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階層を超えて分子構造と細胞機能をつなぐ新規1分子粒度計算技法の開発とその応用

本研究は、一分子粒度で反応拡散を計算する従来の粒子法を拡張し、分子動力学法をはじめとする分子構造計算との連携を可能とする新たな計算技法の開発・実装を目的としている。昨年度までで、分子を陽に表現した粒子法としては世界でも最高性能を有する拡張グリーン関数動力学法(以下eGFRD法)を拡張し、分子の向きとその回転拡散を計算可能にした。また、その分子の角度が反応に与える影響について定量的な評価を行った。本年度では細胞膜上での計算を目的とし、eGFRD法及び別の粒子法である微視格子法について、二次元構造上の反応拡散の開発・実装を行った。はじめに、微視格子法は空間を分子径程度の微細な格子に分割し、その中で離散的に分子の動態を扱う一分子粒度の反応拡散計算手法である。eGFRD法と比べて、非常に高速かつ柔軟な計算が利点であった。しかしその一方でその計算の正しさについては背景となる理論が十分でないため、経験的なものに留まっていた。そこでChewらと共同で微視格子法の三次元・二次元上での反応拡散についての精緻な理論を求め、計算精度を保証するとともに、これまで経験的に用いていたものより高い精度を与える格子径に関する式を得ることに成功した。次に、eGFRD法について二次元構造体上の反応拡散計算を可能にした。これまでのeGFRD法は、自由な三次元空間中に適用範囲が限定されていた。そこで、AMOLFのSokolowskiらと共同で二次元平面および一次元線分上での反応拡散へとeGFRD法を拡張した。さらに、本研究室の新稲らと共同でポリゴンで表現された複雑な二次元構造体上での反応拡散を可能とする新たな実装を行った。この複雑な形状に対応するため、新たに1つのグリーン関数を導出し、その精度についても数値的な検証を行った(論文未発表)。本研究で実装されたコードは、既にオープンソースで自由に利用可能である。本年度は、当初の計画とは異なり、二次元構造体上での反応拡散計算手法の評価と実装を行った。昨年度までで当初の計画通り、ないしより進展が見られたため全体としての進捗に問題はない。従来のeGFRD法は優れた正確性と高速な計算性能を有するが、一方で適用範囲が三次元空間内に限定されていたため、細胞シミュレーションで利用可能な場面が限定されてしまうことが欠点となっていた。本研究課題においても、分子構造を拡張可能なものとすると同時に細胞膜の扱いは非常に重要なものであり、その計算手法の確立を優先することとした。本年度で二次元構造体上での反応拡散計算についての実装はおおむね完了し、目的は達成したと言える。同時に、本手法を実装・公開する基盤ソフトウェアであるE-Cellシステムについても安定版を公開し、公式なリリースを続けている。本年度までの進捗状況を受けて、来年度では本年度に予定されていた分子構造を取り入れた反応拡散シミュレーションの実装に移行する。特にこれまで単一の粒子で表現されていた分子を複数の粒子の集合として表現することで、分子動力学計算で扱うような複雑な分子の構造を再現できるようにする。分子の向きについてもこれまでの角度に加えて、新たな軸を加えて3軸とする(ロール・ピッチ・ヨー)。また、進捗が順調であれば簡単な分子構造変化の実装も行う。移譲により、これまで隔絶されていた細胞スケールの動態と分子構造レベルの動態を階層を超えて結び付け、連携させた生化学反応シミュレーションの実現を目指す。本研究は反応拡散を計算する従来の粒子法を拡張し、分子動力学法をはじめとする分子構造計算との連携を可能とする新たな計算技法を開発・実装することを目的としている。その手始めとして本年度では、分子を反応表面も持ったひとつの剛体球として表現して反応拡散を計算する拡張グリーン関数動力学法(以下、eGFRD法)を拡張して、分子の向きとその回転拡散を計算可能にする実装を行った。分子は本来構造を持ち、従って極性が存在するが、これまでのeGFRD法ではひとつの球として抽象化されていた。そこで、各分子の有する情報としてその位置と分子種、大きさに加えて二つの角度を持たせることとし、その時間発展を計算する実装を加えた。実際の分子構造ではこの角度に加えてもう一つの角度を内部状態として有するが、ここでは考慮していない。但し、今回の実装では分子の内部状態とその時間発展はこれまでの実装から切り離し、今後も自由に拡張・変更できるようになっている。また、この角度が反応及びそのネットワークの動態に与える影響を確認するため、従来分子の全ての表面で反応が可能であったのを、表面の一部領域(パッチ)でのみ反応が起るように拡張し、それが酵素反応の再結合に与える影響についてシミュレーションを用いた計算を行なった。その結果、回転拡散を考慮した場合、従来よりも強い再結合の影響が確認された他、これまでのモデルでは見られなかったマクロスケールの反応速度とミクロスケールの反応速度の関係が観察され、以前実験的に計測された分子混雑下での反応動態との関係性も示唆された。これらの内容は国内学会で口頭発表された他、実装されたコードは開発中からオープンソースで公開され、自由に利用可能である。本年度は、当初の計画通り、既存の計算技法であるeGFRD法に分子の回転角とその時間発展を計算する回転拡散を実装した。

