hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳損傷後に生じる運動出力経路の再編成

その結果、精密把握の障害は梗塞後半年間まで続いていたことから、運動障害が長期的に持続することを示した。また、第V層でIba1の発現比がニューロンの減少時期に先行あるいはほぼ同時期に増加していたことから、M1第V層ニューロンの減少にはミクログリアが関与している可能性が示唆された。また、梗塞部においてもIba1およびGFAPの一過性の増殖が認められた。そのうちIba1の発現変化は少なくとも梗塞後半年間持続することが示された。当初の予定通り、脳損傷後に生じる神経投射の変化を複数同定しているため。これまでの私達の研究で、脳卒中の好発部位であり運動出力に密接に関係する皮質下の内包後脚に脳卒中を有する脳卒中サルモデルを確立した。このモデルでは大脳皮質第一次運動野(M1)第V層の運動出力細胞の著明な減少を示した。その背景として免疫応答に密接にかかわるグリア細胞の関与が考えられる。ミクログリアは損傷に応答して病巣部に集積することで神経組織の残骸や異物を貪食して脳内環境を維持し、損傷組織の修復をする。一方で、ミクログリアの活性化による炎症応答がニューロンの変性および細胞死を惹起することが知られている。そこでマカクサル内包梗塞モデルを用いて、種々のミクログリアマーカー分子の発現変化をM1第V層および梗塞部において組織学的に調べることで、内包梗塞後に引き起こされる障害へのミクログリアの関与を検証した。マカクサルの内包後脚に局所的な虚血による梗塞を作製した。活性化ミクログリアのマーカー分子としてIba1、CD68(貪食型)、CD86(炎症型)、CD206(抗炎症型)を対象とし、それぞれに対する抗体を使用した。M1におけるIba1発現は梗塞後中期にかけて有意に増加しピークに到達した。梗塞後2週間の組織切片においてCD206はCD68およびCD86と比較して高い発現量を示していた。梗塞部では、Iba1発現量は梗塞後中期にかけて上昇し、発現の上昇は少なくとも梗塞後半年まで持続することが明らかになった。M1においてIba1発現がピークを示す時期には、抗炎症マーカーであるCD206の発現量が高かったことから、ミクログリアはニューロンを保護し、細胞死を遅延させている可能性が示唆された。梗塞部に存在するミクログリアは、Iba1発現量の増加と並行して、CD68、CD86、CD206の発現量が全て増加していたことから、損傷組織の貪食および炎症反応と同時に抗炎症作用を示す可能性が考えられる。第一次運動野損傷後の運動出力経路の再編成に関して、定性的な解析が進んだため、個体数と解析サンプル数を増やして定量的な解析を進める。引き続き脳損傷後の回復過程で生じる神経投射やグリア細胞の変化を明らかにする。H30年度は当該研究費の最終年度であるため、論文にまとめることにも重点を置く。現在投射変化の一部について論文にまとめ投稿準備中であるが、その他の成果についても早めに論文にまとめ投稿する予定である。一部の個体の組織学的解析が次年度に持ち越しになったため。組織化学解析装置が不調の時期があったため、定量的解析に若干の遅れが生じ、一部の成果について学会発表と論文執筆に至らなかった。次年度の使用計画としては、学会および論文での公表を目指して最終的な解析を進めるとともに、英文校閲等公表に向けての必要経費に充てる。
多様な繊維製品展開へ向けたアジア天然繊維資源データベースの構築

近年,消費者の環境意識の高まりにより,天然繊維への関心が高まっている。天然繊維には,沖縄の芭蕉布やバングラデシュなどの葦など,古来よりの各地独自の繊維が存在するが,現実には「綿」の生産・消費量が圧倒的に大きく,未開天然繊維資源や他の天然繊維への展開は進んでいない。本研究では天然繊維資源の有用な利用を目指し,現在利用されている天然繊維と利用可能性のある未利用資源としての天然繊維資源を整理・共有することが可能なデータベース(DB)の構築を進めた。本研究ではスクリプト言PHPとデータベースMySQLを基本に,Javascript,css,HTMLを用いてウェブァプリケーションを構築した。オブジェクト指向プログラミングを用いることで,プログラムの再利用性を高め,APIやPHPライブラリを使うことでコンパクトで高機能なウェブアプリケーション開発を行った。(1)繊維用語検索:日本蚕糸学会発行蚕糸学用語辞典から英語版2264語,日本語3697語をデータベースに収め,言語検索が可能となった。(2)繊維検索:繊維名を検索しそのデータを見ることができ,また生物学名のデータベースYlistを利用して現在使われている繊維資源に近い植物種を表示し,資源侯補としてあげることが可能となった。(3)繊維サンプル検索:79種の天然繊維サンプルを集め,顕微鏡写真,繊維名,産地の情報を得ることができた。言語検索の他,GoogleMapsを組み込み,地図上からの検索も可能にした。(4)繊維,繊維サンプルの追加登録,修正機能:世界各国のユーザーがウェブブラウザから繊維,繊維サンプル,繊維用語の追加登録が可能なシステムとした。(5)繊維候補資源の発見アルゴリズム:繊維データベースと生物学学名データベースを比較することで,系統分類を利用し各生物の属ごとに繊維として利用できる可能性を数値化した。平成17年度は,以下の4点について研究を進めた。1.天然繊維資源の系統分類学的抽出:天然繊維資源として未開発な素材を網羅的に探索するため,植物群,獣毛動物群,絹糸昆虫群を対象に,系統分類学的な検討を行った。その結果,現在,天然繊維材料として認知されている48種類に対して,学名により同じ「種」として構成されている資源として298種類を抽出することができた。2.繭糸の形態的特徴の評価:絹繊維として用いられる家蚕糸とは異なり,独特の形質を持つ野蚕糸に注目し,その形態的特徴の評価法の構築を行った。繭糸繊度の評価法として時変パラメータ自己回帰モデルを用いたモデル化を進め,蚕品種によって特徴的な繭糸繊度曲線の特性を数個のパラメータで表現・再現する方法を構築した。また繭糸断面の形状特性についても,顕微鏡写真から画像解析により断面形態を抽出し,断面積,扁平度,形状パラメータ等からその特徴を抽出する方法を構築し,中国,タイ等で採取した野蚕品種,家蚕品種を対象に評価し,多変量解析による特性分類を行った。3.天然繊維資源データベースの構築:PHPとMySQLの技術を用いて,天然繊維資源データベースの構築を進めた。具体的なフィールドとしては,国・地域情報(人口,気候,主要繊維生産量,農業生産量など),繊維分類データ,繊維形態データ,繊維物性データ等である。今後,この枠組みに具体的なデータを入力し,活用可能なデータベースを確立する。4.シルクの適正加工・品質評価に関する検討:雑多な天然繊維を工業化し,生産・品質評価するための手法も重要となる。ここではまずシルクを取り上げ,生産条件の最適化手法,および糸むら検査手法についていくつかの検討を行った。その結果,煮繭温度条件を最適化するための計測装置の開発,および数理モデルを用いた糸むらの客観的評価手法を提案した。平成18年度の計画に基づき研究を行い次のような結果を得た。1.天然繊維資源の探索(資料調査,現地調査)

