幅約6-10cm程度,深さ約3-12cm,蛇行流路の基底に砂鉄をしき,供砂をおこないながら流路変化を観察した.実験終了後,上面に残った地形が隠れるよう平に水路全体を砂で覆い,走査を行った.結果としては,深度間隔として5cm程度の面は判別が可能であり,初期の流路や段丘面が認識された.本研究目的は,電磁波反射法による実験堆積物の高分解能非破壊解析の可能性をさぐるもので,数GHzの中心周波数を持つ高周波のレーダを用いてcmオーダーで実験堆積物の構造を非破壊で把握し,繰り返し測定による堆積構造の形成過程の可視化を行う.このようなレーダーアンテナを平面実験水路に設置し実験堆積物の3次元断面のモニタリング手法を開発し,この手法を応用して河川堆積物の形成過程を解明するものである.当該年度は,1.電磁反射法による流路の3次元解析:平面水路で給砂をおこなった実験の流路変遷を観察し,また反射面特性をみるために,マーカーを珪砂にかえて,おこなった.これにより砂鉄と同様の明瞭な反射面をえた.2.実験結果のまとめと発表をおこなった.
溜池における浮葉植物の大量繁茂による水生植物相の貧弱化メカニズムの解明

自然豊かな溜池は地域住民の親水域や希少生物の生息場となっている。しかし,浮葉植物の大量繁茂により水面が覆われて光阻害や貧酸素化が生じ,それらに伴って水中に生息する希少な沈水植物が駆逐され,水生植物相が貧弱化する可能性がある。しかし,水生植物相の貧弱化メカニズムは解明されておらず,適切な管理手法も確立されていない。本研究は,水生植物相の貧弱化が課題となっている福島県白河市南湖を対象とした現地観測と室内実験により,浮葉植物の大量繁茂に伴う水生植物相の貧弱化メカニズムの一端(浮葉植物による光の減衰,水生植物による貧酸素化等)を明らかにした。しかし,富栄養化した溜池では,浮葉植物の大量繁茂により水面が覆われて光阻害や貧酸素化が生じ,水中に生息する希少な沈水植物が駆逐され,水生植物相が貧弱化する可能性がある。浮葉植物の適切な管理により溜池の多様な水生植物相は保全できると期待されるが,水生植物相の貧弱化メカニズムは解明されておらず,管理手法も確立されていない。研究対象とした福島県白河市南湖(以下,南湖とする)においても水生植物相の貧弱化が課題となっている。本研究では,現地観測と室内実験により,浮葉植物の大量繁茂に伴う水生植物相の貧弱化メカニズムを明らかにし,今後の水生植物の管理手法の開発,ひいては溜池における生物多様性の保全に寄与する。平成27年度の研究成果は以下の通りである。1)水生植物の多い7月上旬では上層DO飽和度は,日中で最大160%以上,夜間で40%を下回ることがあった。また,夜間の下層では,DO飽和度が10%程度まで低下することがあった。日中のDO上昇は水生植物の光合成,夜間のDO低下は水生植物の呼吸に起因すると考えられる。2)風速が同程度の際に,浮葉植物の密度が大きい地点で湖上層の流速が小さかった。よって,浮葉植物により吹送流が減衰するものと考えられる。3)浮葉植物の密度が大きいと,水中光量子量が小さくなっていた。よって,水面付近に広がった浮葉植物の葉が水中に届く光を減衰させるものと考えられる。4)光合成と呼吸によるDO変動実験の24時間後のDO変化量は,水生植物の種類や光条件によりDOは大きく変化することが明らかとなった。5)枯死分解によるDO消費実験のDO変化量は,全ての水生植物において実験開始直後から減少した。よって,水生植物の枯死分解によりDOが減少することが分かった。また,種類によりDO消費量が異なるものと考えられた。当初の計画通りに下記の現地調査と室内実験を実施した。(1)現地調査:現地調査では,1浮葉植物による光阻害,2浮葉植物による大気から水への酸素供給の阻害,3水生植物の光合成・呼吸による酸素生成・消費,4水生植物の枯死後の好気分解による酸素消費,を把握した。