また、分子の表面の一部分を反応可能な領域とした場合の化学反応計算を実装し、これについては過去に回転拡散を考慮しないモデルで報告のあった二重リン酸化反応モデルを用いて確認を行なうことができた。以上から、初年度に想定していた基本的な分子の回転拡散の実装とその検証が十分に実現されたと考えられる。本研究は、一分子粒度で反応拡散を計算する従来の粒子法を拡張し、分子動力学法をはじめとする分子構造計算との連携を可能とする新たな計算技法の開発・実装を目的としている。昨年度までで、分子を陽に表現した粒子法としては世界でも最高性能を有する拡張グリーン関数動力学法(以下eGFRD法)を拡張し、分子の向きとその回転拡散を計算可能にした。また、その分子の角度が反応に与える影響について定量的な評価を行った。本年度では細胞膜上での計算を目的とし、eGFRD法及び別の粒子法である微視格子法について、二次元構造上の反応拡散の開発・実装を行った。はじめに、微視格子法は空間を分子径程度の微細な格子に分割し、その中で離散的に分子の動態を扱う一分子粒度の反応拡散計算手法である。eGFRD法と比べて、非常に高速かつ柔軟な計算が利点であった。しかしその一方でその計算の正しさについては背景となる理論が十分でないため、経験的なものに留まっていた。そこでChewらと共同で微視格子法の三次元・二次元上での反応拡散についての精緻な理論を求め、計算精度を保証するとともに、これまで経験的に用いていたものより高い精度を与える格子径に関する式を得ることに成功した。次に、eGFRD法について二次元構造体上の反応拡散計算を可能にした。これまでのeGFRD法は、自由な三次元空間中に適用範囲が限定されていた。そこで、AMOLFのSokolowskiらと共同で二次元平面および一次元線分上での反応拡散へとeGFRD法を拡張した。さらに、本研究室の新稲らと共同でポリゴンで表現された複雑な二次元構造体上での反応拡散を可能とする新たな実装を行った。この複雑な形状に対応するため、新たに1つのグリーン関数を導出し、その精度についても数値的な検証を行った(論文未発表)。本研究で実装されたコードは、既にオープンソースで自由に利用可能である。本年度は、当初の計画とは異なり、二次元構造体上での反応拡散計算手法の評価と実装を行った。昨年度までで当初の計画通り、ないしより進展が見られたため全体としての進捗に問題はない。従来のeGFRD法は優れた正確性と高速な計算性能を有するが、一方で適用範囲が三次元空間内に限定されていたため、細胞シミュレーションで利用可能な場面が限定されてしまうことが欠点となっていた。本研究課題においても、分子構造を拡張可能なものとすると同時に細胞膜の扱いは非常に重要なものであり、その計算手法の確立を優先することとした。本年度で二次元構造体上での反応拡散計算についての実装はおおむね完了し、目的は達成したと言える。同時に、本手法を実装・公開する基盤ソフトウェアであるE-Cellシステムについても安定版を公開し、公式なリリースを続けている。本年度の結果を進捗状況を受けて、来年度では主に分子構造を取り入れた反応拡散シミュレーションの実装に移る。特に、これまで単一の粒子で表現されていた分子を複数の粒子を用いることで分子動力学計算で扱うような分子構造のように表現する。
世界初、幹細胞由来靭帯組織作製成功による靱帯骨化ブロッカー製剤開発研究

我国には、300を超える難病があります。その中の1つに後縦靭帯骨化症という原因不明の病気があります。この病気を克服するために、患者の血液中で現代の最高感度での全てのタンパク質を調べ、健常者と比較し、後縦靭帯骨化症発症機序に並行したタンパク質を発見しました。このタンパク質の遺伝子改変マウスを作製した結果、全てのマウスに後縦靭帯骨化を発症し、発症メカニズムを解明しました。我国の難病である脊柱靭帯骨化症は、原因や治療方法が解明されておらず、発病患者が多い日本にとっては、急ぎ解決するべき研究である。私は、脊柱靭帯骨化症の中でも重篤な発病を呈する後縦靭帯骨化症に焦点を絞り、患者血液プロテオミクスを行い、健常者と比較し、欠損しているタンパク質があることを発見した。このタンパク質をLC-MS-MSにて同定し、このタンパク質のノックアウトマウスを作製した。このノックアウトマウスの特徴として、誕生時は、ワイルドマウスと変化はなかったが、徐々に皮下脂肪、内臓脂肪が増大し、糖尿病を併発した。ヒトでの中年期であろうマウスの8カ月以降、歩行障害、3D-CTによる脊柱靭帯骨化を確認し、組織学的に腰椎、頚椎、胸椎部分での後縦靭帯骨化を確認した。この結果により、作製したノックアウトマウスは、後縦靭帯骨化症のモデルマウスであると判断し、患者に1つのタンパク質の欠損によることが発症の原因であると考察した。さらに、このタンパク質の欠損には、遺伝子レベルの影響はなく、特異的タンパク抑制のメカニズムを解明した。世界で始めて、幹細胞から靭帯組織を作製し、2013年、論文公開、PCT特許取得及び、国民に向けて、プレスリリースを行った。靭帯特異的タンパク質のトランスジェニックマウスの作製から、脊柱靭帯、膝関節靭帯、歯周靭帯に強発現を呈し、幹細胞由来靭帯組織のマイクロアレイ解析では、幹細胞とは明らかに違い、且つ、野生型マウス、トランスジェニックマウスの遺伝子発現が近いことが判明した。また、トランスジェニックマウスと野生型マウスの靭帯組織を引っ張り試験を行った結果、トランスジェニックマウスの靭帯は強靭であることが判明した。さらに、トランスジェニックマウスの尿中から高いI型コラーゲンとMMP-13値の高値が見られ、この結果、トランスジェニックマウスは、靭帯遺伝子の強発現により、靭帯が強くなり、それに伴いI型コラーゲンが分泌し、MMP-13により、過剰なI型コラーゲンを調節し、尿中に排泄されたことが考えられる。動物実験の結果、幹細胞由来靭帯組織の生体機能を使った直接的な靭帯損傷部の再生の検証では、1ニワトリの靭帯損傷・靱帯断裂への移植から靭帯再建が可能となった、2マウスの歯周靭帯移植では、歯根部位、歯周ポケットへの移植により、歯周靭帯が再建でき、歯の固定が可能となった。幹細胞由来靭帯組織のプロトアレイ、マイクロアレイとのパスウエイ解析では、新たな靭帯組織の発現解析ができたため、脊柱靭帯骨化症の疾患特異的タンパク質から合成した、靭帯骨化ブロッカー化合物の薬物動態試験が可能となり、患者個別化幹細胞からの靭帯組織であるために、ブロッカー化合物の骨化分解性、予防性、有害事象(AE: Adverse Event)を調べることが可能となり、安全で安心できる製剤へ研究が展開できるようになった。原因不明の難病であった後縦靭帯骨化症の疾患特異的タンパク質を発見した。このタンパク質は、後縦靭帯骨化症の分類に併用した定量を示した。このタンパク質の遺伝子改変マウスを作製した結果、マウスのすべてに後縦靭帯骨化症を発症し、糖尿病の合併をも類似した発現系を呈した。この成果により、発見した特異的タンパク質は、後縦靭帯骨化症の発症において、直接的な原因タンパク質であると示された。更に、患者血清中の定量値と発症強度が比例していることから、ELISAキッドの薬事法の申請を準備している。次に、本研究課題である後縦靭帯骨化症の治療製剤の開発に着手した。製薬企業への橋渡し研究のために、作製した後縦靭帯骨化症モデルマウスを使い、発症早期に疾患特異的タンパク質から合成した製剤の投与実験を行い、非投与群との比較試験を実施した。非投与群のマウスは、後縦靭帯骨化症が進行し、四肢麻痺を呈し、餌や水を人工的に与える介護状況に至ったが、治療群のマウスは、後縦靭帯骨化症の病態は停滞し、糖尿病の発現が抑制され、健常値に近い値となった。本研究により、これまで難病であった後縦靭帯骨化症は、疾患特異的タンパク質のELISA検査試薬により、早期発見が可能となり、同時に、製剤の投与による治療が確立されたことになる。本研究成果を臨床試験へ展開するために、グローバル化した多施設試験の準備を行い、後縦靭帯骨化症の克服をする。後縦靭帯骨化症の特異的タンパク質を発見し、モデルマウスの作製に成功したことは、世界初めてのことであり、プロテオミクスの意義を証明したことになる。我が国の指定難病である後縦靭帯骨化症の患者血液プロテオミクスから健常者と比較し、特異的なタンパク質が欠損していることが判明した。この特異的なタンパク質をHPLCで精製し、ペプチドマスフィンガー、LC-MS-MSにてタンパク質の同定を行った。立証として、ノックアウトマウスを作製した結果、全てのマウスに後縦靭帯骨化を発症した。

