hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
思春期過敏性腸症候群発症とトラウマの関連―東日本大震災の影響の検討

過敏性腸症候群(IBS)は代表的な思春期心身症である。成人IBSでは幼児期の虐待などのトラウマが発症リスクの一つと報告されているが、思春期IBSでは発症要因の解明は不十分である。そこで本調査では宮城県内の中学校で疫学調査を施行し、東日本大震災のトラウマ的体験がIBS発症率を増加させ、その影響は年余におよぶという仮説を検証する。疫学調査を施行すべく県教育委員会や養護教諭会に調査協力を依頼したが、教育現場では未だ混乱が続いており、協力を得がたい状況であった。そこで海外の疫学調査専門家と討議を重ね、調査法の変更や規模の縮小をして再度協力を依頼したが、最終的に調査を断念せざるを得なかった。本研究では、宮城県内で大規模疫学研究を施行し、平成16年データと比較して思春期の過敏性腸症候群(IBS)有症状者の変化を把握する。有症状率の変化が時間の経過によるものかを判定し、沿岸部と内陸部との比較により、東日本大震災でのトラウマ的体験がIBSの発症率を増加させ、その影響は数年後までも及ぶという仮説を検証する。加えて失感情症傾向・ストレスなどの因子が及ぼす影響、有症状者が患者に変化する契機、Quality of Life (QOL)の変化も追跡して思春期IBSの特徴を捉える。本邦で思春期IBSに関する疫学的データはほとんどなく、かつ大震災前に同様の方法で施行された調査データと比較し震災の影響を検討できるのは本研究のみである。《研究実績》a.宮城県内の中学生に対する疫学調査実施準備:宮城県内の中学3年生約3000人に質問紙を配布すべく、県教育委員会および県医師会と質問紙の配布時期や方法について調整を行った。その結果、教育現場は現在でも震災の影響で混乱した状況が続いており、平成16年と同様の方法でのデータ収集は非常に困難であることが判明した。そのためデータの収集方法を再検討する必要性が生じ、結果を出すための代替案を検討した。b.情報収集:世界心身医学会、日本心身医学会等に参加し、国内外のIBSに関する疫学的動向について情報を収集するとともに、データの新たな解析方法についてのディスカッションを行った。本研究では、宮城県内で大規模疫学調査を施行し、平成16年データと比較して思春期の過敏性腸症候群(IBS)有症状者の変化を把握する。有症状率の変化が時間の経過によるものかを判定し、沿岸部と内陸部の比較により、東日本大震災でのトラウマ的体験がIBSの発症率を増加させることを立証する。さらにその有病率とその症状変化を経年的に追跡し、東日本大震災でのトラウマ的体験が過敏性腸症候群の発症率を増加させ、その影響は数年後にまでおよぶという仮説を検証する。本邦で思春期IBSに関する疫学的データはほとんどなく、かつ大震災前に同様の方法で施行された調査のデータと比較し震災の影響を検討出来るのは本研究のみである。《研究実績》a.質問票・調査登録票の作成:以下のような質問票を作成した。RIIMQ:過敏性腸症候群(IBS)の診断用質問紙、SIBSQ:IBSの症状評価用質問紙、SF-36v2:総括的健康関連Quality of Lifeの指標、GSES:自己効力感の指標、TAS-20:失感情症の指標、個人・社会背景調査紙:年齢、性別、感染や医療機関受診の有無、ストレス状況、トラウマの有無、震災の影響など30項目b.宮城県内の中学生に対する疫学調査実施準備:宮城県内の中学3年生約3000人に質問票を配布すべく、県教育委員会と質問紙配布時期や方法について調整を行った。また、調査に協力した生徒に対し、調査により不安が生じた場合や医療機関受診の希望がある場合の相談窓口を設けた。c.情報収集:米国消化器病学会および日本心身医学会総会に参加し、国内外の過敏性腸症候群の疫学的動向について情報を収集した。本研究の目的は、宮城県内で中学生に大規模疫学研究を施行し、平成16年に施行した調査のデータと比較して、思春期過敏性腸症候群(IBS)の有症状率を把握してその変化が時間の経過によるものかを判定し、沿岸部と内陸部との比較により、東日本大震災でのトラウマ的体験がIBSの発症率を増加させ、その影響は数年後までも及ぶという仮説を検証することである。計画の変更に伴い倫理委員会の申請書類も修正する必要があるため、その準備を行った。

また、調査事務を委託する業者の選定を行った。b.情報収集:米国消化器病学会、日本心療内科学会、日本消化管学会等に参加し、国内外のIBSに関する疫学的動向や発症要因について情報を収集するとともに、疫学調査の方法やデータの新たな解析方法についてのディスカッションを行った。過敏性腸症候群(Irritable Bowel Syndrome: IBS)は典型的なストレス関連疾患であり、便通異常に関連した腹痛・腹部不快感が慢性・再発性に持続する症候群である。身体症状のみならず、抑うつや不安など気分の変化を伴うことや生活の質(Quality of Life: QOL)を低下させることが知られている。また、IBSは思春期に見られる代表的な心身症のひとつであるが、成人に比べて疫学的特徴や病態に関する調査は少なく、発症に関与する因子についても不明な点が多い。本研究では、宮城県内で大規模疫学研究を施行し、平成16年データと比較して思春期のIBS有症状者の変化を把握する。沿岸部と内陸部との比較により、東日本大震災でのトラウマ的体験がIBSの発症率を増加させ、その影響は数年後までも及ぶという仮説を検証する。加えて失感情症傾向・ストレスなどの因子が及ぼす影響、有症状者が患者に変化する契機、QOLの変化も追跡して思春期IBSの特徴を捉える。本邦で思春期IBSに関する疫学的データはほとんどなく、かつ大震災前に同様の方法で施行された調査データと比較し震災の影響を検討できるのは本研究のみである。《研究実績》a.宮城県内の中学生に対する疫学調査実施準備:宮城県内の中学3年生を対象とした疫学調査を計画していたが、教育現場は現在でも震災の影響で混乱した状況が続いており、平成16年と同様の方法でのデータ収集は非常に困難であることが判明した。そのためデータの収集方法を再検討する必要性が生じたため、海外の疫学調査専門家と協議し、既存データと比較して目的とする結果を得るための研究計画を検討した。b.情報収集:アメリカ消化器病学会、日本心身医学会等に参加し、国内外のIBSに関する疫学的動向について情報を収集するとともに、データの新たな解析方法についてのディスカッションを行った。宮城県教育委員会および県医師会と質問紙の配布時期や方法について調整を行った結果、教育現場は現在でも震災の影響で混乱した状況が続いており、平成16年と同様の方法でのデータ収集は非常に困難であることが判明した。そのためデータの収集方法を再検討する必要性が生じ、結果を出すための代替案を検討した。現場での負担を軽減すべく、質問紙に関しても内容の見直しを行った。過敏性腸症候群(Irritable Bowel Syndrome: IBS)は便通異常と腹痛・腹部不快感が慢性・再発性に持続する症候群である。また、IBSは典型的なストレス関連疾患であり、代表的な思春期心身症のひとつである。成人IBSでは幼少期の虐待などのトラウマが発症リスクの一つであると報告されている一方で、思春期IBSの疫学的特徴や病態に関する報告は少なく、発症に関連する因子についても不明な点が多い。本調査では、宮城県内で疫学調査を施行し、平成16年に施行した同様の調査結果と比較して思春期のIBS有症状者率の変化を把握する。
板金加工用FAシミュレータの開発