「浮葉植物群落,沈水植物群落,無植生域の3区域の浅・深層を対象とした1時間刻みの長期定点連続観測」と「多地点を対象とした月1回程度の鉛直分布観測」を実施し,溶存酸素,光量子,水温,流向流速,濁度,クロロフィルおよび調査地点直上の風向風速等を観測した。(2)室内実験:室内実験では,3水生植物の光合成・呼吸による酸素生成・消費,4水生植物の枯死後の好気分解による酸素消費,を把握した。光合成・呼吸による酸素生成・消費は,増殖期の生きた水生植物(浮葉植物,沈水植物)を明暗条件で培養し,溶存酸素濃度の変化から定量化した。枯死後の好気分解による酸素消費は,死滅期の枯死した水生植物を暗条件下で好気分解させ,溶存酸素濃度の変化により定量化した。しかし,富栄養化した溜池では,浮葉植物の大量繁茂により水面が覆われて光阻害や貧酸素化が生じ,それらに伴って水中に生息する希少な沈水植物が駆逐され,水生植物相が貧弱化する可能性がある。本研究は,水生植物相の貧弱化が課題となっている福島県白河市南湖を対象とした現地観測と室内実験により,浮葉植物の大量繁茂に伴う水生植物相の貧弱化メカニズムの一端を明らかにした。研究成果を以下に示す。(1)現地観測により,浮葉植物密度が高いほど光の減衰が大きくなることが確認された。よって,浮葉植物の大量繁茂で沈水植物の生育が阻害されると推測される。(2)現地観測により,浮葉植物の繁茂によって吹送流が減衰することが確認された。しかし,吹送流と溶存酸素(DO)との関連性は確認されなかった。(3)現地調査により,夏季の南湖底層では水生植物の呼吸や枯死分解で貧酸素化が生じることが確認された。(4)培養実験により,水生植物(ヒシ,オヒルムシロ,イバラモ,クロモ)が生息することで,明条件ではDOが増加し,暗条件では減少することが確認された。

DO増加は水生植物の光合成,DO減少は呼吸によるものと考えられる。また,明条件におけるDO増加は浮葉植物よりも沈水植物,暗条件におけるDO減少は沈水植物よりも浮葉植物で卓越した。(5)枯死分解実験により,水生植物(ヒシ,オヒルムシロ,イバラモ,クロモ)が枯死分解することで,DOが減少することが確認された。一方,水中のCOD,総窒素,総リン濃度は水生植物の枯死分解に伴い増加した。また,水生植物の種類によりDO消費,COD,総窒素,総リンの溶出が異なった。自然豊かな溜池は地域住民の親水域や希少生物の生息場となっている。しかし,浮葉植物の大量繁茂により水面が覆われて光阻害や貧酸素化が生じ,それらに伴って水中に生息する希少な沈水植物が駆逐され,水生植物相が貧弱化する可能性がある。しかし,水生植物相の貧弱化メカニズムは解明されておらず,適切な管理手法も確立されていない。本研究は,水生植物相の貧弱化が課題となっている福島県白河市南湖を対象とした現地観測と室内実験により,浮葉植物の大量繁茂に伴う水生植物相の貧弱化メカニズムの一端(浮葉植物による光の減衰,水生植物による貧酸素化等)を明らかにした。当初の計画に従い下記の項目を実施する。(1)現地調査,室内実験:平成27年度から継続した調査,室内実験を実施する。(2)浮葉植物による光減衰と沈水植物生息域の関係把握:現地調査の結果から,沈水植物が生息できる光環境を推定する。また,光量子の鉛直分観測により浮葉植物群落の被覆率と減衰係数の関係を把握する。そして,沈水植物が生息できる光環境と,それを満たす浮葉植物の被覆率を求める。この成果から,沈水植物の生息可能な光環境を明確にし,経験的に行われていた浮葉植物の刈り取りが光環境の改善に及ぼす工学的な意義を評価する。(3)水生植物が溶存酸素の動態に及ぼす影響の把握:現地調査と室内実験の結果を合わせて解析することで,浮葉植物と沈水植物が溶存酸素の動態に及ぼす影響の相違を明らかにする。また,「浮葉植物による大気から水への酸素供給阻害」,「水生植物の呼吸による酸素消費」,「水生植物の枯死後の好気分解による酸素消費」が溜池の貧酸素化に及ぼす影響の定量化を試みる。さらに,本研究の成果と他因子(底泥,植物プランクトン等)が酸素動態に及ぼす現象(酸素供給・消費)の文献値を用いて,南湖における溶存酸素の収支を試算し,貧酸素化の効果的な抑制方法について検討する。水環境工学