更に、後縦靭帯骨化症の患者に見られる中年期以降の発症、性差、糖尿病の合併やBMI値の高値、内臓脂肪の高値が確認され、後縦靭帯骨化症のモデルマウスであると断定した。このマウスを使い、発症メカニズムを解明し、ドラッグデザインを構築し、後縦靭帯骨化症のマウスに投与した結果、軽度の後縦靭帯骨化で止まったが、非投与群のマウスは、連続型の後縦靭帯骨化となり、四肢の運動機能が停止し、要介護状態となった。現在、PMDAや製薬企業等との橋渡し研究を進め、近日、論文公開を実施する。本研究の実施には、多くの研究費が必要であった為、前倒し研究費用をお願いした。本研究を開始し、創薬までには、15年間を要したが、後縦靭帯骨化症に苦しむ日本の多くの患者のために、すべての時間を費やし、研究に取り組んだ。1つでも難病を無くし、我が国の医療に貢献し、医療費の削減に貢献したいという思いで力強く邁進します。我が国の難病の一つである後縦靭帯骨化症疾患プロテオミクスより、健常者と比較し、発症機序に並行し減少、欠損するタンパク質を発見し、HPLC、LC-MS-MSにより、精製同定を行った。このタンパク質のノックアウトマウスを作製した結果、生後8か月以降、後縦靭帯骨化を発症し、糖尿病の併用、性差を発症した。更に、この後縦靭帯骨化症のノックアウトマウスの靭帯培養細胞の修飾作用を調べた結果、ターゲットタンパク質を分解する作用が判明した。このノックアウトマウスに欠損しているタンパク質を投与した結果、非投与群では、1年8か月以降、連続型の後縦靭帯骨化症を発症し、四肢麻痺を呈したが、投与群では、健常マウスと同じ生存時間を示し、後縦靭帯骨化症の発症が進行していないことが判明し、このノックアウトマウスは、後縦靭帯骨化症のモデルマウスであることを確定し、発見したタンパク質が後縦靭帯骨化症の原因物資であり、治療、予防に有用であることが判明した。2016年から製薬企業への橋渡しを考え、産業化への準備を行った。最初の医薬品は、欠損しているタンパク質の後縦靭帯骨化症治療製剤である。次に、後縦靭帯骨化症の早期発見のための臨床検査試薬(すでに研究レベルでは作製済である)を市販化させる。この後縦靭帯骨化症原因タンパク質は、患者のDNAエクソン異常、SNPsは無く、タンパク修飾作用による欠損であることが解かり、このメカニズムの解明により、より生体内での安定化した製剤を国民へ提供し、難病を一つ無くし、医療費の削減に貢献する。我国には、300を超える難病があります。その中の1つに後縦靭帯骨化症という原因不明の病気があります。この病気を克服するために、患者の血液中で現代の最高感度での全てのタンパク質を調べ、健常者と比較し、後縦靭帯骨化症発症機序に並行したタンパク質を発見しました。このタンパク質の遺伝子改変マウスを作製した結果、全てのマウスに後縦靭帯骨化を発症し、発症メカニズムを解明しました。後縦靭帯骨化症の克服研究を目的に、13年間、プロテオーム解析から疾患特異的タンパク質を発見し、その立証研究により、モデルマウスの作製に成功したことは、大きな研究成果であったと考える。世界で初めての後縦靭帯骨化症モデルマウスの骨形態、生化学データー解析から、新たなメカニズムの解明ができ、ヒトの後縦靭帯骨化症の患者にも同じ結果が見られたことで、疾患特異的タンパク質が疾患の直接的原因タンパク質であったことに加え、そのタンパク質からの新たな骨化メカニズムが解明でき、現在、論文を投稿している。
自己組織化する量子井戸構造を利用したエレクトロルミネッセンス材料

有機アンモニウム鉛ハロゲン層状ペロブスカイト化合物は鉛ハロゲンを井戸層、有機アンモニウムをバリア層とした多重量子井戸構造をもつ半導体であり、バリア層の誘電率が小さいため励起子束縛エネルギーは0.2-0.3eVにも達し、室温でも励起子発光が観測されるため、発光材料として期待される。今回これを合成し、単結晶を育成して吸収、反射、発光の温度特性等の種々の基礎物性を測定し、エレクトロルミネッセンス材料としての評価を行った。特に中心的に研究を行ったのは(C6H5C2H4NH3)2Pb14である。フェネチルアンモニウムとヨウ化水素酸を中和させ乾燥後、真空蒸留で精製したのち、ヨウ化鉛とアセトン中で反応させて合成した。貧溶媒としてニトロメタンを用いてアセトンを徐々に蒸発させ単結晶を得た。この物質では約2.36eVに吸収帯を持ち、ほとんどストークスシフトのない、共鳴発光がみられる。この単結晶に電極をつけ電圧を加えると77Kにおいて1kV/cm以上の電界をかけた場合にエレクトロルミネッセンス(EL)が見られた。電流と発光強度は比例しており、両極性発光ではないことが確認された。エレクトロルミネッセンスのスペクトルは2.322eVにピークを持ち、3.8eVを光励起した場合の後方散乱配置におけるフォトルミネッセンス(PL)のピーク2.35eVより30meVレッドシフトしている。一方前方散乱配置では2.319eVとELのピークよりエネルギーが低い。これは光励起では励起長が短く、後方と前方では再吸収の程度が異なるためによるもので、ELがその中間に位置していることは電流励起の場合の励起深さがかなり深く、一様に結晶を励起していることを意味している。
希ガス結晶およびクラスター相における励起分子の緩和挙動