前年度に引き続き,家蚕,野蚕類,獣毛類,綿花,麻類に関する資料を収集し,基本的な天然繊維資源について整理を継続した。また、韓国のシルク研究所や繊維研究所等を訪問し,現地の研究者の協力を得て天然繊維資源の現地調査および情報を行った。2.基礎資料の整理,およびデータベース化現地調査によって得られた基本データを整理した。データベースの基本設計を行い、サンプルデータを用いてその有効性を調査した。これを基に、MySQL, PHPおよびHTMLを用いた基本構造を作成した。本データベースの基本データは,品種名(学名,現地名,俗称),生物学的系統,生産地域(あるいは生息地域),生育環境,写真(原寸大,顕微鏡写真)等である。3.天然繊維資源の分析・特性評価シルクの品質向上のためヨウ素の導入を考察しその分析や特性の評価を行った。さらに、採取した繊維サンプルの分析および特性評価を行った。繊維単体の形態,寸法および色彩的特徴の抽出を行い(1)繊維長,(2)繊維径の変化,(3)繊維の形状(ねじれ,屈曲など),(4)繊維表面の形態(例えば獣毛類の場合,スケールの形態・数量など)理化学的な解析を合わせて進めた4.多変量解析による天然繊維資源の特性解析既存の蚕糸関連の遺伝資源データベースを利用し、多変量解析など統計学的な手法を用いた分類方法の提案を行った。この方法を用いたデータベースを実際に作成し、アクセス者の必要としている情報やアクセスを行っている地域の分析を行った。近年,消費者の環境意識の高まりにより,天然繊維への関心が高まっている。天然繊維には,沖縄の芭蕉布やバングラデシュなどの葦など,古来よりの各地独自の繊維が存在するが,現実には「綿」の生産・消費量が圧倒的に大きく,未開天然繊維資源や他の天然繊維への展開は進んでいない。本研究では天然繊維資源の有用な利用を目指し,現在利用されている天然繊維と利用可能性のある未利用資源としての天然繊維資源を整理・共有することが可能なデータベース(DB)の構築を進めた。本研究ではスクリプト言PHPとデータベースMySQLを基本に,Javascript,css,HTMLを用いてウェブアプリケーションを構築した。オブジェクト指向プログラミングを用いることで,プログラムの再利用性を高め,APIやPHPライブラリを使うことでコンパクトで高機能なウェブアプリケーション開発を行った。(1)繊維用語検索:日本蚕糸学会発行蚕糸学用語辞典から英語版2264語,日本語3697語をデータベースに収め,言語検索が可能となつた。(2)繊維検索:繊維名を検索しそのデータを見ることができ,また生物学名のデータベースYlistを利用して現在使われている繊維資源に近い植物種を表示し,資源候補としてあげることが可能となった。(3)繊維サンプル検索:79種の天然繊維サンプルを集め,顕微鏡写真,繊維名,産地の情報を得ることができた。
遺伝子発現におけるマルチ亜鉛フィンガーの役割とそのアーキテクチャーの創製

315個の亜鉛フィンガーモチーフを持つ天然および人工マルチ亜鉛フィンガー蛋白質を単離又は創製し、DNA/RNA認識におけるマルチ亜鉛フィンガーの順列や数の変化を追究した。即ち、亜鉛フィンガー蛋白質の核酸結合は、そのレパートリーの中から順列や数を変えて用いることによって遺伝子発現を調節し、このことによって1つのマルチ亜鉛フィンガー蛋白質が幾つもの転写蛋白質を用いるのと同じ役割を演じて、それぞれ腹個の転写因子を用意する手間を節約していることが暗示された。また、個々の亜鉛フィンガーは柔軟な連結部でつながれ、それぞれ独立した"読み取りヘッド"として機能しているように推定されているが、マルチ亜鉛フィンガーの存在は、DNA認識における相補性・共同性によって、核酸結合の親和性や選択性の上昇に大きく寄与している可能性が指摘された。転写因子Sp1由来の3つの亜鉛フィンガーを1ユニットとして、ユニット同志を遺伝子工学的手法を用いて連結させることにより、15個の亜鉛フィンガーを有する新規タンパク質を精製・単離した。ユニット間のリンカー部分には多くの亜鉛フィンガーのリンカー領域に保存されているアミノ酸配列(TGEKP)を採用したが、リンカー配列の影響を検討するため転写因子TFIIIAタイプのリンカーを有する15-亜鉛フィンガータンパク質も創製した。これら新規マルチ亜鉛フィンガータンパク質のDNA結合性を詳細に調べるためGC配列に富んだDNAを新たに調整し、ゲルシフト法・フットプリント法などを駆使した。その結果、45塩基対にも及ぶ5個の連続したGCボックスに特異的に結合できることが判明した。また、GCボックス内にATミスマッチを導入したDNAに対する結合性についても検討した。本研究によって遺伝子調節におけるマルチ亜鉛フィンガーの重要な役割が明らかにされた。マルチ亜鉛フィンガーの存在意義は、細胞が限られた転滋因子をさまざまな順序で組合わせることによって、膨大な裏の遺伝子発現のスイッチを調節していることと深く関係していると考えられるが、未だこの点は不明である。そこで、315個の亜鉛フィンガーモチーフを持つ天然および人工マルチ亜鉛フィンガー蛋白質を単離又は創製し、これらを用いて、種々の塩基配列の異なるDNAやRNAとの相互作用を電気泳動、ビワコア、CD、NMR、蛍光法等を駆使して、DNA/RNA認識におけるマルチ亜鉛フィンガーの順列や数の変化を追究した。即ち、亜鉛フィンガー蛋白質の核酸結合は、そのレパートリーの中から順列や数を変えて用いることによって遺伝子発現を調節し、このことによって1つのマルチ亜鉛フィンガー蛋白質が幾つもの転滋蛋白質を用いるのと同じ役割を演じて、それぞれ腹個の転滋因子を用意する手間を節約していることが暗示された。今後、それぞれの亜鉛フィンガーがどのような塩基配列のDNAと結合するのかを明らかに出来れば、選定された配列に対して特異的に結合する亜鉛フィンガー蛋白質の合成に大きな道を開くことが期待され、単に遺伝子発現の研究ばかりでなく医療の進歩においても貢献し得ると考えられる。マルチ亜鉛フィンガーの存在意義は、細胞が限られた転写因子をさまざまな順序で組合わせることによって、膨大な量の遺伝子発現のスイッチを調節していることと深く関係していると考えられるが、未だこの点は不明である。そこで、転写因子Sp1由来の3つの亜鉛フィンガーを1ユニットとして、ユニット同志を遺伝子工学的手法を用いて連結させることにより、15個の亜鉛フィンガーを有する新規タンパク質を精製・単離した。