トリプトファン代謝の制御による経口免疫寛容誘導機序の解明

まずマウスモデルを用い、経口免疫応寛容をオブアルブミン(OVA)を用いて誘導し、脾臓・腸間膜リンパ節から作製したリンパ球浮遊液で[H^3]thymidineの取り込みを測定した。OVA投与群においては非投与群と比較し脾臓および腸間膜リンパ節のリンパ球では[H^3]thymidineの取り込みが抑制されており、OVA抗原に対し、寛容状態にあることが確認できた。また、このマウスモデルにおいて、血清の抗OVA-IgG抗体をELISA法により測定したところ、OVA投与群において抗体量が少なく、抗体産生も抑制されていることがわかった。このようにして経口免疫寛容の誘導を確認したマウスモデルにおいて、腸管のIDOの発現量の違いを検討した。IDOは誘導後48時間において発現量の違いを認めたが、抗原摂取後の時間の経過に伴うIDOの発現量の違いがあることが考えられ、抗原摂取後、2、4、6、12、24時間後でそれぞれ小腸の粘膜固有層およびパイエル板を採取し、発現量の変化を調べた。その結果、4、6時間後に発現が増加し、その後減少する傾向がみられた。これらの結果より、経口免疫寛容状態におけるIDOの関与を考える上で、経口抗原の摂取後の時間によるIDO発現量の変化を考慮する必要性があることがわかった。今後、どの時間がIDOの評価に適するか検討を要する。
人の動作特性を考慮した2次元衝撃試験法によるスポーツサーフェス緩衝性評価法の開発

本研究はスポーツサーフェスの緩衝性能評価法として,従来の鉛直方向における作用時間の短い衝撃に対する緩衝性だけで無く,水平方向を加味した2次元衝撃,さらには作用時間の長い衝撃についても考慮した緩衝性能評価法を開発することであった.結果的として鉛直・水平の2次元衝撃試験法によって得られたデータを用い,衝撃角度をパラメータとして持つ2次元サーフェルモデルを開発した.このモデルによれば鉛直・水平方向それぞれのパラメータセットと衝撃角度が与えられれば様々な角度および衝撃力の推定が可能となった.しかしながら水平方向の同定精度に比べ鉛直方向の同定精度がやや低いことが今後の課題としてあげられる.本研究は,スポーツサーフェスの緩衝性能評価法として,従来の鉛直方向における作用時間の短い衝撃(約10msec)に対する緩衝性だけで無く,水平方向を加味した2次元衝撃,さらには作用時間の長い衝撃(約300msec)についても考慮した緩衝性能評価法の検討を行う.従来の衝撃試験による緩衝性能評価法では鉛直方向における作用時間の短い衝撃の減衰率によって評価していたが,この方法では人間の動作特性である斜め方向の衝撃やサーフェスとの接触期間全般にわたるような比較的長い作用時間を持つ衝撃力の緩衝性を評価していない.そこで,これまでに開発した2次元衝撃試験と新たに開発する作用時間の長い衝撃発生装置を用いて鉛直方向だけでなく水平方向も含めたモデル化を行い,様々な衝撃様式に対する緩衝性能を検討する方法を提案することを目的としている.これまでに開発した2次元衝撃試験器は,加速度,衝撃力を2次元で計測可能なセンサユニット上に重錘を落下させることによって様々な角度と大きさの異なる衝撃力に対する緩衝性を評価する為に用いてきた.その場合の評価方法はサーフェスの有無による衝撃力の最大値を比較するという単純な方法であったが,鉛直方向での緩衝性と同様にモデル化による緩衝性評価が重要であると考えられるため,より高精度な測定が必要である.このため,従来のセンサより精度の高いセンサを利用し,さらにより強い衝撃力に耐えられるようなリンク機構に改良することにより,より広範囲の衝撃力に対する緩衝性を検討できるような改良を行った.更に,これまでは約6kgの重錘をセンサユニット上に落下させることにより2次元衝撃力をサーフェスに加えていたが,人のランニング等における地面反力に相当するような比較的長い時間の衝撃作用時間に対する緩衝性を検討する為に重錘の質量を約50kgまで増加し,重錘下部に弾性要素を付加した重錘を作成した.