本研究では低温の希ガスや小分子の結晶にドープされた簡単な多原子分子を1光子あるいは多光子過程によって解離極限以上、あるいは近傍に光励起し、後続の光物理過程を研究した。光励起により解離極限以上に励起された分子は気相においては単に解離するのみであるが、結晶中にトラップされていると再結合しその一部は発光性の結合状態に遷移する。この過程を発光の時間分解、スペクトル分解などによって追跡することにより、結晶相が緩和に果たす役割、特に解離に対する一種のケージ効果の発現の仕方を明らかにすることを目的とした。得られた成果は以下の通りである。1.希ガス結晶作成装置を用いO_2をドープしたArやN_2結晶に対して193や248nmのレーザー光励起を行い、その結果生じる発光のスペクトルを詳細に検討することができた。2.Ar結晶中のO_2の系では高い振動状態にあるc-a発光と、条件によっては、より低い振動状態からの発光も見られることを明らかにした。3.N_2結晶中のO_2の系では、A′-X発光とc-a発光が観測され温度の上昇に伴い、c-a発光が相対的に増加すること、時間的な関係の解析によって、A′状態からc状態へ項間交差が進行すること等を明らかにした。4.N_2の結晶においては、N原子の励起状態からの発光を見いだしこの発光の前駆物質は基底状態のN原子であり、励起N_2分子からのエネルギー移動によってより高いN(^2D)状態に至って発光していることを速度論的に明らかにした。5.以上のような実験結果からArやN_2結晶中で1光子、2光子過程などによってO_2やN_2の励起分子種や原子種が生成できること、さらにこれらの緩和過程は条件によってはかなり遅く、その結果高エネルギー化学種が保存できることを結論した。1.本研究は、新しいレ-ザ-発振の媒体の開発や新規な反応性を有する活性種の創出のための基礎研究として低温の希ガス結晶やクラスタ-中にド-プされた簡単な多原子分子ー特に酸素分子ーを解離極限近傍に光励起し後続の光物理過程を研究することを目的としている。この過程を吸収法や発光の時間分解、スペクトル分解によって追跡し、結晶等の周囲環境が緩和に果たす役割、および解離に対する一種のケ-ジ効果の発現の仕方を明らかにする。2.本年度は以下の研究を推進した。(1)希ガス結晶作成装置を用い、O_2をド-プしたAr、Xeなどの低温の結晶を作成する方法を確立した。(2)試作したO_2をド-プしたAr結晶に対して193や247nmのレ-ザ-光励起を行い、その結果生じる発光のスペクトルを詳細に検討した。通常見られるA'ーX発光に加えて高い振動状態にあるcーa発光を見いだした。同定にはフランク・コンドン因子の計算が有効であった。この発光は過渡的なものであり、またその強度は、用いるレ-ザ-光の波長に依存する。以上の実験事実から、Ar結晶中で光励起によって生じた酸素原子の再結合、および振動緩和現象を論じた。以上の結果に基づき、さらに対象を広げることを予定している。特に酸素原子については希ガスとの間のエキシマ-生成について検討を深める必要がある。また同時に結晶に比べて保持力が弱いと予想されるクラスタ-相での現象の比較が重要であり、そのための準備を整えつつある。

1.本研究は、新しいレーザー発振の媒体の開発や新規な反応性を有する活性種の創出のための基礎研究として低温の希ガス結晶等にドープされた簡単な多原子分子-O_2やN_2分子-を解離極限近傍に光励起し、後続の光物理過程を研究することを目的としている。光励起により解離極限以上に励起された分子は気相においては単に解離するのみであるが、結晶中にトラップされていると再結合しその一部は発光性の結合状態に遷移する。この過程を吸収法や発光の時間分解、スペクトル分解によって追跡し、結晶等の周囲環境が緩和に果たす役割、および解離に対する一種のケージ効果の発現の仕方を明らかにする。2.本年度は以下の研究を推進した。(1)前年度に準備した希ガス結晶作成装置を用い、O_2をドープしたArやN_2結晶に対して193や248nmのレーザー光励起を行い、その結果生じる発光のスペクトルを詳細に検討した。(2)O_2の系では前年度に発見した高い振動状態にあるc-a発光に加えて、条件によっては、より低い振動状態からの発光も見られることを明らかにした。(3)N_2の結晶においては、N原子の励起状態からの発光を見いだしこの発光の種々の条件依存性を検討した。すなわち、この発光は照射を続けることによって増大するが、その増大の速度は励起光の3次に依存する。また照射を中断した後も、発光の前駆物質と想定されるものが、かなりの長寿命で潜在していることなどである。3.以上のような実験結果からArやN_2結晶中で1光子、2光子過程などによってO_2やN_2の励起分子種や原子種が生成できること、さらにこれらの緩和過程は条件によってはかなり遅く、その結果高エネルギー化学種が保存できることを結論した。
地域社会の権力構造についてー特に西日本の農村を事例としてー

本研究における目標は、地域社会における人々の意思決定、とりわけ投票・集票行動という政治の場における意思決定のメカニズムを知ることにあった。その際、限られた予算とマンパクーを効率よく利用するために、地域における「町内会・自治会」などの地区組織の会長・区長を対象にアンケート法による調査を実施することとした。また、当初は調査対象として鳥取県だけを考えていたのであるが、鳥取県4市の自治体におもむいて区長名簿提供の可否について問い合わせてみたところ、いくつかの自治体からは協力が得られそうにもないということが判明し、鳥取県以外にも追加しなければ有効な調査ができないと判断した。そこでいくつかの県を候補として考え、西日本の農村でも鳥取とはかなり事情の異なる大分県を追加することに決定した。こうして各自治体に依頼し名簿の提供を求め、調査の準備を進めると共に、調査集計等のためにパソコンを導入した。調査の実施は以上のような事情から当初予定より遅れたが、11月より1月にかけて順次発送し、回収したものから整理を進めることにした。調査票の発送総数は、鳥取県が2,091通、大分県が1,498通、回収率は鳥取県が1145(54.8%)、大分県が814(54.3%)であり区長に対する調査としては十分な成果が期待できるものとなった。現在なお回答の集計作業が続けられており、具体的結果を出すには若干時間を要するが、これまでのところ、農村部における意思決定のメカニズムは、極めてゆるやかに変化しているが、しかしその本質は変化していないということが分った。最後に、今回私のこれまでの研究では全く視野に入っていなかった大分県のデータが得られたのは大きな収穫であったと言える。
古民家の土壁を活用した造形教育プログラムの開発-土壁フレスコ(仮称)技法の確立