板金加工は多品種少量生産を行っているという特徴があり、特にOA機器の試作に多用されている.試作板金では、事前に各ワークの工程毎の加工時間を測定することができない.そこで各ワークの工程毎の加工時間をシミュレーションで求め、これを基に多種のワークの最適加工順序を求める、いわゆるスケジューリングのシミュレータを開発する必要がある.即ち、本研究は「板金加工のシミューレーション」、「スケジューリングシミュレータの開発」と両者の統合からなっている.「板金加工のシミュレーション」では、ロボットシミュレーションソフトウェアIGRIPを用い、板のパンチング、レーザ切断、曲げ加工のシミュレーションを行い、実加工とよく合う結果を得た.(平成5年度の「板金加工のシミュレーション」(担当;大場)、「板金加工デタベースの構築」(同;安西)、平成6年度の「板金シミュレーションの精度向上」(同;大場,安西)の研究結果.)なお、板金加工データベースは技能者の能力差の問題からデータベース化せず、精度向上の研究にデータを利用した.「スケジューリングシミュレータの開発」では、2加工機に対するジョンソン・ルールを基に、3加工機に対する最適加工順決定アルゴリズムを求め、さらに段取りを考慮したアルゴリズムを求めることができた.即ち、1番目の加工機の加工中に2番目の加工機の段取りを行うことができることを考慮し、ジョンソン・ルールを拡張することができた.(平成5年度の「スケジューリングの基礎研究と基本ソフトの開発」(担当;遠藤)、平成6年度の「スケジューリングシミュレータの開発」(同;遠藤、大場)の研究成果.)以上の研究成果を平成7年度に「FAシミュレータへの統合」(同;遠藤、大場、安西)で統合し、タレットパンチプレス、レーザ加工機、ロボット付プレスブレーキからなる仮想板金工場において仮想生産を行うことができた.板金加工は多品種少量生産を行っているという特徴があり、特にOA機器の試作に多用されている.試作板金では、事前に各ワークの工程毎の加工時間を測定することができない.そこで各ワークの工程毎の加工時間をシミュレーションで求め、これを基に多種のワークの最適加工順序を求める、いわゆるスケジューリングのシミュレータを開発する必要がある.即ち、本研究は「板金加工のシミューレーション」、「スケジューリングシミュレータの開発」と両者の統合からなっている.「板金加工のシミュレーション」では、ロボットシミュレーションソフトウェアIGRIPを用い、板のパンチング、レーザ切断、曲げ加工のシミュレーションを行い、実加工とよく合う結果を得た.(平成5年度の「板金加工のシミュレーション」(担当;大場)、「板金加工デタベースの構築」(同;安西)、平成6年度の「板金シミュレーションの精度向上」(同;大場,安西)の研究結果.)なお、板金加工データベースは技能者の能力差の問題からデータベース化せず、精度向上の研究にデータを利用した.「スケジューリングシミュレータの開発」では、2加工機に対するジョンソン・ルールを基に、3加工機に対する最適加工順決定アルゴリズムを求め、さらに段取りを考慮したアルゴリズムを求めることができた.即ち、1番目の加工機の加工中に2番目の加工機の段取りを行うことができることを考慮し、ジョンソン・ルールを拡張することができた.(平成5年度の「スケジューリングの基礎研究と基本ソフトの開発」(担当;遠藤)、平成6年度の「スケジューリングシミュレータの開発」(同;遠藤、大場)の研究成果.)以上の研究成果を平成7年度に「FAシミュレータへの統合」(同;遠藤、大場、安西)で統合し、タレットパンチプレス、レーザ加工機、ロボット付プレスブレーキからなる仮想板金工場において仮想生産を行うことができた.1。全加工時間を最短とするスケジューリングのアルゴリズムの研究と基本ソフトの開発(主担当;遠藤)既に開発したパソコンのスケジューリングのソフトを本補助金で購入したEWSに移植し、計算時間を約1/6に縮めることができ、これまで不可能であった3工程における全加工時間を最短とするスケジューリングのアルゴリズムを求めることができた。新しいアルゴリズムでは、1工程づつの加工時間を基に、第一工程と第二工程の加工時間の和を参考時間1、第二工程と第三工程の加工時間の和を参考時間2とし、参考時間1、2に対してジョンソン・ルールを適用する。得られたワークの流し方は必ずしも全加工時間を最短としないが、この流し方を基にシミュレーションを行うことにより、全加工時間が最短となる組合せが見出せることを明らかにした。この研究成果は本年秋の第45回塑性加工連合講演会で発表する予定である。2。IGRIPによる板金加工シミュレーション(主担当;大場)ロボット・シミュレーション・ソフトであるIGRIPを用いた板金加工のシミュレーションが一部可能となった。しかし、板金加工機械の種類は多く、その全てをIGRIPにインストールするにはかなりの労力を必要とする。又、実加工データと比較しシミュレーションの精度を上げる必要がある。3。板金加工データベースの構築(主担当;安西)板金加工の加工データの収集を行った。その結果、技能を必要とする作業(例えば曲げ加工等)では技能者の能力差でデータが左右され、一般性の確保が難しいので、データベース化せず加工データに留め、板金加工シミュレーションの精度向上に役立てることとした。スケジューリング・シミュレータの開発(遠藤、大場)平成5年度に遠藤が開発したスケジューリングソフトと、大場によるIGRIPを用いた板金加工シミュレーションを統合し、板金加工用スケジューリング・シミュレータを開発した。具体的には、大場によるIGRIPを用いたパンチング加工機とレーザー加工機の板金加工シミュレータとスケジューリングソフトをEWS上で統合した。