初年度(平成27年度)における主な研究内容は2次元衝撃試験器の改良であった.これまでの2次元衝撃試験では衝撃試験器のセンサユニット上に単純な重錘を落下させ,計測された2次元衝撃力および2次元変位データを用いて衝撃力の最大値がどれほど低下するかを指標とする衝撃減衰率(Force Reduction)や初期角度,衝撃力による最大変位の変化を見ることによって緩衝性を評価してきた.しかしながらより多様な衝撃に対する緩衝性を評価するためにはモデル化を行うことが必要で有り,その為にはより精度の高いデータ収集が必要である.このため鉛直方向の衝撃力を2次元方向に変換するためのリンク機構を強化し,更に市販のセンサを利用することにより精度の高い測定が可能となった.ただ,当初の計画では種々の落下高と初期角度を設定可能な装置までを製作する予定であったが,この部分については未だ完成していない.平行して,より広範囲の衝撃力に対する応答をデータとして取得するため,人間のランニングにおける着地衝撃を模した落下重錘を製作する予定であったが,これについては約50kgの重錘下部に弾性要素を装着し約300msecの衝撃力を再現できる重錘およびその支持フレームは完成した.本研究はスポーツサーフェスの緩衝性能評価法として,従来の鉛直方向における作用時間の短い衝撃(約10msec)に対する緩衝性だけで無く,水平方向を加味した2次元衝撃,さらには作用時間の長い衝撃(約300msec)についても考慮した緩衝性能評価法の検討を行う.従来の衝撃試験による緩衝性能評価法では鉛直方向における作用時間の短い衝撃の減衰率によって評価していたが,この方法では人間の動作特性である斜め方向の衝撃やサーフェスとの接触期間全般にわたるような比較的長い作用時間を持つ衝撃力の緩衝性を評価していない.そこで,これまでに開発した2次元衝撃試験と新たに開発する作用時間の長い衝撃発生装置を用いて鉛直方向だけでなく水平方向も含めたモデル化を行い,様々な衝撃様式に対する緩衝性能を検討する方法を提案することを目的としている.これまでに開発した2次元衝撃試験器は,加速度,衝撃力を2次元で計測可能なセンサユニット上に重錘を落下させることによって様々な角度と大きさの異なる衝撃力に対する緩衝性を評価する為に用いてきたが鉛直方向と同様に水平方向も含めたモデル化を行うためにはより精度の高い測定が必要であると考えられるため,センサユニットの構造変更および市販センサへの転換を実施した.この改良により,より強度の高いセンサユニットとなり測定精度も高くはなったが,センサユニットが大型化してしまい,それに伴う荷重の不均衡が生じてしまう結果となった.このため本年度はセンサユニットの改良に多大な時間を消費することとなり,従来の計画である様々な2次元衝撃試験の実施と2次元モデルの検討までには至らなかった.しかしながら,落下高の調整機構は完成し,レーザー変位計を用いた精度の高い落下高を設定可能となった.更に比較的長い衝撃作用時間を発生させることが出来る

鉛直方向の衝撃試験器に関しても精度の高い落下高調整が可能となった.初年度(平成27年度)における主な研究内容は2次元衝撃試験器の改良であり,2年目の今年度は改良した2次元衝撃試験装置を用いて様々な角度,衝撃力における衝撃試験を実施する予定であった.これまでの2次元衝撃試験では衝撃試験器のセンサユニット上に単純な重錘を落下させ,計測された2次元衝撃力および2次元変位データを用いて衝撃力の最大値がどれほど低下するかを指標とする衝撃減衰率(ForceReduction)や初期角度,衝撃力による最大変位の変化を見ることによって緩衝性を評価してきた.しかしながらより多様な衝撃に対する緩衝性を評価するためにはモデル化を行うことが必要で有り,その為にはより精度の高いデータ収集が必要である.