古民家の土壁壁面に、日本画、フレスコ画、油彩画の技法を応用した壁画制作を実践し、土壁の上に施した日本式漆喰の上に絵を描く方法と土壁の上に直に絵を描く方法を用いて、計三種類の描画技法をまとめた。また、一連の制作実践とフィールドワークを通じて、壁画とその制作を活用した新たな造形教育プログラムの趣旨とその具体的な実践の手立てを提案するに至った。1.研究分担者である安藤は、「「つくば道をひらく」プロジェクト2008」(平成17年度「特色ある大学教育支援プログラム」、第23回国民文化祭いばらき2008)の一環として、筑波山神社旧参道に位置する旧筑波山郵便局の再生に取り組んでいる。この再生プロジェクトに参加し、研究代表者である仏山は学生とともに旧筑波山郵便局内部の土壁に壁画を制作した。参加した学生は、取材で知った郵便局の歴史的背景をもとに描画内容を構想し、フレスコ画に関する基礎知識・技法の習得や土壁に油彩を施すための素材実験等の準備を経て、実際の壁画制作に至っている。一連の行程のなかで、技術的課題を修正し、さらに教育上の効果を確認しながら造形教育プログラムを構築するための実践経験とそのデータを収集することができた。制作した壁画は、漆喰の上に施したフレスコ画技法と、バーミアンの壁画を参考にした油彩技法によって描いている。ここでは土壁に直接油彩画を描くための下地の作成に成功した。2.研究分担者である太田は、土壁への描画を見据えて、膠を使った支持体(土壁、漆喰)の目止めと展色剤としての膠の適性について素材実験をおこなった。特に、礬砂と白土を併用した下地の可能性と課題について明らかにしている。3.谷口陽子(筑波大学大学院人文社会科学研究科歴史・人類学専攻助教)には、ルーマニアにおける壁画の現況と保存修復に対する取り組みについての現地調査を依頼した。壁画の材料と技法について取材すること、またルーマニア国立美術大学における壁画の修復と制作について取材することを目的とした。なお、谷口には土壁に油彩を施す際の支持体の素材組成に関する専門知識を提供いただいている。また、谷口の授業(消石灰作成とフレスコ画制作)を補助する機会を得たが、これは芸術と人類学のコラボレーションによる学際的造形教育プログラムの創出につながる試みと期待できる。今後谷口には研究分担者として参加いただく。1.壁画に関する現地調査(担当:仏山、谷口)・壁画並びに障壁画を実見し、表現様式や描画の技法・素材について調査した。(1)敦煌莫高窟の壁画:一般窟並びに特別窟(第45窟、第57窟、第217窟、ほか)(仏山、私費)、(2)ルーマニア国モルドバ地方のフレスコ画:フモール教会、ボロネッツ修道院、スチェヴィツァ修道院、アルボレ修道院、プロボタ修道院、ドラゴミルナ修道院(仏山)、(3)京都市内寺院の障壁画:養源院、金地院、知積院、三十三間堂、六波羅密寺、南禅寺、大覚寺、建仁寺、鹿苑寺、二条城(仏山)、(4)中国キジル石窟壁画(谷口)2.下地材及び展色材に関する素材実験(太田、仏山担当)(1)支持体である土壁の上に和紙を貼り付けて描画下地とするための素材実験(太田)、(2)カゼインを展色材とした白色塗料を漆喰の上に塗布して描画下地(カゼイン下地)とする技法実験(仏山)3.土壁を活用した壁画の制作(安藤、仏山担当)・壁画制作のプロセス(主題設定から描画までの一連の作業、段取り)に関するデータの収集を目的として、学生を主体に壁画の制作実践をおこなった。(1)旧筑波山郵便局(筑波山神社参道脇に位置)での壁画制作(仏山、前年度から続く取り組みであるが、異なる壁面に新たな描画を制作した、現在も制作中)、(2)古民家「ふるいや」(筑波山麓北条市において子供のための集会場として再生された古民家)での壁画制作(安藤、仏山)○様々な地域・時代の壁画の実見調査によって多様な表現内容・方法に関するデータ並びに資料を収集することができた。素材実験並びに壁画制作実践では、技術的課題を修正しつつ、さらに教育上の効果を確認しながら、造形教育プログラムを構築するための実践経験と具体的な手法を得ることができた。今年度は特に中国と日本の障壁画にみる描画技法・素材に関する資料を収集することを主な目的として研究内容を構成した。様々な地域・時代の障壁画の実見調査によって、多様な表現内容・方法に関するデータ並びに資料を収集することができた。また、ブォン・フレスコ技法を日本式漆喰に施した場合にもカルサイトのような被膜によって顔料が画面に定着することを確認できた点や、漆喰の上に施すカゼイン下地の効果を確認できたことは大きな収穫であった。1.石窟壁画調査(中華人民共和国、新彊ウイグル自治区)【仏山】

土壁に施すための描画技法・素材の資料収集を目的として、クチャ周辺の千仏洞(キジル千仏洞、クズルガハ千仏洞、クムトラ千仏洞、シムシム千仏洞、マザパハ千仏洞、テテル千仏洞)に描かれた石窟壁画を実見分析した。2.障壁画調査(京都)【仏山】土壁に施すための描画技法・素材の資料収集を目的として、寺院等の障壁画(大徳寺曝涼展、真珠庵、高桐寺曝涼展、等寺院、大覚寺、妙蓮寺収蔵庫、法然院、知恩院山門、東寺1階、ほか)を実見分析した。3.壁画制作実践【仏山、安藤】旧筑波山郵便局の壁画制作を継続し、漆喰壁面並びにカゼイン下地(漆喰の上)に壁画の制作実践を行い、制作の様子を一般公開した。4.制作した壁画の画表面分析【仏山、谷口】本研究の初年度(2008年)に日本式漆喰の上にブォン・フレスコ技法によって制作した壁画表面のカルサイト形成について調査分析を行った。5.土壁を支持体とした描画下地の素材実験【太田】土壁に胡粉を用いて下地を形成する技法素材実験を行った(継続中)。6.その他:関連資料の収集【仏山、谷口】ポンペイ展記念講演「技法から観るヨーロッパ・アジアのフレスコ画」(講師:大野彩、横浜美術館主催)、シンポジウム「四神になった動物たち-キトラ壁画が語る東アジア」(朝日新聞他主催)への聴講参加による資料収集や、その他関連する文献の収集を行った。
高病原性マウスレトロウイルス感染様式の解明