これら新規マルチ亜鉛フィンガータンパク質のDNA結合性を詳細に調べるためGC配列に富んだDNAを新たに調整し、ゲルシフト法・フットプリント法などを駆使した。その結果、45塩基対にも及ぶ5個の連続したGCボックスに特異的に結合できることが判明した。また、GCボックス内にATミスマッチを導入したDNAに対する結合性についても検討した。さらに、円偏光二色性分光法を用いて新規マルチ亜鉛フィンガータンパク質の2次構造やフォールディングに関する知見を得た。このような実験結果から、DNA認識におけるマルチ亜鉛フィンガーの順列や数の変化について考察し、転写反応におけるマルチ亜鉛フィンガータンパク質の存在意義・生物学的意義に対して重要な情報を得つつある。マルチフィンガーの役割についてはよくかわっていないが、細胞が使う膨大な裏の遺伝子1つ1つに対して、それぞれ腹個の転写因子を用意するという手間を節約するために、マルチ亜鉛フィンガーモチーフのDNA結合単位のレパートリーの中から、順列や数を変えることによって、膨大な裏の遺伝子発現のスイッチを調節しているのではないかと考えられる。本研究では、このようなマルチ亜鉛フィンガーの役割を解明するため、315個のマルチ亜鉛フィンガー蛋白質を用いて、特に遺伝子結合における特異性・選択性を追究し、標的DNAによって、マルチフィンガーの順列や数を変化させているのかどうかを明らかにすると共に、これらの知見を基に特定の遺伝子の発現を抑制できる亜鉛フィンガーアーキテクチャーを設計・創製することを目指している。転写因子Sp1の3つの亜鉛フィンガーモチーフをTGEKPリンカーで5ユニット連結させて15個の亜鉛フィンガーモチーフを持つ新しいマルチ亜鉛フィンガータンパク質を遺伝子工学的手法を駆使して創製に成功した。Sp1亜鉛フィンガーの標的DNA配列を基準にしたGCボックスDNAおよびAT配列を含む数種のDNAを作製し、15亜鉛フィンガータンパク質のDNA結合性に関してゲルシフト法によって追究した。その結果、GCボックスDNAに対しては、その長さに対応する亜鉛フィンガー数で結合することが明らかになった。本実験結果は遺伝子調節におけるマルチ亜鉛フィンガーの役割に重要な示唆を与えるものとして興味深い。
新規抗リン脂質抗体症候群モデルマウスの作成

抗リン脂質抗体症候群(APS)モデルマウスとして、動脈硬化モデルに病原性自己抗体である抗リン脂質抗体(aPL)を追加投与したが、血栓発症を認めなかった。病理解析から血栓症の母地である血管内皮細胞(EC)へのaPL結合が乏しかった為と考えた。一方、APSで補体活性化がEC活性化を介し病態発症に寄与しその原因が抗C1q抗体(aC1q)である事を我々は報告した。更に、APSで1次的なEC異常としてeNOS異常が指摘されており、補体活性化と共にEC細胞膜上の陰性荷電リン脂質発現を介しaPLのECへの結合・活性化を容易にしうる。我々はeNOS KOマウスとaPL, aC1qを用いたモデルを検討中である。本研究は抗リン脂質抗体症候群(APS)のモデルマウスとして臓器梗塞、脳梗塞を来すモデルマウスを作成し、解析しAPSや脳梗塞の病態機序の解明と共に将来の新規治療開発に寄与する。APSの病態機序に関する最近の知見を加味してAPSモデルマウスを作成する2.APSモデルマウスを用いてAPSに対する特異的治療の開発を行う脳血管障害は本邦の死亡原因の第4位、重症介護認定患者数の第1位を占め未だに効果的な治療や予防法に乏しい。抗リン脂質抗体症候群(APS)は、抗リン脂質抗体(APL)の存在下で繰り返される動静脈血栓症を本態とするが、動脈血栓症の合併が多く90%以上が脳梗塞である。欧米の罹患率は全人口の2-4%と報告され決して稀でない。若年発症の脳梗塞も大きな問題である。APSの病態は近年多くの知見が得られているが、新規の治療・予防法に繋がっておらず治療の主体は抗凝固療法を主体とした2次予防である。APSの予防や治療法を確立させるには、当該治療や予防法の有効性を確認することができる動物モデルが必要である。APSモデルマウスはAPLの病原性(血栓惹起能)に着目し、経静脈的にモノクローナルAPLを投与し作成されるが、脳梗塞をはじめAPSで認められる広汎な血栓症を再現するに至らず、血管へのレーザー照射や結紮等によって局所で一時的に誘発される血栓の拡大傾向を示すにとどまる。APLが関係しない一般的な脳梗塞の動物モデルにおいても類似の問題があり、血管結紮など複雑な外科的処置を要し、再現性が乏しく梗塞範囲のばらつきが大きい。今後、臓器梗塞を来す良好なAPSモデルマウスの作成は非常に意義が高く、APSの主たる病態である脳梗塞を安定した表現型として得られれば、脳梗塞の研究にも応用が可能である。APS(抗リン脂質抗体症候群)のモデルマウスとして臓器梗塞、とりわけ日本APSでもっとも多い脳梗塞を来すモデルマウスを作成した。マウスモノクローナル抗C1q抗体であるJL-1を抗リン脂質抗体と共投与することによって、補体活性化を誘発し、よりAPS患者血液中で起こっている病態機序に近づけたモデルを作成した。最適と考えられるJL-1濃度、抗リン脂質抗体濃度について規定しており、それらを元にマウスを刺激した。APS患者データから血清中の補体制御因子であるH因子の低下例が高率にあることが判明し、現在多数例で確認を行った。血清H因子の低下は著明な補体経路の活性化を来たし、特に抗C1q抗体の存在下では相乗的に活性化された。APSでは、特に劇症型APSなど重症例で著明な補体活性化を来す例が多く、ApoEKOマウスを用いる上記モデルマウスで臓器梗塞が確認できない場合には、H因子KOマウスを用い、JL-1,抗リン脂質抗体を共投与するモデルマウスについても検討が必要と考えた。マウス実験の申請許可に時間を要したことと、in vitroでのモノクローナル抗C1q抗体の単球・血管内皮細胞刺激についての条件設定に時間を有している。ただ、並行して行っているマウスモデルの作成においてはAPS症状を来すと考えられる個体が出現しており、今後数ヶ月間で、集中的にマウスへの投与を行い、血栓症の発現について確認する。行い、血栓症の発現について確認する。抗リン脂質抗体症候群(APS)は病原性自己抗体である抗リン脂質抗体(aPL)による血栓症や妊娠合併症をきたす疾患だが動物モデルが乏しく、とりわけ血栓症を自然発症する動物モデルは皆無であり、またモノクロナル抗体による流産の発症も明らかではなかった。今回、動脈硬化モデルを用いaPLを追加投与することにより血栓症の誘発を試みたが、認めなかった。一方、APSで特徴的な補体活性化が病態発症に関与することが近年明らかになり、そしてその原因が補体第1成分(C1q)に対する自己抗体(aC1q)であることを我々は発見し、aC1qモノクロナル抗体をマウスに投与することによって高率に流産をきたし、抗補体治療によってそれが回避されることを発見し投稿準備中である。一方、aC1q投与マウス及びaPL+aC1q共投与マウスでも、血栓症発症は認めなかった。APS患者では、1次的な血管内皮細胞異常も示唆されており、そのうちeNOS異常に我々は注目し、eNOS KOマウスをはじめとした内皮細胞異常を有するマウスと抗リン脂質抗体およびaC1qを用いたモデルの作成を検討中である。