このため鉛直方向の衝撃力を2次元方向に変換するためのリンク機構を強化し,更に市販のセンサを利用することにより精度の高い測定が可能となった.しかしながら,強い強度および高い精度の測定を実現するためにセンサユニットが大型化してしまい,実際の測定をしてみると荷重の不均衡の問題が生じてしまった.従って,本来研究2年目には様々な衝撃試験を実施する予定であったが,センサユニットの改良が終わっておらず,更にセンサユニットの改良を行ってきた.但し,落下高調整装置を改良することにより,正確な落下高が指定可能になったこと.更に人間のランニングに於ける着地衝撃全体を模した作用時間の長い衝撃力を発生させる装置についても落下高の調整装置が完成している.本研究はスポーツサーフェスの緩衝性能評価法として,従来の鉛直方向における作用時間の短い衝撃に対する緩衝性だけで無く,水平方向を加味した2次元衝撃,さらには作用時間の長い衝撃についても考慮した緩衝性能評価法の検討を行った.従来の衝撃試験による緩衝性能評価法では鉛直方向における作用時間の短い衝撃の減衰率によって評価していたが,この方法では人間の動作特性である斜め方向の衝撃やサーフェスとの接触期間全般にわたるような比較的長い作用時間を持つ衝撃力の緩衝性を評価していない.そこで,これまでに開発した2次元衝撃試験と新たに開発する作用時間の長い衝撃発生装置を用いて鉛直方向だけでなく水平方向も含めたモデル化を行い,様々な衝撃様式に対する緩衝性能を検討する方法を提案することを目的としている.今年度は2次元衝撃試験器のセンサユニットに市販のセンサを組み込むことで5度から25度に及ぶ衝撃角度においてこれまでよりも大きな衝撃力まで高い精度での測定が出来るようになった.更に2次元モデルを開発し,その精度の検討を行った.これまで筆者らは鉛直方向1次元のサーフェスモデルとして指数関数型非線形粘弾性モデルを提唱してきた.このモデルを用いることにより単一の衝撃面積における衝撃力およびサーフェスの動特性を再現できるだけでなく,衝撃面積が変化した場合にも衝撃面積をパラメータとして一組のパラメータセットによってサーフェスの動特性を高い精度で再現できる事を示した.2次元サーフェスモデルではこのモデルを鉛直・水平の2方向に対して独立に配置し,更に衝撃角度をパラメータとして持たせることにより,鉛直・水平それぞれのパラメータセットと衝撃角度を与えることにより,様々な角度および衝撃力の推定が可能であることが確認出きた.
要介護高齢者のための口腔細菌叢改善用カテキンジェルの開発

カテキンジェルは,歯垢肥厚に関与する菌,う蝕原因菌,歯周病原菌およびCandida症原因菌に対して抗菌活性を認めたが,正常な口腔環境維持に重要な菌群には発育阻止作用を示さなかった。また,カテキンの抗菌機序には過酸化水素の産生が深く関与していた。一方,臨床試験において,上記in vitroの実験結果とほぼ同様な抗菌効果を示していた。これらの結果から,カテキンジェルは高齢者の口腔ケアおよびQOLの向上に役立つと考えられる。申請者らが新開発したカテキンジェルはin vitroにおいてう蝕、歯周病、Candida症および化膿性炎症の原因菌に抗菌効果を示し、自然免疫の一助で口腔を正常に保つレンサ球菌には示さないことが明らかとなり、高齢者社会における局所・全身疾患の予防、健康におけるQOLの向上に十分寄与できる可能性が考えられた。そこで今年度はin vitroでのカテキンジェル抗菌効果実験として、抗菌剤を含有する他市販品との抗菌効果の比較や、過酸化水素と抗菌効果の関連性について検討した。一方、in vivoでは藤田保健衛生大学七栗サナトリウムにおいて4週間、カテキンを含まないジェル(プラセポジェル)もしくはカテキンジェルを塗布し、塗布前と後の総菌数とカンジダ属菌数をコロニー算定法で比較し、カテキンジェルの臨床応用、特にカンジダ属菌に対する抗菌効果について検討した。In vitroにおいて、カテキンジェルは抗菌効果を示した菌種に対し、他市販品よりも抗菌効果が顕著に高かった。