マウス白血病ウイルス(WLV)の中には、レトロウイルス共通の「受容体結合→細胞侵入」という感染経路を取らないウイルスが存在する。このウイルスは高病原性MLV(P-MLV)であり、受容体へ結合した後、外来性の可溶性エンベロープ表面領域(soSU)が存在して初めて感染可能である。この感染経路はレトロウイルスの"non-classical侵入経路"と呼ばれ、P-MLVの他にもT細胞指向性猫白血病ウイルス(FeLV-T)がこの経路を使用する。こうした背景からnon-classical経路と病原性発現との相関性が示唆されて来たが、決定的な証拠は得られていない。本研究では未だ不明な分子メカニズムを解明することによって、P-MLVの病原性発現の決め手にアプローチすることが目的である。本研究では、「P-MLVはエンベロープ(Env)の活性化に必須であるカルシウムイオン(Ca^<2+>)の保持能力を欠損しており、そこへsoSUが近付くことでCa^<2+>を提供し、Envの活性化が可能となる」という仮説について検討を行う。本年度は、レトロウイルス粒子作製系の立ち上げと、組換えsoSUタンパクの作製を行った。同種指向性MLV(E-MLV)のEnvは、1アミノ酸の置換、欠損により、non-classical経路を取らせることができるため、E-MLVのEnvをベースとして、41番目のヒスチジンを欠損(delH)、あるいはアラニンへ置換(41A)した変異Env発現プラスミドを構築した。次に変異ウイルスの感染rescue、Ca^<2+>保持能力の検討に使用する精製soSUを大量に得るため、soSU発現組換バキュロウイルスを作製した。delH EnvのsoSUは、上清中への分泌が見られず、可溶性蛋白質として回収できなかったが、その他(WT,41A)のEnvについてsoSUを精製蛋白質として得ることができた。これらの材料を用いて、今後、予定通りにウイルスのrescue試験、Ca^<2+>保持能力試験を通して、高病原性MLVの"non-classical侵入経路"の分子メカニズムの解明を目指したい。
高強度ミリ波を用いた基底状態におけるポジトロニウム超微細構造の直接測定

ポジトロニウム超微細構造を測定するには、ミリ波の周波数を200 GHz207 GHz程度の範囲にわたって変化させながら直接遷移測定を行い、遷移量の変化を調べる必要がある。ジャイロトロンの発振周波数は内部空洞共振器のサイズによって決定されるため、内部空洞共振器を交換することで発振周波数を変化させる。このため新たに空洞共振器のみを交換可能なデマンタブル型ジャイロトロンを開発し、ジャイロトロン出力パワー、出力ビーム形状、発振周波数および安定性を実際の実験条件で評価した。ジャイロトロンは300W程度の出力が可能であるが、さらに光子数密度を増幅させるためにファブリーペロー共振器を用いる。基板部の材質を従来使用していた石英から熱伝導率の高い高抵抗シリコンに置き換えたメッシュミラーを製作することで、20kWを超えるミリ波の蓄積に成功した。また、ポジトロニウム超微細構造の値を測定する際には、遷移測定期間において共振器内部パワーを10%程度の相対精度でモニタする必要がある。共振器内部パワーは、ファブリーペロー共振器を構成する銅球面ミラーに開けた小孔から透過してくるパワーを焦電検出器を用いてモニタする。ただし、小孔の透過率や焦電検出器の応答の周波数依存性を知る必要があるため、これらを測定する手法を開発した。現在は15%程度の絶対精度で測定が可能である。同様にミリ波の周波数についても遷移測定期間中モニタする必要がある。これは高精度な高周波源とのヘテロダイン混合を用いて正確に測定することができる。これを定期的に簡便にモニタするシステムを構築した。なお、ジャイロトロンの発振周波数自体は電子の加速電圧と空洞共振器位置での超電導磁場の値によって決まるため安定度が高い。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
魚類免疫記憶形成機構の解明

ワクチンの根幹をなす免疫記憶は魚類にもあるものの、哺乳類の免疫記憶形成の場として知られる胚中心が魚類には存在しない。このことは魚類には哺乳類とは異なる独自の免疫記憶形成機構があることを意味している。本研究では、ゲノム編集技術を用いて、免疫記憶に関わることが想定されるリンパ組織、リンパ組織内微小構造、細胞、分子を制御する遺伝子を破壊し、免疫記憶能を測定することで、魚類の免疫記憶に関わる要素を特定し、魚類の免疫記憶がどこでどのようにして形成されるかを明らかにする。
99.99999%アルミニウムの帯精製とその大型化

前年度購入したアルバッククライオ社製CRYO-U6クライオポンプと、本年度購入した千野製作所製二色温度計(IR-AQ1TG型一式)を使用して、長時間安定して使用できる半自動式帯精製装置を完成した。この装置の到達真空度は2.7x10^<-8>Paでクライポンプの性能としては満足できるものである。なお、帯精製時には黒鉛ボ-ドからの多量のガス放出により真空度は低下するが、予め、ボ-ドを十分にベ-クアウトすることにより、1x10^<-7>Pa真空下での帯精製が可能である。この装置を用いて、公称99.999%のアルミニウムの帯精製を行った。溶融帯の幅は約30mm、移動速度は毎時55mmで、10回繰り返した。油拡散ポンプを使用して帯精製したものに比べて、表面の被膜が非常に薄く、金属光沢に富み、融液からの結晶成長模様が顕著である。このようにして作られた帯精製アルミニウミの精製効果を知るために、残留抵抗比(R_<300K>/R_<4.2K>)を測定した。試料の先端付近は20000に近い値を示すが、後端部に向け急激に減少している。この原因としては、超高真空のため試料表面の被膜が薄く、そのため、黒鉛ボ-ドや石英管等の帯精製器財からの不純物の混入が考えられる。また、帯精製時の雰囲気の残留ガスを四重極質量分析計を用いて分析したところ、量的には少ないが、水素・水・一酸化炭素・二酸化炭素・その他全ての炭水化物が検出された。しかし、本装置で帯精製したアルミニウムからの水素放出量は、従来の油拡散ポンプを用いて帯精製したものに比べると半減しており、少なくともガス不純物の除去にはクライオポンプは有効である。現在のところ、99.99999%の純度までは到達していないが、アルミニウム素材ならびに帯精製器財を吟味すれば到達できるものと確信する。帯精製アルミニウムの到達純度を決める因子として、表面からの汚染特に雰囲気中の不純物が重要であるため、クライオポンプ(アルバック・クライオ社製CRYO-U6)一式を購入し10^<-10>Torr到達可能な帯精製装置を製作した。これと併行して、現有のイオンポンプ排気系および油拡散ポンプ排気系を用いて10^<-9>Torrおよび10^<-7>Torr台の真空中で帯精製を行い、真空度の影響を検討した。まず、大きさ0.5×3×100mm^3の試料で測定した残留抵抗比に関しては、約13,000と両者の間に大差はない。しかし、歪ー焼鈍法によって単結晶化するとき、結晶成長条件である予備焼鈍温度が10^<-7>Torrの高真空中で帯精製したものが210275°Cであるのに対し、10^<-9>Torrの超高真空中で帯精製したものは75100°Cと著しく低下することが判った。さらに、これらの単結晶をサイクル焼鈍によって低転位密度化するとき、転位密度の減少の割合は超高真空中で帯精製したものの方が大きいことが明らかになった。真空度の影響はガス不純物の除去効果と密接に関連しているものと考えられる。そこで四重極質量分析計を用いて残留水素の分析を行った。