これにより、パンチング加工とレーザー加工に対するワークの加工時間をシミュレーションから求め、複数のワークに対する最適スケジュールをスケジューリングソフトで求めることが可能となった。このシミュレータを用い、4つのワークの加工時間をそれぞれ求め、パンチングプレスとレーザー加工機を複合した複合機による生産時間と、パンチングプレスとレーザー加工機を直列に並べて加工する複合加工(2加工機による最適スケジューリングが必要)における生産時間を比較した。後者の最適スケジューリングにおける生産時間は前者のそれよりも少ないことを明らかにできた。今後の課題は上記2加工機以外の板金加工機械をこのソフトに取り入れることである。板金加工シミュレーションの精度向上(安西、大場)IGRIPによる板金加工シミュレーションによりワークの加工時間を求めると、実際の加工時間とは必ずしも一致しないことがある。そこでパンチングプレスとレーザー加工機の加工時間のシミュレーションを行い、加工時間の実測値と比較した。その結果IGRIPによる板金加工シミュレーションでは、パラメータを適当に選ぶと、実際の加工時間と殆ど違わないことがわかった。ただし、板金加工シミュレーションにおけるパラメータの設定方法に改善の余地があり、今後の研究課題となった。なお、今年度の研究成果は第46回塑性加工連合講演会で発表を予定しているほか、平成8年の国際会議で発表すべく準備中である。FAシミュレータへの統合平成5、6年度において各自が分担した検出成果を統合してFAシミュレータを完成させた.すなわち、タレットパンチプレス、レーザー加工機、ハンドリングロボットの付いたプレスブレーキからなる仮想の板金工場をコンピュータの内部にIGRIPを用いてつくり、この仮想工場内で板金加工を行った.前年度にはなかったハンドリングロボットの付いたプレスブレーキを増設したため、まずプレスブレーキの実加工時間とIGRIPによるシミュレーションを比較したところ、比較的に両者はよく一致していた.前年度の成果と併せ、仮想板金工場は十分実用に耐えるものと判断した.次にこの仮想工場にスケジューリングシミュレータを統合し、3加工機に対する最適スケジュールを求めることができるようにした.3加工機に対する最適スケジュールを求めるアルゴリズムは前年度までの研究成果をさらに改善したものを用いた.その結果、全ての組合わせを計算する場合に比べ、約半分の計算時間で最適スケジュールが得られた.さらに、最適スケジュールを得るアルゴリズムに理論的考察を加えた.2加工機の場合に対してはジョンソン法が知られている.板金加工では、2番目の加工機の段取りは、1番目の加工時間中に可能である.このことを考慮して、ジョンソン法を拡張することができ、より現実の板金工場の加工の実態に近づけることができた.なお、当初はOA機能を統合する予定であったが、CALSやSTEPの動向を見極める必要からこれを行わなかった.もし、必要ならば適当なソフトの統合は容易である.
縮環型アゾベンゼン錯体を基盤としたπ共役系高分子の創出

当該年度の研究により、N=N結合が共役系に及ぼす影響を明らかにすることができ、また、ヘテロ元素による発光特性の違いを実現することができた。基本骨格としての縮環型アゾベンゼン錯体の特性について、現状においてホウ素錯体がAIE性を示し、スズ錯体がACQ性を示すという実験事実が得られており、これらの現象の起源が基底状態および励起状態の構造の違いにあり、光励起によるN=N結合の伸長が駆動力ではないかと考えていた。ホウ素錯体において、同じホウ素錯体ながらもより平面性が高く、光励起により構造変化の少ないN=N結合を拡張した縮環化合物を合成した。その結果、このN=N結合を拡張した化合物は希薄溶液条件下でも発光性を示し、凝集状態では消光するというACQ性を示すことが分かった。これは同じく平面性が高く、光励起により構造変化の少ないスズ錯体と同様の性質である。実験化学的には、光吸収スペクトル測定が先鋭化していること、発光素ペクトルとのエネルギー差であるストークスシフトが小さいことから、構造変化の少なさは確かめられた。また、計算化学によって励起状態の構造を予測することで、N=N結合の拡張により、平面性の上昇はもちろんN=N結合の伸長も小さくなっていることが明らかとなった。このように、AIE性はN=N結合の伸長を駆動力とした屈曲性により、希薄溶液状態での発光性が消光していることが主な原因であると示唆する結果を得ることができた。以前の研究により、共役系高分子化によって発光性が増幅することを示したが、共役系を拡張しつつも、理論的に予測しやすいN=Nを拡張した縮環化合物を合成することで、分子運動の重要性や共役長の拡張の重要性をより明確かつ段階的に示すことができた。当初予定は測定条件の違いにより、分子運動の違いを観測しようと計画していたが、N=N結合を拡張した縮環化合物の合成の成功により、共役長の拡張がN=N結合の伸長を抑制すること、また光励起による分子運動を抑制することを示すことができた。これは、当初の計画よりもより詳細なN=N結合を用いた共役系の挙動を示す結果であり、予想以上の結果が得られたことを示している。また、ヘテロ元素を用いた発光性の違いにおいては、スズ錯体およびN=Nを拡張した縮環化合物をモノマーとして共役系化合物を合成したところ、いずれも著しい発光波長の長波長化と発光の高効率化を観測した。ヘテロ元素の違いにより発光波長の変化幅は大きく異なることが分かったが、発光効率の上昇については、モノマーの構造として平面性が高く剛直であることが重要であることが分かった。つまり、共役系高分子化によって屈曲運動は抑えることができ、発光性は大きく上昇するが、共役長の拡張による発光性の上昇という点においては、モノマーの平面性の高さが重要であることが分かった。縮環化合物において、モノマーの湾曲が直接的に共役系の拡張に影響を与えることを示した例は少なく、非常に重要な結果を得ることができた。N=N結合の寄与をさらに明確にするために、重合度の増加に伴う段階的な吸収スペクトルの長波長シフト化を調べる。屈曲性のモノマーと剛直なモノマーを比較することで、基底状態における有効共役長を算出することができ、N=N結合を介した電子の非局在化の程度が見積もられると期待できる。これにより、光異性化とは異なるN=N結合の電子的物性を明らかにすることができる。さらに、縮環型アゾベンゼン錯体とドナー性のビチオフェンとの共重合体に関しては発光波長700 nm以上、絶対蛍光量子収率20%以上の高効率近赤外発光特性を有することが予備検討により明らかになっている。オリゴマーや共重合体、単独重合体の種類を増やし、配位構造の異なるホウ素錯体とスズ錯体それぞれの高分子量体の物性を比較することで、高効率近赤外発光性の原因を探る。続いて、バルク材料における構造と機能発現の関係性を明確にするため、キャリア移動度を測定する。キャリア移動度の評価に申請者は習熟しており、実際に素子を作成することで既存の材料との値を比較することができる。電子受容性の強い材料は電子輸送材料としての利用価値が高いが有機材料では報告例がそれほど多くなく、アゾベンゼンを利用した新奇構造の提案は非常に意義がある。配位元素としては、本申請で取り上げたB、Sn以外にもAlやGa、Inといった13族元素、SiやGeといった14族元素、さらには15族元素を配位させることも可能であり、遷移金属も選択可能であり、元素に応じた光物性を検証する予定である。