また、他市販品はカテキンジェルと異なり、自然免疫の一助で口腔を正常に保つレンサ球菌に対しても抗菌効果を示した。S.mutansならびにA.naeslundiiに対するカテキンジェルの抗菌効果はカタラーゼ添加により消失することから、カテキンジェルの抗菌効果には過酸化水素が関連していることが確認された。一方、in vivoでの藤田保健衛生大学七栗サナトリウム臨床治験の結果、プラセボジェル塗布では総菌数ならびにカンジダ属菌数に変化は認められず、カテキンジェル塗布においても総菌数に変化は見られなかった。しかし、カンジダ属菌数はカテキンジェル塗布により有意に減少した。これらの結果から、カテキンジェルの臨床応用の可能性が確認された。そこで今年度はin vitroでのカテキンジェル抗菌効果実験として、義歯性口内炎や誤嚥性肺炎の原因菌の一つであるCandida albicansに対する抗菌機序について検討した。一方、in vivoでは藤田保健衛生大学七栗サナトリウムにおいて先年報告した4週間、カテキンを含まないジェル(プラセボジェル)もしくにカテキンジェルを塗布し、塗布前と後の総菌数とカンジダ属菌数をコロニー算定法の2期目の実験を行った。In vitroにおいて、カテキンジェルはCandida albicansに対して殺菌より静菌効果を示していた。カテキンジェルによりATP産生量が著しく減少し、病原性発揮のための菌糸形変換が抑制されていた。また、菌糸形変換に関わる細胞内シグナル、MAP kinase系とPKA系の両方の伝達系を抑制していた。さらにC.albicansの病原因子である付着タンパクならびにタンパク分解酵素の産生に関与するmRNA量の顕著な減少も確認した。一方、in vivoでの藤田保健衛生大学七栗サナトリウム臨床治験の結果、患者数が増えてもプラセボジェル塗布では総菌数ならびにカンジダ属菌数に変化は認められず、カテキンジェル塗布においても総菌数に変化は見られず、反対に、カンジダ属菌数はカテキンジェル塗布により有意に減少し、再現性を得た。これらの結果から、カテキンジェルの臨床応用の可能性が十分確認された。そこで今年度は昨年度に続き、in vitroでのカテキンジェル抗菌効果実験として、義歯性口内炎や誤嚥性肺炎の原因菌の一つであるCandida albicansに対する抗菌機序について検討した。一方、in vivoでは藤田保健衛生大学七栗サナトリウムにおいて先年報告した4週間、カテキンを含まないジェル(プラセポジェル)もしくはカテキンジェルを塗布し、塗布前と後のう蝕原因菌のS. mutans、歯垢成熟に深く関与しているActinomycesならびに歯周病原菌数をReal Time PCRで算出し、カテキンジェルの抗菌効果について検討を行った。in vitroにおいて、カテキンジェルはCandida albicansの病原性発揮のための菌糸形変換への影響をFlow cytometryにて解析を行い、その抑制を確認した。

さらにカテキンジェルによる菌糸形変換に関わる細胞内シグナル、MAP kinase系のCek1タンパクのリン酸化抑制をWestern-Blottingで確認するとともにPKA系のcAMP産生量の著しい減少が認められた。一方、in vivoでの藤田保健衛生大学七栗サナトリウム臨床治験の結果、患者数が増えてもプラセポジェル塗布では総菌数ならびにう蝕原因菌のS. mutans、歯垢成熟に深く関与しているActinomycesならびに歯周病原菌数に変化は認められず、カテキンジェル塗布においても総菌数には影響が見られなかった。反対に、カテキンジェル塗布によりう蝕原因菌のS. mutans、歯垢成熟に深く関与しているActinomycesならびに歯周病原菌数は有意に減少した。これらの結果から、カテキンジェルの臨床応用の可能性が十分確認された。
イカロドプシンのX線結晶構造解析