それによると、高真空中で帯精製を行った場合には、恐らくミクロサイズの孔を形成していると思われる水素の放出が400°Cで観測されるのに対し、超高真空中で帯精製した場合には観測されなかった。また、水素分析の実験から、試料のベーキングは10^<-8>Torrより良い真空で行わないとその後の帯精製によるガス不純物の除去効果が減少することがわかった。以上、本年度は定性的であるが超高純度アルミニウム精製の基礎となる知見を得ることが出来た。今後は製作した帯精製装置を用いて、精製効果の定量的標価と推し進め、99.99999%アルミニウムの帯精製を行う。本年度は、まず、二色温度計(千野製作所KK:IR-AQ1TG型一式)を購入して、帯精製時の高周波加熱装置の出力の安定化を計るとともに、溶融帯の温度測定を可能にした。これにより、試料の先端部および後端部を除いては、高周波出力の調整を殆ど必要としなくなった。つぎに、前年度より製作を進めてきた超高真空帯精製装置を用いて、1x10^<-7>Paの真空下で帯精製を行なった。このような真空下でのアルミニウムの帯精製は他に例をみない。素材は大きさが10x20x900mm^3の公称純度99.999%のアルミニウムである。帯精製は、溶融帯の幅約30mm、移動足で55mm/hで10回繰り返した。帯精製後のアルミニウムの表面は、10^<-5>10^<-6>Paで帯精製を行なったものに比べ、被膜が非常に薄く融液からの結晶成長模様が顕著である。ところが、残留抵抗比は、試料先端部では20000程度であるが、後端部に向かって急激に減少しており、被膜が薄いために生じる帯精製器材からの不純物の混入を示唆している。しかし一方、残留水素については、従来の帯精製アルミニウムに比べて半減しており、このことは、99.99999%アルミニウムの精製に重要なガス不純物の除去に超高真空中での帯精製が不可欠であることを示している。上記の実験に加えて、帯精製素材を検討する目的で、最近入手した、より純度の高い公称99.999%アルミニウムの帯精製を行った。精製条件は真空度10^<-5>Paである以外は上に述べたと同じである。精製後、残留抵抗の測定を行ったが、帯精製効果は殆ど認められなかった。この原因を調べるために、中性子放射化分析を行った。その結果、素材中にMgが異常に多く、しかも、残留不純物の大部分が帯精製効果の小さいSc,Mn,Hf等であることが判った。この様な素材では、素材純度はよくなっているものの、帯精製効果は殆ど期待できない。
ニーマンピック病C型の神経変性におけるアラキドン酸カスケードの関与の解明

本研究ではニーマンピック病C型(NPC)のアラキドン酸代謝を解析した。またNPCで蓄積が認められるスフィンゴ脂質によるアラキドン酸代謝への影響を調べ、以下の結果を得た。1)NPC細胞では細胞質型ホスホリパーゼA2α(cPLA2α)によるアラキドン酸代謝が細胞障害性や活性酸素種(ROS)の産生に重要な役割を担っていること、2)スフィンゴミエリン(SM)やラクトシルセラミド(LacCer)がcPLA2αの活性を直接的に調節していることを明らかにした。ニーマンピック病C型(NPC)モデル細胞におけるアラキドン酸代謝の変化を検討するために、まずCHO(チャイニーズハムスター卵巣由来)細胞由来のNPC1欠損細胞を用いて解析を行い、NPC1欠損細胞ではコントロール細胞に比べて細胞質型ホスホリパーゼA2α(cPLA2α)依存的なアラキドン酸遊離およびプロスタグランジンE2の産生が亢進していることを明らかにした。このアラキドン酸遊離の亢進は細胞内コレステロールの蓄積に依存することもわかった。NPC1欠損細胞におけるシクロオキシゲナーゼ及びcPLA2αの発現量は、コントロール細胞と同程度だった。続いて、マウス線維芽細胞L929細胞において、細胞内コレステロール輸送を阻害する薬物U18666Aを処理して解析を行い、細胞内コレステロール蓄積に伴うcPLA2α依存的なアラキドン酸遊離の亢進がNADPHオキシダーゼに由来する活性酸素種の産生を促進し、細胞周期の遅れ及び細胞死を引き起こすことを明らかにした。また、NPC細胞においてコレステロールと共に蓄積しているスフィンゴ脂質がアラキドン酸遊離に与える影響を検討した。セラミドの合成が欠落しているLY-B細胞およびスフィンゴミエリンの合成が欠落しているLY-A細胞(共にCHO細胞の変異株)を用いて解析を行い、スフィンゴミエリンがcPLA2αと直接的に相互作用し、膜への結合を阻害することで酵素活性を抑制することを明らかにした。本年度は、ニーマンピック病C型(NPC)モデル細胞におけるアラキドン酸代謝の検討、及びNPCで蓄積しているスフィンゴ糖脂質がアラキドン酸代謝に与える影響を検討し、以下のことを明らかにした。1)NPC細胞では細胞質型ホスホリパーゼA2α(cPLA2α)依存的なアラキドン酸代謝が亢進しており、これが原因でNADPHオキシダーゼに由来する活性酸素種の産生が亢進し、細胞周期の遅延及び細胞死を引き起こすことを明らかにした。NPC細胞でのアラキドン酸代謝の亢進は細胞内コレステロールの蓄積が関与していることを明らかにした。2)NPC細胞では分泌性PLA2(sPLA2)依存的なアラキドン酸代謝も亢進していることが判明した。また、ニーマンピック病A型モデル細胞においてもsPLA2によるアラキドン酸代謝が亢進していることを明らかにした。さらに、スフィンゴミエリンがsPLA2の活性制御を担う可能性が示唆された。3)スフィンゴ糖脂質のラクトシルセラミド(LacCer)がcPLA2αを直接的に活性化することを明らかにした。LacCerはcPLA2αのトランスロケーションを誘発し、またin vitroにおいてもcPLA2αを活性化した。LacCerはcPLA2αのC2ドメインに結合することが判明した。さらに、腫瘍壊死因子TNF-αはLacCerの産生上昇を介してcPLA2αを活性化し、アラキドン酸代謝を誘発することを明らかにした。
複雑系としての生命システムの解析