これは同じく平面性が高く、光励起により構造変化の少ないスズ錯体と同様の性質である。実験化学的には、光吸収スペクトル測定が先鋭化していること、発光素ペクトルとのエネルギー差であるストークスシフトが小さいことから、構造変化の少なさは確かめられた。また、計算化学によって励起状態の構造を予測することで、N=N結合の拡張により、平面性の上昇はもちろんN=N結合の伸長も小さくなっていることが明らかとなった。このように、AIE性はN=N結合の伸長を駆動力とした屈曲性により、希薄溶液状態での発光性が消光していることが主な原因であると示唆する結果を得ることができた。以前の研究により、共役系高分子化によって発光性が増幅することを示したが、共役系を拡張しつつも、理論的に予測しやすいN=Nを拡張した縮環化合物を合成することで、分子運動の重要性や共役長の拡張の重要性をより明確かつ段階的に示すことができた。当初予定は測定条件の違いにより、分子運動の違いを観測しようと計画していたが、N=N結合を拡張した縮環化合物の合成の成功により、共役長の拡張がN=N結合の伸長を抑制すること、また光励起による分子運動を抑制することを示すことができた。これは、当初の計画よりもより詳細なN=N結合を用いた共役系の挙動を示す結果であり、予想以上の結果が得られたことを示している。また、ヘテロ元素を用いた発光性の違いにおいては、スズ錯体およびN=Nを拡張した縮環化合物をモノマーとして共役系化合物を合成したところ、いずれも著しい発光波長の長波長化と発光の高効率化を観測した。ヘテロ元素の違いにより発光波長の変化幅は大きく異なることが分かったが、発光効率の上昇については、モノマーの構造として平面性が高く剛直であることが重要であることが分かった。つまり、共役系高分子化によって屈曲運動は抑えることができ、発光性は大きく上昇するが、共役長の拡張による発光性の上昇という点においては、モノマーの平面性の高さが重要であることが分かった。縮環化合物において、モノマーの湾曲が直接的に共役系の拡張に影響を与えることを示した例は少なく、非常に重要な結果を得ることができた。N=N結合の寄与をさらに明確にするために、重合度の増加に伴う段階的な吸収スペクトルの長波長シフト化を調べる。屈曲性のモノマーと剛直なモノマーを比較することで、基底状態における有効共役長を算出することができ、N=N結合を介した電子の非局在化の程度が見積もられると期待できる。これにより、光異性化とは異なるN=N結合の電子的物性を明らかにすることができる。さらに、縮環型アゾベンゼン錯体とドナー性のビチオフェンとの共重合体に関しては発光波長700 nm以上、絶対蛍光量子収率20%以上の高効率近赤外発光特性を有することが予備検討により明らかになっている。オリゴマーや共重合体、単独重合体の種類を増やし、配位構造の異なるホウ素錯体とスズ錯体それぞれの高分子量体の物性を比較することで、高効率近赤外発光性の原因を探る。続いて、バルク材料における構造と機能発現の関係性を明確にするため、キャリア移動度を測定する。キャリア移動度の評価に申請者は習熟しており、実際に素子を作成することで既存の材料との値を比較することができる。電子受容性の強い材料は電子輸送材料としての利用価値が高いが有機材料では報告例がそれほど多くなく、アゾベンゼンを利用した新奇構造の提案は非常に意義がある。
三型分泌機構阻害剤の開発

グラム陰性病原性細菌の三型分泌機構を阻害する物質を独自の評価系(腸管病原性大腸菌EPECを使用)を用いて微生物代謝産物より探索し、放線菌2株の培養液よりそれぞれaurodoxおよび新規ペプチド化合物を取得した。このうちaurodoxが三型分泌機構に関連するタンパク質(Tir、EspB、MapおよびEspF)の発現を特異的に阻害することを見出した。またaurodoxはTTSS関連タンパク質の正の転写調節因子lerの転写を有意に抑制していることも見出した。さらにaurodoxはin vivo実験においてもTTSSを阻害することで腸管へ付着、炎症の惹起を抑制することで細菌を感染させたマウスに対して治療効果を示した。本研究で目的としている三型分泌機構を標的とした抗細菌症薬は従来の抗菌薬と異なり菌を殺さずに病態の進行を抑制できると考えられる。そのため従来の抗菌薬の持つ「耐性菌の出現」、「毒素の大量放出」、「正常細菌叢の撹乱」などの問題を克服できると予想される。既に確立済みの評価系で微生物の培養液など約11,000サンプルをスクリーニングした結果、バングラディシュ土壌由来放線菌KO6-0804株の培養液に本活性を見出した。本株培養液の精製を行った結果、三型分泌機構阻害物質としてaurodoxを単離同定した(また、別の放線菌培養液からaurodoxの類縁物質であるfactumycinを活性物質として単離同定した)。Aurodoxは三型分泌機構に依存した溶血反応を選択的に抑制(溶血阻害活性: IC_<50>=1.2μg/mL,抗菌活性: IC_<50>=40μg/mL、選択性32倍)した。その作用点を明らかにするためにSDS-PAGEおよびW6sternBlottingによる解析を行った結果、aurodoxが三型分泌機構に関連する病原性タンパク質の発現を特異的に阻害することが明らかとなった。さらにReal-Time PCRを用いて病原性遺伝子の転写量を調べた結果、aurodoxは三型分泌機構関連の遺伝子領域(LEE領域)を調節するregulatorであるlerの転写量を有意に抑制していた。この結果はaurodoxが三型分泌機構の転写に関与する何らかの因子に影響を及ぼして阻害活性を示すことが示唆している。さらにCitrobacter rodentiumを用いたC3H/HeJマウスの感染実験系においてaurodoxは菌の腸管への付着を抑えることで高い治療効果を示した。これまで数例の三型分泌機構阻害剤の報告があるがin vivoで治療効果が報告されている物質は本研究で見出したaurodoxが初めてであった。前年度に引き続き三型分泌機構阻害剤の探索を微生物代謝産物を対象に行った。既に確立済みの評価系で微生物の培養液など約5,000サンプルをスクリーニングした結果、タイ土壌由来放線菌KK-88株の培養液に本活性を見出した。本株培養液について精製を行った結果、三型分泌機構阻害物質として水溶性の高いKK-88物質を単離した。KK-88物質は構造解析の結果、異常アミノ酸を含む新規テトラペプチドであった。本物質は三型分泌機構に依存した溶血反応を選択的に抑制(溶血阻害活性:IC_<50>=1.2μg/mL,抗菌活性:IC_<50>=8μg/mL、選択性7倍)した。さらに糸状菌1株および放線菌2株について培養、精製を進行している。また、既に本系で取得を報告しているguadinomine類についてバリン残基のカルボキシル基よりリンカーを介したビオチン誘導体を調製しており、これを用いた標的タンパク質の探索も進行している。同時にguadinomine類がLB培地の成分によってM9培地上で腸管病原性大腸菌に対する抗菌活性をリバースされることに注目し、その因子を特定する実験も行っている。現在のところ、いずれも候補因子の特定には至っていないが、この因子を明らかにする事はguadinomine類の作用機序を解明することに繋がると考えられる事から、今後引き続き研究し明らかにしていく。
熱帯アジア不良環境下の直播稲作体系改善のための国際研究ネットワーク構築