抗リン脂質抗体症候群(APS)モデルマウスとして、動脈硬化モデルに病原性自己抗体である抗リン脂質抗体(aPL)を追加投与したが、血栓発症を認めなかった。病理解析から血栓症の母地である血管内皮細胞(EC)へのaPL結合が乏しかった為と考えた。一方、APSで補体活性化がEC活性化を介し病態発症に寄与しその原因が抗C1q抗体(aC1q)である事を我々は報告した。更に、APSで1次的なEC異常としてeNOS異常が指摘されており、補体活性化と共にEC細胞膜上の陰性荷電リン脂質発現を介しaPLのECへの結合・活性化を容易にしうる。我々はeNOS KOマウスとaPL, aC1qを用いたモデルを検討中である。マウス実験の申請許可に時間を要しており、JL-1を用いたin vitroの検討を進めている。JL-1を用いたin vitroの実験では、抗リン脂質抗体の存在下におけるJL-1投与による補体依存性細胞障害作用を障害細胞から漏出する乳酸脱水素酵素(LDH)を酵素免疫低療法によって検出することによって行っている。更に、抗リン脂質抗体存在下にJL-1を投与することによって、向血栓細胞(単球、血管内皮細胞)が産生する組織因子(凝固外因系蛋白)が亢進することが予備実験で判明し、今後は、近日中にマウス実験の申請許可が得られる見込みのため、in vitroでの検討で得たデータを元にマウスでの抗体投与量を決めて検討を進める。動脈硬化モデルマウスでは大量の抗リン脂質抗体(APL)と感染症等の生体ストレスを模したLPSの共投与が明らかな血栓症誘発を認めないことを確認した。一方、補体第1成分(C1q)に対する自己抗体がAPS患者で高率に発現し、感染症など生体ストレス時に炎症や向血栓状態を亢進させ、難治性血栓症に関与することを報告し(Oku et al Rheumatology(Oxford) 2016 in press, Oku et al Autoimmun Rev 2016 in press)、マウスモノクローナル抗C1q抗体JL-1が、in vitroでマウス単球細胞株RAW264.7における向血栓傾向を亢進する(凝固蛋白の産生亢進)ことを確認した。これを基礎データとしJL-1をAPLと共投与し補体活性化を誘発して血栓発症モデルを作成中。現時点で少数のマウスで条件検討をしているが、APS症状の発現が疑われる個体が認められ解析中。JL-1単独投与による血栓発症も検討中。明確な血栓傾向が認められなかった場合、LPS投与を行う。APSでは感染症を機に補体系の異常活性化に続き血栓傾向の著しい増悪が認められることを研究者は明らかにした(Oku et al, Rheumatology(Oxford), 2016, in press)。LPS投与によりAPS患者の感染時の血栓傾向モデルを作成できると推測する。感染モデルでも血栓傾向が明らかでない場合は、塩化鉄(II)投与による血栓症を観察。塩化鉄(II)血栓モデルとして既にestablishされているが、APSの病態機序は既存リスクによる血栓リスクを亢進し血栓サイズの増大効果があると考えられ、血栓サイズ増大等血栓傾向の亢進について検討する。モデルマウスを作成後に、血栓の巨視的観察(剖検による血栓量の測定)、微視的観察(カーボンブラック法、TTC(2,3,5-トリフェニルテトラゾリウム)染色による血栓量の定量)、を行う。臓器梗塞を伴う血栓症の発症が確認できれば、モデルマウスに対して抗血小板薬、抗補体治療を行い血栓形成の抑制効果を観察する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
回転しごき加工による超精密ディスクの製作

本年度は,前年度の設計を基に,実験装置を立ち上げた。第一段階の実験用として、4枚の直線状ブレードをもつ上工具,ナノメータオーダの表面粗さと平坦度を持つ下工具,および素板固定具,また、前者をプレスラムへ,後二者をプレス回転ベッドに心合せ取付するための治具の製作,さらに,加圧力測定用のロードセル,上工具の移動量測定用の変位変換器および下工具回転数測定用センサの用意とそれらの装置への取付治具の製作をも行った。また,しごき行程を通してしごき加圧力,しごき回転トルク,上工具移動量(しごき量),下工具回転数をすべて電気量としてとらえマルチコーダに記録するように,機器の整備と計測システムの設置を行なった。現在,実験装置の立ち上げをほぼ終え,直線状ブレードによるしごき加工の実験を進行中である。また,素材として用いるアルミニウム合金板,各種加工用潤滑剤を入手した。今後,回転しごき加工装置を試作した後,下記の手順により加工条件と転写程度の関係を実験的に調査し,素材の塑性流動状態,転写機構の解明をはかって,磁気ディスク用円板の最適加工条件を明らかにする。1.上工具のブレード形状には直線上以外に渦巻き状をも試みる。2.上工具の加圧速度と下工具の回転速度の組合わせ及びしごき率(板厚減少率)を種々変更して,ディスク製作を行う。3.加工終了後のディスクの表面あらさ,平坦度を測定し,加工条件との関係を明らかにする。また、しごき加工途中で適時加工を中断した素材をも測定対象とし,塑性流動状態,表面創成状態の追跡を行う。早急に本加工装置の可能性を確認し,実用化に対する基礎データをまとめる計画である。本年度は,以下のような実験準備を進めている.第一段階の実験用として,4枚の直線状ブレードをもつ上工具,ナノメータオーダの表面粗さと平坦度を持つ下工具,および素板固定具,また,前者をプレスラムへ,後二者をプレス回転ベッドに心合せ取付するための治具の設計,さらに,加圧力測定用のロードセル,上工具の移動量測定用の変位変換器および下工具回転数測定用センサの用意とそれらの装置への取付治具の設計をも行った.また,しごき行程を通してしごき加圧力,しごき回転トルク,上工具移動量(しごき量),下工具回転数をすべて電気量としてとらえマルチコーダに記録するように,機器の整備と計測システムの設定を行った.現在、上述各種計測機器類の整備と工具の設計をほぼ終え,工具,治具等の製作準備と実験条件の選定に入っている.また,素材として用いるアルミニウム合金板,各種加工用潤滑剤の手配をおこなっている.今後,回転しごき加工装置を試作した後,下記の手順により加工条件と転写程度の関係を実験的に調査し,素材の塑性流動状態,転写機構の解明をはかって,磁気ディスク用円板の最適加工条件を明らかにする.(1)上工具のブレード形状には直線上以外に渦巻き状をも試みる.(2)上工具の加圧速度と下工具の回転速度の組合わせ及びしごき率(板厚減少率)を種々変更して,ディスク製作を行う.(3)加工終了後のディスクの表面あらさ,平坦度を測定し,加工条件との関係を明らかにする.また,しごき加工途中で適時加工を中断した素材をも測定対象とし,塑性流動状態,表面創成状態の追跡を行う.本研究費の交付年限内(2年)には,実用化に対する基礎データをまとめる計画である.本年度は,前年度の設計を基に,実験装置を立ち上げた。
サスティナブル・ライスからスーパー・ライスへ