要素とシステムの相互関係を理解するための複雑系生命科学を構成的生物学実験と力学系理論に基づいてたちあげ発展させた。(1)複製系の構築と情報の起源:試験管内の自律的な複製系の構築。一方で少数分子成分が複製系の遺伝をになう原理を定式化、実験で確認。(2)複製細胞系の構築iリポソームがくりかえし自己増殖する系を構築、ダイナミクスを追跡。iiリポソーム内でのRNA複製、翻訳、また膜上でのDNAハイブリダイゼーションに成功。iii再帰的複製系では、各成分の量とその順位の間に一般に逆比例の関係がある等の統計則を理論的に発見。実際の遺伝子発現で普遍的にみたされていることを検証。(3)発生の構築i外部からアクチビンなどの濃度を制御して、カエルの未分化細胞からほぼすべての臓器を構築。発生過程の順序をとばして正常な組織ができるjump-over現象や細胞数のcommyunity効果を発見。更に構築した心臓や眼を生体内に移植し正常に機能することを確認。ii相互作用力学系理論にもとづいて、細胞分化の一般的機構を提唱し、発生の安定性と分化の不可逆性、位置情報生成を説明。(4)進化の構築i表現型の揺らぎと遺伝子の進化速度との比例の理論を提唱、大腸菌の進化実験で確認。ii相互作用による表現型分化が遺伝型の進化を促すという同所的種分化の機構を提案、発生と進化の関係を与える。大腸菌の進化実験で多様化における相互作用の重要性を確認。iii大腸菌の粘菌の共生体を構築、その過程を遺伝子発現の変化で追跡。(5)構成的生物学実験の一般的方法論・技術の確立:マイクロ加工技術を応用した1細胞長期培養観測装置系、オンチップセルソーターの開発要素とシステムの相互関係を理解するための複雑系生命科学を構成的生物学実験と力学系理論に基づいてたちあげ発展させた。(5)構成的生物学実験の一般的方法論・技術の確立:マイクロ加工技術を応用した1細胞長期培養観測装置系、オンチップセルソーターの開発化学反応系からの複製系の構築、細胞集団の分化、アクチビンによりコントロールされた発生過程の解析、粘菌と大腸菌の共生などの実験を進めるとともに、構成的手法の基盤としてのマイクロファブリケーション設備の立ち上げをおこなった。一方、発生、進化をあるクラスの力学系の普遍的性質として捉える立場からの理論を進めた。各班での進展状況は以下の通りである。(相互に関係しているが便宜上分けて書く)。*人工複製系構築班構成的手法により、細胞システム、反応複製系の実験を行ない、特に化学反応系からの増殖、複製、分化機構の創出の実験を進めている。まず、四方らはDNAを用いた試験管内自己複製系を用い、その再帰的な増殖の出現、そして進化過程を調べた。特に、遺伝子が多くあると、かえって進化性が失われることを明らかにし、そこから情報をになう分子の起源についての実験的解明を行った。これにともない、四方と金子は複製系での情報を担う分子の出現に対する理論を構築している。ついで、こうした構成的手法の研究をより一般的に進めていくには細胞集団やリポソームの集団をこちらの設定した条件に追いこむための基板が自由にできるのが理想であり、そのための微細加工施設の建設を安田は進めた。既に、神経細胞などをおくための基板の試作品は完成した。その一方でリポソームを合成しつつ電場により集積する基板を完成させた。菅原らの構成した反応合成系と組み合わせて、リポソームの複製実験を始めている。これにはインジェクション装置も組み込んであり、そこに四方らによる反応系を注入する準備を整えた。一方で、池上らは理論モデルにより、膜を持った細胞要素の形成過程を追っている。また、上の実験に将来対応するであろう反応増殖系の理論解析は金子らにより行われており、同一の細胞がカオス的な反応を持つと分化し、その細胞集団が空間パタンをつくりながら増殖していくことが見出された。

今後上のリポソーム実験の進展によって人工的な細胞集団系の構築を目指す際のてがかりを与えている。*発生過程制御班浅島らはアニマルキャップといわれる未分化の細胞が、アクチビン分子の濃度の違いにより心筋、脊索、骨格筋などに分化することに既に成功していたが、アクチビン処理したアニマルキャップを時間差をおいて、RA(レチノイン酸)処理することによって、新しい臓器(器官)をつくることに成功した。これは、2つの物質の同時処理と時間差処理では細胞内の記憶に変化が起こることを示しており、理論的に考えられていた細胞内のダイナミクスによる記憶、履歴現象と将来関連しうる結果である。さらに、こうした発生過程での分化と理論での分化ダイナミクスとの対応を考えるには、細胞の性質をセル・ソーター(フローサイトメトリー)により定量的に分離し、細胞内部のダイナミクスや細胞の性質の分布がどう変化して行くかを定量的に追えばよい。そこで、セルソーターを導入し、川戸らと協力して蛍光をつけたデキストランと未処理のもののアニマルキャップの細胞を混合してセル・ソーターにかけて、細胞の分離条件の検討を行った。一方、四方らは粘菌と大腸菌がある場合に共生関係をつくることを見出していたが、この共生関係が世代を超えて伝わることを明らかにし、その系の時間変化の検討を行っている。これにより、粘菌と大腸菌の共生体がどのような発生過程を持ちうるかの研究を始めている。理論グループでは、細胞集団の発生過程の理論、シミュレーションを進めた。あるクラスの力学系の振る舞いとして、幹細胞からの確率的分化の機構を与え、細胞が全能性を失い順次決定されていく段階を理論的に明らかにした。また、そのような分化ダイナミクスが生じると細胞が集団として増殖できることを示し、その理由を求めている。このような「理想細胞系」での不可逆な分化は力学系として普遍的に理解されるべきものであるが、その理論は現在模索中である。その点に関連して、佐々らはハミルトン力学系の操作に対する不可逆性の一般理論を提出している。また、金子と四方は、相互作用による表現型の分化が遺伝型の進化を促すという種分化の理論を提示した。これは実験室で検証可能であり、大腸菌を用いた検証を検討している。*動的生命解析班細胞の持つダイナミックなメモリー構造の探索を目指し、準備を進めている。安田らは、心筋培養細胞系の準備を整え、細胞質ヒステリシスの検討を始めている。一方、測定装置としては局所フラッシュフォトリシス実験装置を製作中、また画像解析データをもとにフィードバック制御を行うための基幹装置としての画像処理システムを立ち上げた。川戸らは3次元リアルタイム共焦点顕微鏡の開発を行ない、これを用いて浅島らによるアニマルキャップ細胞のCa信号を測定し、今後の発生過程のダイナミクスの研究の準備を行なった。化学反応系からの人工生命構築に向けて、リポソーム内タンパク合成、人工リポソーム複製系の構築に成功した。また、大腸菌細胞集団の分化の操作、アクチビンなどによる発生過程の構築と操作、粘菌と大腸菌の共生などで進展があった。さらに、構成的生物学の基本的手法としての微細加工、1細胞操作の技術をつくりあげた。一方、発生、進化過程の普遍的性質を捉える力学系理論研究を進めた。各班での進展状況は以下の通りである。