国際稲研究所で行った直播水稲の施肥管理の改善策に関して試験結果を取りまとめた。また、農家圃場での栽培試験を国立研究機関・地方自治体・農業省などと協力した形で展開し、施肥管理の改善について更なる実証データを取得した。また、フィリピンとタイでは、直播水稲栽培における播種機械化のための予備試験を行い、試験結果を取りまとめた。フィリピンでは、教育研究から普及を見据えた栽培技術開発(社会実装)へ展開するため、研究・教育に関わる複数機関を訪問し、不良環境下におけるイネ-トウモロコシ作付体系の収益性改善に向けた共同研究の実施と大学院生受入のための手続きについて協議した。2019年度からは上記の研究課題に取り組むため、大学院生を国際稲研究所およびフィリピンイネ研究所に派遣し、現在、具体的な実験計画の立案を含めて、共同研究のプランニングを進めている。さらに、熱帯の直播水稲で主要な害虫であるBPHについて、広域的に栽培されてきたインド型イネ品種IR64に、トビイロウンカ抵抗性遺伝子Bph3, Bph17, Bph20, Bph25を導入した系統の作出を進めている。IR64とトビイロウンカ抵抗性遺伝子を保有する系統(Bph3-NIL, Bph17-NIL, Bph20-NIL, Bph25-NIL:台中65号を遺伝的背景に持つ)を交雑し得られたF1個体に、IR64を2回戻し交雑を行ったBC2F1集団が作出されている。これらのBC2F1集団において、マーカー選抜によりトビイロウンカ抵抗性遺伝子を保有する個体を選抜した。選抜した個体を圃場へ移植し、出穂後に、IR64で戻し交雑を行いBC3F1の種子を作出した。また、国際稲研究所を訪問し、耐虫性(トビイロウンカ抵抗性)に関連する材料の分譲を依頼し、日本への輸出手続きを進めている。分担者の異動に伴って、熱帯の直播イネ育種に使えるストレス耐性のターゲットを害虫抵抗性に変更したが、熱帯アジアの共同研究者との協議もスムーズに進み、順調に研究は進行している。直播稲作の栽培技術改良と作付体系の高度化(乾季換金作物導入)についても、国際稲研究所を始めとする共同研究機関との協議は当初通り進み、一部については具体的な試験結果が得られた。熱帯アジアの現地において、農民による水稲直播栽培や乾季の換金作物栽培の実態解明を急ぐとともに、栽培研究においては農民参加型実証試験の展開を重視する。教育研究から普及を見据えた農業技術開発を意識して、国際稲研究所、国立研究機関・地方自治体・農業省などとの協力関係を深める。このような熱帯アジア現場での研究展開と実証のサイクルに大学院生を含む若手研究者の参画を積極的に募る予定である。

初年度は共同研究先との協議が主で、具体的な共同研究や試験が展開されるのは2年目からとなるため。大学院生を国際稲研究所およびフィリピンイネ研究所に派遣、農家圃場での栽培試験を国立研究機関・地方自治体・農業省などと協力した形で展開し、実証データを取得する予定。また、熱帯の直播水稲で主要な害虫であるBPHについて、トビイロウンカ抵抗性遺伝子Bph3, Bph17, Bph20, Bph25を導入した新規イネ系統の作出を進める。
経腟投与を基盤とした牛の新たな卵胞発育制御技術の開発

現在の酪農現場では、乳牛における卵巣障害の増加や受胎性低下への対処策として、プロスタグランジンF2α(PG)やエストラジオール(E2)等の投与による発情・排卵誘起法へのニーズが高まっている。本研究では、腟経路での投薬法に注目し、徐放性や溶出パターンを制御した最新の徐放技術を応用すれば、卵胞発育を効果的に刺激し得る内分泌環境を作出できると考えた。そこで、持続徐放やパルス状徐放など生理的なホルモン分泌様式に匹敵する徐放パターンを作出し、卵胞発育への効果に加えて、発情発現・排卵時期といった受胎性を左右する要因への影響を解明し、臨床現場での実用化を目指す。
インスリン受容体過剰発現を用いた糖尿病の未来治療の試み

2型糖尿病は肝臓・骨格筋・脂肪といった末梢臓器におけるインスリン抵抗性に、インスリンを分泌する細胞である膵β細胞の障害が伴って発症する。また、最近では中枢性のエネルギーホメオスターシスの破綻も2型糖尿病の原因になることが指摘されている。正常マウスにヒトインスリン受容体を全身で発現させたトランスジェニックマウスを作製した。レプチン受容体欠損マウスは、食欲を抑制するホルモンであるレプチンが作用できないため、過食肥満となり糖尿病を発症する。レプチン受容体欠損マウス(db/dbマウス)を用い、掛け合わせによりヒト正常インスリン受容体をほぼ全身で発現させると、糖尿病が消失することを偶然発見した〔未発表〕。現在の所、なぜレプチン受容体欠損マウスの糖尿病が消失したか明らかではない。しかし、このレプチン受容体欠損マウスにヒト正常インスリン受容体を全身で発現させると、体重は10週目まではどんどん増加して、レプチン受容体欠損マウスと余り変わらない。しかし、生後6-7週で一時高血糖を示すものの、8週以降は血糖値が正常レベルに戻る。これはヒト正常インスリン受容体を発現させたためであると考えられる。db/dbマウスの表現型はヒトインスリン受容体を発現させることにより正常化されるが、現在1系統のマウスしか作製できていない。この現象を確かなものとするために,現在もう1系統のトランスジェニックマウスを作製中である。ヒトインスリン受容体発現マウスは、肝・腎・脾を除き、多くの組織で発現している。特に脳では糖鎖の相違から分子量の小さいインスリン受容体が発現している。脳内ではインスリンがレプチン様作用を持つことも報告されているが脳内でのインスリン作用は未だ明らかになっていない。脳内でのインスリン作用はどのようになっているのかを明らかにする必要がある。糖尿病の95%以上を占める2型糖尿病はインスリン作用とインスリン分泌の両者の減少により引き起こされると考えられるが、未だその詳しい病因は不明である。日本の糖尿病及びその予備軍は1,600万人存在し、世界の糖尿病人口は2億4,600万人で、日本を含め、世界中で爆発的に増加している。糖尿病は全身の血管が冒され、各種の致命的な合併症を引き起こす。最終段階に至るまで、痛みを伴わないことが多いためsilent killerと呼ばれる恐るべき疾病であり、その対策が世界的にも緊急の課題となっている。現在までの治療法は、運動療法・食事療法・薬物療法・インスリン治療などが行われているが、まだ根本的な治療法は見つかっていない。そこで最近、将来的な治療法としてインスリン分泌を行う膵β細胞の再生治療やiPS細胞を用いた膵β細胞の移植などが検討されるようになった。これらはいずれもインスリンを分泌するβ細胞を増やす試みである。それではインスリンが結合して作用するインスリン受容体を増加発現させることは糖尿病治療の手段にならないか?申請者らは最近、レプチン受容体欠損マウス(db/dbマウス)を用い、このマウスにヒト正常インスリン受容体をほぼ全身で発現させると、糖尿病が消失することを偶然発見した。現在の所、なぜレプチン受容体欠損マウスの糖尿病が消失したか明らかではないが、膵β細胞の移植によるインスリン増加と同様に、全身におけるインスリン受容体の増加は糖尿病治療に使用できる可能性があると考えた。またこのマウスは神経鞘腫も発症していることが判明した。これは別系統のマウスでも同様のことが見られるのか興味あるところであるが、現在作製中である。
眼圧調整機構におけるプロスタグランジン誘導体の受容体と細胞内情報伝達経路の解明