ポリジーン由来の抵抗性と考えられるイネ紋枯病抵抗性系統と感受性系統を用い,Rhizoctonia solaniの罹病よって引き起こされる代謝変動について解析した.第7葉期の幼植物に紋枯病菌を接種し,接種後4日目に第2,第3葉鞘について発現するタンパク質を二次元電気泳動法を用いて分離し,ディファレンシヤル・ディスプレイ法によって網羅的に解析した.罹病に伴い発現量が変化したタンパク質の数は抵抗性系統では増加し,感受性系統では減少した.抵抗性系統では代謝関連タンパク質及びストレスタンパク質が増加し,感受性系統では逆にストレスタンパク質が減少した.感染により,抵抗性系統では塩基性エンドキチナーゼ1前駆体などの生体防御タンパク質および解糖系酵素群の発現が認められた.また,感受性系統では罹病によって生体防御タンパク質の発現が抑制され,逆に解糖系およびペントースリン酸回路の酵素タンパク質の発現が誘導された.リグニンの合成に関わるクマル酸CoAリガーゼ1およびペルオキシダーゼは罹病に関係なく発現しており,大きな変動は認められなかった.以上の結果からイネの紋枯病耐病性系統では,生体防御タンパク質の発現に加え,フェニルプロパノイド代謝経路及び解糖系における酵素タンパク質群の発現が誘導され,解糖系から二次代謝系に至る炭素代謝フローがリグニンを合成する方向へ変化したものと考えられる.以上のタンパク質については,現在(3月)質量分析計を用いた同定を実施中である.スーパーライスの炭素分配クロスロード(DHAP, E4P, F6P, F1,6BP)の代謝に関係するカルビン回路とスクロース合成,ペントースリン酸回路,解糖系と糖質代謝,シキミ酸経路,フェニルプロパノイド代謝,リグニン合成,クエン酸回路に関係する遺伝子発現を網羅的に解析するためにマクロアレイ法を開発し,関係する103個の遺伝子を選抜して解析を行った.感染後の遺伝子発現量の変化を調べた結果,弱系統の葉鞘で多くの遺伝子の発現が抑制された.弱系統では,カルビン回路でデンプン合成やスクロース合成に関るホスホグルコムターゼやスクロースリン酸シンターゼが抑制され,解糖系でグルコースからフルクトース1,6-ビスリン酸(FBP)の合成に関与する酵素遺伝子の発現が抑制された.解糖系ではシキミ酸経路の出発物質であるホスホエノールピルビン酸(PEP)が合成するが,シキミ酸経路で働く酵素は弱系統で抑制された.一方,強系統ではカルビン回路と解糖系で働くホスホグリセリン酸キナーゼが誘導された.また,TCA回路の律速酵素のイソクエン酸デヒドロゲナーゼが強系統で抑制され,TCA回路によるPEPの代謝が抑制されていると考えられた.以上の結果から,罹病に伴い弱系統ではPEP合成が抑制される方向に,強系統ではPEPが積極的にシキミ酸経路で代謝される方向に遺伝子が制御されたことから,抵抗性にはPEPの合成及び代謝に関る酵素遺伝子が重要な働きをしていることが示唆された.プロテオーム解析として二次元電気泳動によるタンパク質発現の違いを比較検討した結果,弱系統の葉鞘において感染後に発現が抑制されるタンパク質が多く観察され,マクロアレイ法で観察した遺伝子発現と良く対応する結果が得られた.しかし,二次元電気泳動によるプロテーオーム解析については,十分な反復を実施できなかった.ポリジーン由来の抵抗性と考えられるイネ紋枯病抵抗性系統と感受性系統を用い,Rhizoctonia solaniの罹病よって引き起こされる代謝変動について解析した.第7葉期の幼植物に紋枯病菌を接種し,接種後4日目に第2,第3葉鞘について発現するタンパク質を二次元電気泳動法を用いて分離し,ディファレンシヤル・ディスプレイ法によって網羅的に解析した.罹病に伴い発現量が変化したタンパク質の数は抵抗性系統では増加し,感受性系統では減少した.抵抗性系統では代謝関連タンパク質及びストレスタンパク質が増加し,感受性系統では逆にストレスタンパク質が減少した.感染により,抵抗性系統では塩基性エンドキチナーゼ1前駆体などの生体防御タンパク質および解糖系酵素群の発現が認められた.また,感受性系統では罹病によって生体防御タンパク質の発現が抑制され,逆に解糖系およびペントースリン酸回路の酵素タンパク質の発現が誘導された.リグニンの合成に関わるクマル酸CoAリガーゼ1およびペルオキシダーゼは罹病に関係なく発現しており,大きな変動は認められなかった.以上の結果からイネの紋枯病耐病性系統では,生体防御タンパク質の発現に加え,フェニルプロパノイド代謝経路及び解糖系における酵素タンパク質群の発現が誘導され,解糖系から二次代謝系に至る炭素代謝フローがリグニンを合成する方向へ変化したものと考えられる.以上のタンパク質については,現在(3月)質量分析計を用いた同定を実施中である.
分化細胞から全能性幹細胞へのリプログラミング過程における低分子RNAの機能の解明