視物質ロドプシンは網膜視細胞に存在する光受容膜蛋白質である。無脊椎動物のロドプシンは、脊椎動物のロドプシンとは対照的に光活性型アシッドメタ中間体が安定であり、また、生体内に普遍的に存在するGq型G蛋白質と共役するという特徴をもつ。研究代表者らはスルメイカのロドプシンについてX線結晶構造解析を行い、2007年度までに基底状態の立体構造を2.5Å分解能で決定し、無脊椎動物型ロドプシンの機能を裏付ける以下のような特徴的な構造を解明した。1)GPCRの膜貫通領域はほぼ保存されている、2)細胞質側のG蛋白質共役部位が堅いドメイン構造である、3)9個の水分子クラスタが活性部位とG蛋白質共役部位を結ぶ水素結合網を形成し、細胞内シグナル伝達に寄与している、4)発色団レチナールのプロトン化シッフ塩基とその対イオンGlu180は5Å離れている、5)GPCRの生理的な二量体がへリックス4と5を接合面として会合している、6)細胞外側領域どうしの塩橋による相互作用が無脊椎動物の目が偏光を検出するのに寄与している。2008年度は光反応初期中間体であるバソロドプシンの結晶構造解析を目指し、イカロドプシン結晶中でバソ反応中間体を捕捉する条件検討を行った。すなわち、液体窒素温度に冷却した結晶に対し、青色光照射によりバソ反応中間体(全トランス型)と、橙色光照射によりロドプシン(11-cis型)とイソロドプシン(9-cis型)の混合状態とを可逆的に生成することを見出した。バソ中間体の生成率が高めた結晶を用いて回折データセットを収集し、構造解析に着手した。視物質ロドプシンは網膜視細胞に存在する光受容膜タンパク質で、G蛋白質共役型受容体(GPCR)のモデルタンパク質である。発色団レチナールが光を吸収するとロドプシン分子全体の構造変化が惹起され、細胞質側の結合部位に共役したG蛋白質へと光情報を受け渡す。本研究は、イカロドプシン結晶を用いてロドプシンが担うG蛋白質活性化の分子機構の全容を構造学、分光学の両面から解明することを目指している。本年度は、前年度に引き続き分解能の向上をはかり、ロドプシンの精製・結晶化条件の精密化を行い、その結果、十分に大きく、良質な結晶を得ることができた。この結晶をもちいて回折データセットを収集、構造解析を行い、最終的にはイカロドプシンの立体構造を2.5Å分解能で決定することに成功した。この構造から、1)GPCRの膜貫通領域はほぼ保存されていること、2)細胞質側のG蛋白質共役部位が堅いドメイン構造であること、3)9個の水分子クラスタが活性部位とG蛋白質共役部位を結ぶ水素結合網を形成し、細胞内シグナル伝達に寄与していること、4)発色団レチナールのプロトン化シッフ塩基とその対イオンGlu180は5Å離れていること、5)GPCRの生理的な二量体がヘリックス4と5を接合面として会合していること、6)細胞外側領域どうしの塩橋による相互作用が無脊椎動物の目が偏光を検出するのに寄与していること、が新たに明らかとなった。

研究代表者らはスルメイカのロドプシンについてX線結晶構造解析を行い、昨年度までに基底状態の立体構造を2.5A分解能で決定し、無脊椎動物型ロドプシンの機能を裏付ける特徴的な構造を解明した。今年度は光反応初期中間体であるバソロドプシンの結晶構造解析を目指し、イカロドプシン結晶中でバソ反応中間体を捕捉する条件を検討した。すなわち、液体窒素温度に冷却した結晶に対して、適当な波長の光を照射することで発色団レチナールの光異性化を促した。その結果、青色光照射によりバソ反応中間体(全トランス型)と、橙色光照射によりロドプシン(11-cis型)とイソロドプシン(9-cis型)の混合状態とを可逆的に生成することに成功した。ロドプシンとイソロドプシンの存在比率は照射する光の波長で制御可能であり、バソ反応中間体とイソロドプシンのそれぞれを結晶中で効率良く捕捉できる条件を見出すことができた。バソ反応中間体についてはX線回折実験を行い、回折条件の検討を行った。一方、130K以上で青色光照射によりバソ中間体からルミ中間体へと熱緩和し、160Kで効率よくルミ中間体を捕捉できる条件を見出した。