培養ブタ虹彩上皮細胞に1μMのprostamideとPGF2αを含む緩衝液を還流して連続的に作用させ、蛍光顕微鏡アクアコスモスを用いてカルシウムイメージングを行った。同一視野の中で反応する細胞をカウントして細胞内カルシウムの上昇度を計測したところ、ほとんど全ての細胞で反応が見られなかった。同様に隅角線維柱帯、毛様体の組織培養から得られた隅角線維柱帯細胞、毛様体上皮細胞におけるカルシウムイメージングを行ったが陽性反応は見られなかった。このことから1μMのprostamideとPGF2αではブタ培養虹彩上皮細胞、隅角線維柱帯細胞、毛様体上皮細胞において細胞内情報伝達のトリガーである細胞内カルシウム濃度を上昇させるような生理活性がない可能性が示唆された。同様の実験を当院眼科で緑内障に対する線維柱帯切除術を行う際に同意を得た患者から得られた線維柱帯細胞を用いて行い、ブタとヒトの種差の有無を検討した。結果はブタ線維柱帯細胞と同じく1μMのprostamideとPGF2αを作用させたところほとんど全ての細胞で反応が見られなかった。これらの結果から当該実験系ではブタ線維柱帯細胞とヒト線維柱帯細胞では種による差がないものと考えられた。同様に培養ヒト隅角線維柱帯細胞における各種プロスタグランジン誘導体に対する細胞内カルシウムの上昇は見られず、ブタおよびヒト隅角線維柱帯細胞に対してプロスタグランジンは少なくとも細胞内カルシウム濃度の上昇を引き金とした細胞内シグナル伝達を引き起こさない可能性が示された。今回の実験で用いた培養細胞はブタ、ヒトともに初代培養系であったため継代を重ねると細胞分裂の限界が訪れた。このように老化に陥った線維柱帯細胞について老化のマーカーであるテロメアの短縮とガラクトシダーゼ活性の変化を検討したところ培養線維柱帯細胞も細胞老化の特徴を示し、アクアポリン1などの遺伝子発現も変化することが明らかになった。この線維柱帯細胞の細胞老化の現象についてはBritish Journal of Ophthalmology誌に公表した。合成および内因性PG誘導体の情報伝達機構の解明のため、房水流出に関係する眼内各組織由来細胞培養を行った。ブタ眼球から虹彩、隅角線維柱帯、毛様体を採取して組織培養し、虹彩上皮細胞、隅角線維柱帯細胞、毛様体上皮細胞を継代培養した。カルシウムイメージング用色素Fura-2を培地に添加して細胞に吸収させた。ブタ虹彩上皮細胞に1μMのprostamideとPGF2αを含む緩衝液で還流して連続的に作用させ、蛍光顕微鏡アクアコスモスを用いてカルシウムイメージングを行い、同一視野の中で反応する細胞をカウントして細胞内カルシウムの上昇度を計測したところ、ほとんど全ての細胞で反応が見られなかった。このことから1μMのprostamideとPGF2αではブタ培養虹彩上皮細胞において細胞内情報伝達のトリガーである細胞内カルシウム濃度の上昇が見られず、生理活性がない可能性が示唆された。同様に毛様体上皮細胞において1μMのprostamideとPGF2αに対する反応を見たところ1μMのprostamideとPGF2αの両方で、一部の細胞に軽度な反応が見られた。そこで他のPG誘導体の効果も確認するため1μMのPGD2、PGE2についても同様の実験を行いそれぞれ軽度な反応を認めた。このことは、毛様体上皮細胞においては各種PG誘導体に対して細胞内カルシウムの上昇を介した細胞内シグナル伝達が起こつている可能性が示唆された。一方培養ブタ隅角線維柱帯

細胞においては各種PG誘導体に対する細胞内カルシウムの上昇は見られず、ブタ隅角線維柱帯細胞に対してPGは少なくとも細胞内カルシウム濃度の上昇をトリガーとした細胞内シグナル伝達を引き起こさない可能性が示された。引き続き当科で緑内障に対する線維柱帯切除術を行う際に同意を得た患者から得られた線維柱帯細胞で行い、ブタとヒトの種差の有無を検討するべく継続中である。我々は前年度までに培養ブタ虹彩上皮細胞に1μMのprostamideとPGF2aを含む緩衝液を還流して続的に作用させ、蛍光顕微鏡アクアコスモスを用いてカルシウムイメージングを行った。同一視野の中で反応する細胞をカウントして細胞内カルシウムの上昇度を計測したところ、ほとんど全ての細胞で反応が見られなかった。同様に隅角線維柱帯、毛様体の組織培養から得られた隅角線維柱帯細胞、毛様体上皮細胞におけるカルシウムイメージングを行ったが陽性反応は見られなかった。このことから1μMのprostamideとPGF2αてらはブタ培養虹彩上皮細胞、隅角線維帯細胞、毛様体上皮細胞において細胞内情報伝達のトリガーである細胞内カルシウム濃度を上昇させるような生生理活性がない可能性が示唆された。同様の実験を当院眼科で緑内障に対する線維柱帯切除術を行う際に同意を得た患者から得られた線維柱帯細胞を用いて行い、ブタとヒトの種差の有無を検討した。結果はブタ線維柱帯細胞と同じく1μMのprostamideとPGF2αを作用させたところほとんど全ての細胞で反応が見られなかった。これらの結果から当該実験系ではブタ線維柱帯細胞における各種プロスタグランジン誘導体に対するのと考えられた。同様に培養ヒト隅角線維柱帯細胞における各種プロスタグランジン誘導体に対する細胞内カルシウムの上昇は見られず、ブタおよびヒト隅角線維柱帯細胞に対してプロスタグランジンは少なくとも細胞内カルシウム濃度の上昇を引き金とした細胞内シグナル伝達を引き起こさない可能性が示された。今回の実験で用いた培養細胞はブタ、ヒトともに初代培養系であったため継代を重ねると細胞分裂の限界が訪れた。このように老化に陥った線維柱帯細胞について老化のマーカーであるテロメアの短縮とガラクトシダーゼ活性の変化を検討したところ培養線維柱帯細胞も細胞老化の特徴を示し、アクアポリン1などの遺伝子発現も変化することが明らかになった。この線維柱帯細胞の細胞老化の現象についてはBritish Journal of Ophthalmology誌に公表した。
代用電荷法と数値等角写像に関する総合的研究