我々はかつて、ヒメツリガネゴケのリプログラミング過程において、低分子RNAの発現がグローバルに減少することを見いだした。この現象に関与する因子の探索の過程で、マイクロRNA(miRNA)の成熟抑制に機能すると推測されるPpCSPに着目した。PpCSPをコードする遺伝子群の四重欠失株を作出したところ、リプログラミングの遅延を観察した。また、PpCSPが細胞質基質に局在することを明らかにした。以上の結果から、PpCSPは細胞質基質におけるmiRNA成熟の抑制を通じてリプログラミングを促進するという仮説を立て、PpCSPの相互作用因子や下流遺伝子の探索を行った。低分子RNAのグローバルな分解に機能するPpERI1およびPpSDN3遺伝子、低分子RNAの標的候補遺伝子であるPpFAS1遺伝子について、過剰発現株、誘導過剰発現株および遺伝子欠失株を作出した。現在リプログラミングにおける表現型を解析中である。PpERI1およびPpSDN3遺伝子の欠失株については原糸体や茎葉体に表現型が観察されないことから、同様の機能を持つPpERI1 PpSDN1、2、3遺伝子の間で機能の冗長性があると考えられた。そのため、これらの遺伝子が全て欠失した四重突然変異体を作出中である。また、低分子RNAの生合成に不可欠なPpDCL遺伝子については、ドイツフライブルク大学と共同研究を開始した。PpDCL遺伝子群の多重遺伝子欠失株や過剰発現株の供与を受ける予定である。リプログラミングを制御する低分子RNA関連因子の探索の過程で、PpCSP遺伝子群に注目した。PpCSPは、動物の人工多能性幹細胞(iPS細胞)の誘導に必須の四つの遺伝子の一つLin28のオーソログと考えられる遺伝子である。動物細胞において、Lin28は分化状態の維持に機能する低分子RNAlet-7の生合成過程を阻害することで、幹細胞化を補助する機能を持つ。ヒメツリガネゴケにおいてPpCSP1、2、3、4の四重遺伝子欠失株を作出してリプログラミングアッセイを行った。その結果、四重変異体ではリプログラミングが明瞭に遅れていた。動物のLin28と同様に、陸上植物においてはPpCSPがリプログラミングに機能していることを明らかにした。Lin28の標的let-7は陸上植物には保存されておらず、PpCSPがどのように低分子RNAを制御してリプログラミングに寄与しているのかを解明することが来年度の課題である。これまでの研究で、ヒメツリガネゴケのリプログラミング過程において低分子RNAの発現がグローバルに減少すること、またRNA結合ドメインを有するPpCSPがリプログラミングの促進に機能することを明らかにした。動物におけるPpCSPホモログは低分子RNAの生合成の抑制に機能することから、PpCSPが低分子RNAの発現をグローバルに抑制することでリプログラミングを促進しているのではないかと考え、PpCSPの機能解析を行った。まず、リプログラミング過程において野生型と、PpCSP過剰発現株の発現プロファイルを比較したところ、MscS遺伝子、WRKY遺伝子の一つがPpCSP過剰発現株で高く発現していることを見いだした。これらの遺伝子は他の生物において傷害応管を含むストレス応答に機能し、さらにその遺伝子ファミリーの一部は低分子RNAの標的であることが知られている。これらの遺伝子がヒメツリガネゴケのリプログラミングに機能しないか、またこれらの遺伝子を標的とする低分子RNAがヒメツリガネゴケに存在しないか解析中である。また、PpCSPは通常細胞質に局在しているが、微小管重合阻害剤を処理すると濃度依存的に核にも局在することを明らかにした。このことは、PpCSPがRNA分子と結合して核と細胞質をシャトリングしていること、それには微小管が関与していることを示唆している。PpCSPと微小管の細胞内共局在はそれほど明瞭でないものの、免疫沈降法ではPpCSPと微小管を構成するチューブリンタンパク質との相互作用が観察された。現在、PpCSPと相互作用するタンパク質を質量分析法で網羅的に解析中である。さらに、RNA免疫沈降法によりPpCSPと結合するRNA分子の単離を試みている。上記に加えて、低分子RNAの分解酵素遺伝子の四重変異体を作成中であり、作成でき次第リプログラミングにおける表現型を解析する。
ナノバブルによるプロトプラスト機能の活性化と有用物質の高速度生産システムの開発

独自に構築したナノバブル生成システムにより様々なガスのナノバブルを高効率に生成し、種々の培養系に適用できた。酵母や植物の細胞やプロトプラストを用いて種々検討した結果、プロトプラストは細胞に比べて高い物質移動能やペリプラズムに蓄積する有用物質のフィードバック制御からの解放など、優れた特性を有することが示唆された。プロトプラストはナノバブルに対する応答性が高い可能性が示唆された。ナノバブルを酵母や種々の植物の細胞やプロトプラストに作用させることで、様々な有用物質を効率的に生産できた。また、バイオリアクターを構築すると共に、果実の追熟、微生物の不活化、果実表面の農薬除去など幅広い利用性を提案できた。20世紀は微生物、植物などの細胞を用いた有用物質生産の時代であったが、現在、細胞を用いる従来の有用物質生産は頭打ちの状態にあり、それを基本に発展してきた生物関連産業は停滞し閉塞状態にある。本研究者はこの現状を打破する方法論の確立を目指し、細胞に代わる有用物質生産の新たな担い手として、細胞の細胞膜の外側にある細胞壁を除去したプロトプラストに注目し、プロトプラストの機能解析とナノバブルを活用することで、機能を拡大し新規な有用物質生産システムの構築を目指している。酵母(Saccharomyces cerevisiae)の細胞とプロトプラストを用いて種々検討した結果、プロトプラストは細胞に比べて高い物質移動能やペリプラズムに蓄積する有用物質のフィードバック制御からの解放など、優れた特性を有することが示唆された。得られた知見を活用し、組換え微生物が細胞内に生産した異種タンパク質を蓄積してしまう問題の解決にプロトプラスト機能の適用を試みた。異種タンパク質モデルとしてクチナーゼを選択し、組換え酵母プロトプラストを用いて種々検討した結果、細胞壁がクチナーゼ分泌の障壁になっていることが示唆された。細胞壁を除去したプロトプラストではクチナーゼが培養液中に分泌生産され、全体の生産量も増大した。物理的な強度に乏しいプロトプラストの脆弱性を補うために、プロトプラストに人工細胞壁の装着について種々検討した結果、アルギン酸カルシウムカプセルでプロトプラストを包括し、培養条件を最適化することで、攪拌振盪培養条件下でもプロトプラストは破壊されることなく、良好にクチナーゼを分泌生産することが可能となった。ナノバブルの効率的な生成条件やナノバブルの特性把握を行うと伴に、エチレンナノバブルが種々の植物や培養細胞の生理活性に及ぼす影響を検討した。1例としてエチレンナノバブルはカイワレ、ニチニチ草、レタスの種子に対して発芽促進効果を示した。当初の研究計画に従い、(1)微生物および植物プロトプラストの機能解析、(2)ナノバブルが微生物、植物の細胞およびプロトプラストに及ぼす影響の解析、について研究を実施し、得られた知見を活用した新規有用物質生産システムの構築に必要な基礎的成果をあげることができた。研究はおおむね順調に進展している。20世紀は微生物、植物などの細胞を用いた有用物質生産の時代であった。しかしながら現在、細胞を用いる従来の有用物質生産は頭打ちの状態にあり、それを基本に発展してきた生物(細胞)関連産業は停滞し閉塞状態にある。この現状を打破するためには新たな方法論の確立が必要である。そこで、申請者は、微生物や植物の細胞の細胞膜の外側にある細胞壁を除去したプロトプラストが有する優れた特性に注目し、プロトプラストの機能解析とナノバブルを活用することで、機能を拡大し、新規な有用物質生産システムの構築を目指している。微生物のモデルとして、酵母(Saccharomyces cerevisiae)の細胞とプロトプラストを用いて種々検討したところ、細胞に比べてプロトプラストは高い物質移動能およびペリプラズムに蓄積する有用物質のフィードバック制御からの解放など優れた特性を有することが示された。得られた知見を活用し、プロトプラストを用いた細胞壁成分の効率的な生産を実現した。また、酵母プロトプラストをカプセル内に接種し、適切な培養条件を設定し、培養したところ、カプセル内で細胞壁成分が生産、蓄積され、細胞壁成分を高濃度に含むカプセルを作成することができた。生産された細胞壁成分は植物細胞や動物細胞に対し、優れた生理活性を示した。植物のモデルとして、ニチニチ草とイチイの細胞とプロトプラストを用いて種々検討したところ、細胞に比べてプロトプラストは高い物質移動能およびペリプラズムに蓄積する有用物質のフィードバック制御からの解放など優れた特性を有することが示された。本研究で開発したナノバブルの効率的生産システムを用い、ナノバブルの特性を把握すると共に、有用物質生産の系に活用したところ、複数の有用物質の生産が高度に促進された。当初の研究計画に従い、1.微生物およびプロトプラストの機能解析、2.ナノバブルの特性の把握とナノバブルが微生物、植物の細胞およびプロトプラストに及ぼす影響の解析、について研究を実施し、新規有用物質生産システムの構築に必要な基礎的かつ基盤的な成果をあげることができた。研究はおおむね順調に進んでいる。