本研究の目的は,代用電荷法による数値等角写像の方法を中心に,代用電荷法と数値等角写像に関する基礎から応用までの研究を総合的に行うことである.主な研究成果は次の通りである.1.非有界な多重連結領域から,(a)平行スリット領域,(b)円弧スリット領域,(c)放射スリット領域への統一的な数値等角写像の方法を再構成した.また,新たに,有界な多重連結領域から,(d)円弧スリット円板領域と(e)円弧スリット円環領域への数値等角写像の方法を提案し,その有効性を数値実験的に検証した.その結果,Nehari(Mcraw-Hill,1952)の5種の標準スリット領域への簡単で精度の高い数値等角写像が可能となった.2.代用電荷法による数値等角写像の方法は表現が簡潔で精度の高い近似写像関数を与える.この特徴を利用して,ポテンシャル流中に置かれた障害物の周囲にできる淀み点の位置の同定法や障害物に働く力の計算法を提案して,その有用性を検証した.3.従来は困難とされてきた様々な領域の問題に対する代用電荷法の適用法を提案した.具体的には,(a)境界上に角点を伴う領域,(b)曲線スリットを伴う領域,(c)周期的な領域に対する代用電荷法の適用法を提案し,その有効性を数値実験的に検証した.4.比較的一般的な条件で,.代用電荷法に現れる連立1次方程式の一意可解性を証明した.これらの研究は基本解の重ね合わせという古典的な方法を計算機時代にふさわしい現代的な方法として甦らせるものである,と考えている.代用電荷法と数値等角写像については,今後さらに研究すべき課題が少なくない.本研究の目的は,代用電荷法による数値等角写像の方法を中心に,代用電荷法と数値等角写像に関する基礎から応用までの研究を総合的に行うことである.主な研究成果は次の通りである.1.非有界な多重連結領域から,(a)平行スリット領域,(b)円弧スリット領域,(c)放射スリット領域への統一的な数値等角写像の方法を再構成した.また,新たに,有界な多重連結領域から,(d)円弧スリット円板領域と(e)円弧スリット円環領域への数値等角写像の方法を提案し,その有効性を数値実験的に検証した.その結果,Nehari(Mcraw-Hill,1952)の5種の標準スリット領域への簡単で精度の高い数値等角写像が可能となった.2.代用電荷法による数値等角写像の方法は表現が簡潔で精度の高い近似写像関数を与える.この特徴を利用して,ポテンシャル流中に置かれた障害物の周囲にできる淀み点の位置の同定法や障害物に働く力の計算法を提案して,その有用性を検証した.3.従来は困難とされてきた様々な領域の問題に対する代用電荷法の適用法を提案した.具体的には,(a)境界上に角点を伴う領域,(b)曲線スリットを伴う領域,(c)周期的な領域に対する代用電荷法の適用法を提案し,その有効性を数値実験的に検証した.4.比較的一般的な条件で,.代用電荷法に現れる連立1次方程式の一意可解性を証明した.これらの研究は基本解の重ね合わせという古典的な方法を計算機時代にふさわしい現代的な方法として甦らせるものである,と考えている.代用電荷法と数値等角写像については,今後さらに研究すべき課題が少なくない.研究の主題は,ポテンシャル問題の高精度高速解法として知られている代用電荷法を適用して,多重連結領域から様々な形状の標準スリット領域への統一的な数値等角写像の方法を開発することである.本年度の研究成果の概要は次の通りである.1.これまでの研究を集成し,非有界な多重連結領域から平行スリット領域,円弧スリット領域,放射スリット領域への統一的な数値等角写像の方法を再構成した.これらの等角写像は2次元ポテンシャル流解析への応用上重要な広く知られた問題であり,簡単で精度の高い近似写像関数の構成法は理論と応用を繋ぐべきmissing linkであった.この成果は創立40周年記念論文として情報処理学会論文誌42巻に掲載の予定である.2.有界な多重連結領域から円弧スリット単位円板領域への数値等角写像の方法を提案し,その有効性を数値実験的に検証した.この問題は多重連結領域の等角写像として基本的なものである.単一のJordan閉曲線で囲まれた単連結領域から単位円板領域への場合はRiemannの写像定理として知られている.主題に関連して,非有界な多重連結領域の数値等角写像を様々なポテンシャル流に適用し,その有効性を数値実験的に検証した.近似写像関数の一様収束性等に関する理論的な知見も得られている.現在,代用電荷法のスキームと連立1次方程式の可解性,周期的領域やPoisson方程式への適用性,等に関する研究が進行中である.なお,上記の数値等角写像の方法には積分方程式法も適用可能である.数値積分法に関しても,2重指数関数型数値積分公式(DE公式)の適用性に関するいくつかの成果が得られている.研究の主題は,ポテンシャル問題の高精度高速解法として知られている代用電荷法を適用して,多重連結領域から様々な形状の標準スリット領域への統一的な数値等角写像の方法を開発することである.本年度の主な研究成果は次の通りである.

1.有界な多重連結領域から円弧スリット円環領域への数値等角写像の方法を提案し,その有効性を数値実験的に検証した.一連の研究で,Nehari : Conformal Mapping, McGraw-Hill (1952)の標準スリット領域,すなわち,非有界な多重連結領域から(a)平行スリット領域,(b)円弧スリット領域,(C)放射スリット領域への等角写像と,有界な多重連結領域から(d)円弧スリット円板領域,(e)円弧スリット円環領域への等角写像の簡単で精度の高い数値計算が可能となった.2.代用電荷法を周期的な構造を持つ領域の境界値問題に適用し,このような問題領域から周期的な平行スリットを伴う標準領域への数値等角写像の方法を提案して,その有効性を数値実験的に検証した.また,この方法を周期的に並んだ障害物を過ぎるポテンシャル流解析へ応用した.3.代用電荷法による数値等角写像の方法は解析的で精度の高い近似写像関数を与える.この特徴を利用して,ポテンシャル流中に置かれた淀み点の位置を同定する方法を提案した.4.共形スカラー曲率方程式の解の構造,代用電荷法に基づく補間法に現れる係数行列の正則性等に関する新たな知見が得られた.現在,Riemann写像の境界上の3点間の対応を正規化条件とした場合の数値等角写像の方法,問題領域に角点や曲線スリットを伴う場合の数値等角写像の方法等に関する研究が進行中である.研究の主題は,ポテンシャル問題の高精度高速解法として知られている代用電荷法を適用して,多重連結領域から様々な形状の標準スリット領域への統一的な数値等角写像の方法を開発することである.本年度の主な研究成果は次の通りである.1.有界な多重連結領域から円弧スリット円板領域と円弧スリット円環領域への数値等角写像のための統一的な計算スキームを与えた.2.代用電荷法による数値等角写像を流体力学等の問題に適用した.特に,代用電荷法で得られるデータを用いてポテンシャル流中の物体に働く力を簡単かつ高精度に近似計算する公式を導出し,その有用性を検証した.3.従来は困難とされてきた様々な領域の問題に対する代用電荷法の適用法を提案した.具体的には,(a)境界上に角点を伴う領域,(b)曲線スリットを伴う領域,(c)周期的な領域に対する代用電荷法の適用法を提案し,その有効性を数値実験的に検証した.4.比較的一般的な条件で,代用電荷法に現れる連立1次方程式の一意可解性を証明した.その他,研究発表欄のように,Oseenの螺旋流,半線形楕円型偏微分方程式の解の構造,Sinc数値計算法,保存型・散逸型偏微分方程式の差分スキーム等に関する研究成果が得られている.以上の研究は,これまでの研究とともに,平成12年度平成14年度科学研究費補助金(基盤研究(B)(2))研究成果報告書「代用電荷法と数値等角写像に関する総合的研究」としてまとめられている.
微生物の代謝反応が誘導する金属の腐食機構を応用した発電システムの開発に関する研究

文献等で報告される微生物腐食機構モデルを参考に、アノードとカソードを独立・機能的に編成したマクロセル構造を有する新規の実験系として設計・再現し、腐食反応を促進する条件、すなわち電極反応向上の可能性を検討した。最初に、電位、化学物質などの非生物系的要因に着目し、微生物腐食機構を効率的に再現するための検討を行った。次に、電極反応に寄与する生化学的機能を持つ微生物を選定し、微生物の活動レベルと電極反応の相関について検討し、電極反応の向上に寄与する培養条件を導出した。電極反応の効率的再現下における、微生物の代謝挙動(反応物質の生成/消費)、バイオフィルム構造を詳細に解析した。課題研究の重要事項の一つである電極反応の向上を目的に以下の検討を行った。1カソードを独立・機能的に配置したマクロセル構造を有する新規の実験系として設計・再現し、腐食反応の促進すなわち電極反応向上の可能性について検討をおこなった。微生代謝機能を疑似したモデル化学物質による電極反応に関する検討微生物腐食を誘導する反応物質としては、微生物代謝に由来するカルボン酸、乳酸、アンモニア、過酸化水素などの他に、オキシターゼなどの酵素などが知られているが、今年度は特に、過酸化水素を中心に検討を行った。2微生物の中には、還元反応時の電子の消費を触媒し、H2を生成するものもいる。研究の第一段階では生物的な因子を排除した単純な実験系(非生物系)のもとで、上記化学物質を市販の化学薬品(モデル化学物質)を実験パラメータとした実験系として、オキシターゼの存在と電位の相互作用について検討を行った。3金属電極を対象とした電位応答に関する検討本研究が目指す発電システムは、微生物が誘導する金属の腐食溶解反応を電極反応に応用するものである。現在、微生物燃料電池として検討されているシステムの多くは、電極に貴金属、またはカーボンなどの非消耗の電極を使用しているため、本研究と原理は異なる。基本方針として、環境と電位の相互作用に関する基礎データが豊富で汎用性の高いステレス鋼を主な電極材料に設定し検討を進める。アノード/カソード間の電位の形成を誘導するため、耐食性の異なる鋼種の検討として、溶融溶接、合金元素の溶接部への添加等により耐食性を低下させた材料による電極パラメータを設定し、実験系と電位の相互作用を検討した。非生物系での検討結と並行し、生物的環境で微生物腐食機構を効率的に再現するための検討を行った。電極反応の効率化を実現する化学物質、反応条件を幾つか選定し、その生産/消費に関連した生化学的機能を持つ微生物を数種類選定した。微生物の活動レベルと電極反応の相関について検討し、電極反応の向上に寄与する微生物付着条件について検討した。電極反応(金属の溶解反応)の効率的再現下での、微生物の付着挙動、バイオフィルム構造について解析し、「金属と生物細胞の相互作用」に関する新知見を獲得した。1電極反応の向上に寄与する培養条件の導出:微生物腐食機構の効率的再現に寄与する可能性の高い微生物を選定し、それらの微生物をアノードとカソードの各反応容器に効率的に配置しマクロセルの形成にむけた検討を行った。リアルタイムで電極反応をモニタリングしながら、微生物の活動レベルの電極応答を解析し、電極間の反応が活性に導かれる培養条件の探索を行った。2電極反応を支持する化学的条件および生物的条件に関する検討:電極反応はアノードでの鉄イオンの溶解と、カソードでの電子の消費(たとえばH2の発生など)によって進展するものと予想される。26年度は主にアノード反応について、COCRM法等の新しい観察手法を基に新規知見を獲得した。3電極反応とバイオフィルムの相互作用の解明:電極反応が発現、維持、消滅と推移する過程で成長するバイオフィルムの構造を共焦点レーザー顕微鏡で詳細に検討した。電極表面の金属溶解と微生物付着の相関に関する検討を詳細に行った。また、電極反応に生物が関与した場合(生物系)とモデル実験(非生物系)における電極反応の挙動の違いについても検討した。非生物系での検討結果を基に、生物系で微生物腐食機構を効率的に再現するための条件を導出する。電極反応の効率化を実現する化学物質、反応条件を特定し、その生産/消費に関連した生化学的機能を持つ微生物を選定する。選定した微生物の活動レベルと電極反応の相関について検討し、電極反応の向上に寄与する培養条件を導出する。電極反応の効率的再現下における、微生物の代謝挙動(反応物質の生成/消費)、バイオフィルム構造を最新の観察技術により可視化し、電極反応の機序を詳細に検討する。○電極反応とバイオフィルムの相互作用の解明電極反応が発現、維持、消滅へと推移する過程で成長するバイオフィルムの構造と電極表面(金属表面)の微視的形態を共焦点レーザー顕微鏡を利用した新規観察技術(COCRM:Continuous Optimizing Confocal Reflection Microscopy)により同時可視化し、さらにバイオフィルム内部の構造を染色試薬を使用した三次元蛍光染色画像として可視化することで詳細に検討する。電極表面に形成されたバイオフィルム内と反応層液相の各化学組成を化学分析手法で解析し、電極反応に生物が関与した場合としない場合の違いについて検討する。分極抵抗法、インピーダンス測定などの電気化学的解析手法を適用し、バイオフィルムと電極反応の相互作用について電気化学的側面から検討する。以上の検討を基に、微生物腐食の機構を応用した発電システム(電池)に関する研究基盤を確立する。