ナノバブルを酵母や種々の植物の細胞やプロトプラストに作用させることで、様々な有用物質を効率的に生産できた。また、バイオリアクターを構築すると共に、果実の追熟、微生物の不活化、果実表面の農薬除去など幅広い利用性を提案できた。これまでの申請者の研究により、細胞と比較してプロトプラストは有用物質生産に有利な特性を有することが現象論的には示されてきたが、依然として未解明な部分が多い。そこで、引き続き、微生物のモデルとして酵母(Saccharomyces cerevisiae)、有用な薬用植物のモデルとしてニチニチ草、イチイを対象に、細胞とプロトプラストの機能の解析をおこなう。また、各種ナノバブルの培養系における挙動や諸特性を解析すると伴に、ナノバブルの諸特性が、酵母、ニチニチ草あるいはイチイの細胞やプロトプラストの種々の生理活性や有用物質生産能に及ぼす影響を、種々の培養実験やメタボミクス解析などを用い明らかにする。得られた知見を有効活用し、有用物質の最適生産条件の設定や効率的なバイオリアクターの構築を試みる。これまでおこなった研究により、細胞と比較してプロトプラストは優れた特性を有しており、有用物質生産に有効に利用できる事を現象論的には示すことができているが、依然として未解明な部分も多く残されているのが現状である。そこで、引き続き、微生物のモデルとして酵母(Saccharomyces cerevisiae)、薬用植物のモデルとしてニチニチ草、イチイを対象に、細胞とプロトプラストの機能の解析を行う。また、各種ナノバブルが植物の細胞やプロトプラストの生理活性に及ぼす影響を解析し、効率的な有用物質生産システムの開発を目指す。また、ナノバブルの新たな幅広い利用性についても検討を行う。生物化学工学、細胞機能開発工学
アンギオテンシン受容体に関連した胎児胎内プログラミングの発現制御に関する研究

本研究は(1)妊娠中の母体低蛋白栄養の児に与える影響を明らかにする。(2)高血圧、冠動脈疾患は男性に多いとされているため、胎児胎内プログラミングの発現制御と女性ホルモンの関係を明らかにすることを目的とした。本実験はラットを通常の食餌群とその半分の蛋白質量の食餌群とに分類し、妊娠期間中それぞれの食餌を与えた。生後雌のみを飼育、生後50日目にそれぞれの群のラットを更に卵巣摘出手術群とシャム手術を群に分類し、合計4群の実験モデルを作成した。生後は50日目より25日ごとに血圧測定し、生後175から180日目に安楽死をさせた後、wire myographを用いて、腸間膜動脈の血管内皮細胞機能の評価を行った。また、心臓はホルマリン固定後冠動脈周囲の線維化の観察を行い、4群で比較を行った。その結果、卵巣を摘出された母体低蛋白栄養のラットが早期より他の群のラットより血圧上昇が認められ、最終的には卵巣温存の母体低蛋白栄養ラットも正常食餌群と比較して有意な血圧上昇を認めた。Wire myographの実験結果ではPhenylephrine、U46619(ThromboxanA2類似薬)に対する収縮反応には変化がなかったが、母体低蛋白栄養ラットのAcetylcholineに対する最大拡張率およびbradykininに対する最大拡張率と感受性に鈍化を認めた。また冠動脈周囲の線維化はbradykininの反応と全く同様に卵巣摘出した母体低蛋白栄養ラット、卵巣温存母体低蛋白栄養ラットの順で有意に線維が進行していた。以上の結果より、妊娠中母体低蛋白栄養は生後の児の高血圧、冠動脈疾患の罹患率を有意に上昇させる可能性があることが示唆され、その発現に性差があるのは卵巣ホルモンが抑制的な働きをしている可能性があることが示唆された。本研究はSociety of gynecological investigation 2005 annual meetingおよび、3rd International Congress on Developmental Origins of Health & Diseaseで発表した。初年度は出生後の血圧の変化と女性ホルモンの影響を以下の要領で実験を行い検討した。[方法]Wistar ratを妊娠中、通常餌群(C)と、その50%蛋白質制限群(R)に分け出産まで飼育し、出後は仔の雌のみを通常餌で飼育した。生後50日目にC群・R群それぞれ卵巣摘出(X)、sham手術(O)を行った。生後50175日目に25日毎にtail cuff methodにて血圧測定を行った。また、生後175185日目にかけ安楽死させ、速やかに腸間膜動脈を摘出し、wire myographを施行した。myographはphenylephrine、U46619、acethylcholine、bradykinin(BK)、sodium nitroprussideを用いた。[成績]平均出生仔数、出生体重、体重増加は両群に有意差はなかった。<血圧>生後75日目よりR群の収縮期血圧が上昇し始め、生後125日目には卵巣摘出ratでC・R群間に有意差を認め(p<0.01)、また175日目には卵巣温存ratでも両群間に有意差を認めた(p<0.01)。<myograph>BKに対する拡張反応ではCX・RX群間に有意な拡張反応の鈍化を認めた(p<0.05)。今回の実験より以下の結果が得られた。1.妊娠中の低蛋白栄養では低出生体重がないにも関わらず成獣期に血圧上昇を認め、卵巣摘出した場合は、より早期に血圧上昇を認めた。

以上よりエストロゲンは胎内プログラミングの高血圧発症の抑制因子として重要な役割を果たしている。2.wire myographの実験から母体低蛋白栄養により誘導された高血圧はBKに対する血管内皮のレセプターの感受性もしくは数への影響が関与していることが示唆された(以上論文投稿中)。今後、BKとアンギオテンシンは密接な関わりがあることから、この点につき研究を進めていく予定である。本研究は(1)妊娠中の母体低蛋白栄養の児に与える影響を明らかにする。(2)高血圧、冠動脈疾患は男性に多いとされているため、胎児胎内プログラミングの発現制御と女性ホルモンの関係を明らかにすることを目的とした。本実験はラットを通常の食餌群とその半分の蛋白質量の食餌群とに分類し、妊娠期間中それぞれの食餌を与えた。生後雌のみを飼育、生後50日目にそれぞれの群のラットを更に卵巣摘出手術群とシャム手術を群に分類し、合計4群の実験モデルを作成した。生後は50日目より25日ごとに血圧測定し、生後175から180日目に安楽死をさせた後、wire myographを用いて、腸間膜動脈の血管内皮細胞機能の評価を行った。また、心臓はホルマリン固定後冠動脈周囲の線維化の観察を行い、4群で比較を行った。その結果、卵巣を摘出された母体低蛋白栄養のラットが早期より他の群のラットより血圧上昇が認められ、最終的には卵巣温存の母体低蛋白栄養ラットも正常食餌群と比較して有意な血圧上昇を認めた。Wire myographの実験結果ではPhenylephrine、U46619 (ThromboxanA2類似薬)に対する収縮反応には変化がなかったが、母体低蛋白栄養ラットのAcetylcholineに対する最大拡張率およびbradykininに対する最大拡張率と感受性に鈍化を認めた。また冠動脈周囲の線維化はbradykininの反応と全く同様に卵巣摘出した母体低蛋白栄養ラット、卵巣温存母体低蛋白栄養ラットの順で有意に線維が進行していた。以上の結果より、妊娠中母体低蛋白栄養は生後の児の高血圧、冠動脈疾患の罹患率を有意に上昇させる可能性があることが示唆され、その発現に性差があるのは卵巣ホルモンが抑制的な働きをしている可能性があることが示唆された。本研究はSociety of gynecological investigation 2005 annual meetingおよび、3rd International Congress on Developmental Origins of Health & Diseaseで発表した。
極限環境における微生物の生体鉱物化作用による物質循環システム

1.粘土-微生物相互作用粘土鉱物を含む培地を作成して、微生物の生育について実験を行った。培地の栄養塩を制限したとき、粘土を入れた方は入れなかった場合に比べて、分裂開始時刻が早まった。また、無酸素状態で、微生物を培養した場合、粘土を入れた方は、入れなかったものに比べてより長期間生き続けることが明らかとなった(R.ASADA, et al.,2004)。このような結果は、粘土鉱物表面が細胞の分裂を促進する効果を持つことや粘土鉱物が無酸素状態において酸素の代わりに最終電子受容体になることが示唆される。このことは、極限環境である熱水中の粘土粒子と微生物、また、地下生物圏における粘土鉱物と微生物、の相互作用を考える上で有益な情報となる。2.粘土-重油-微生物相互作用重油で汚染された環境のバイオレメディエーションシステムの開発のために、実際に汚染された現場からの有用細菌の単離、および実験室での粘土鉱物を使った実験を行った。単離された細菌は1997年の日本海重油流失事故で被害にあった日本海側沿いの3つの海岸から得られた。それらは、長鎖の飽和炭化水素を効率よく分解し、重油の中でもよく育つことがわかった(Chaerun S.K., Tazaki K., Asada R., and Kogure K. 2004)。また、これらの細菌を重油だけでなく、海岸に普遍的に存在する粘土鉱物を混ぜて培養実験を行ったところ、混ぜない場合に比べてより細胞分裂が促進されることが明らかとなった(Chaerun S.K., TazakiK., Asada R., and Kogure K. 2005)。さらに、培地の中の粘土-重油-微生物の複合体の透過型電子顕微鏡観察により、粘土表面および端部への重油や細菌の吸着過程が明らかとなった。これは、粘土-重油-微生物相互作用によるバイオレメディエーションのプロセスを示している。地球表層の主要構成元素であるSiについて、造岩鉱物である石英(SiO_2)および非晶質シリカ(SiO_2H_2O)の殻をもつ単細胞藻類珪藻について研究しました(Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 2002)。どちらも世界中のいたるところに普遍的に存在するため地球表層の物質循環を知ることは重要と考え、その形態や構造を明らかにしました。2.極限環境と汚染環境における生体鉱物化作用さらに、ナホトカ号重油汚染の追跡調査(21^<st>century COE Kanazawa University 2003)、富山県黒部川出し平ダムからのヘドロ流出汚染の調査(地質学雑誌2002)、バングラディシュのヒ素問題(地球惑星科学関連学会2002)、などの共同研究を進めてきました。3.バイオマットバイオマットやバイオフィルムの形成過程について現地での観察や培養実験を行い調べました。主に鉄を集めるものと粘土を形成するバイオマットついて研究しました(粘土科学2003,Proceeding of the 12^<th> International Clay Conference,2002)。1.有機溶媒による汚染環境のバイオレメディエーション実験有機溶媒で汚染された土壌や塗装廃液などを油分解微生物として市販されているものを使って、バイオレメディエーション実験を行った(R.ASADA, et al., 2003)。この実験によって、市販されている油分解細菌が実際どのくらい有効なのか、また野外で用いた場合、環境に対して付加はどうなるのかといったことを評価するために有用な成果が得られた。さらに、重油汚染環境の評価や修復のために必要な情報を得るために汚染現場から採取された微生物と地球表層に普遍的に存在する粘土鉱物を用いて培養実験を行った(K.S.CHAERUN, K.TAZAKI and R.ASADA, 2003)。その実験によって、炭化水素分解微生物による原油の分解は、粘土鉱物の存在によって相乗効果が起こることが認められた。2.極限環境下における粘土鉱物と微生物の相互作用実験水が関与する風化、続性作用、熱水変質作用などの様々な現象によって生じる粘土鉱物は地球表層に普遍的に存在する。粘土鉱物を伴う場所は微生物に住処を提供できる。なぜなら、粘土鉱物の集合体は水、イオン、有機物の長期間の保持や電子の供受ができるからである。それゆえ、地球表層にはそのような微生物-粘土という集合体が普遍的に存在すると考えられ、自然の過酷な環境や人為的な汚染においてそれらがどのように振舞うかを知ることは、地球表層の物質循環を理解するうえで重要である。そこで、粘土鉱物を含む様々なシステムを設定して、微生物を培養した(R.ASADA, et al., 2004)。その結果、栄養塩や酸素レベルの変化に応じて、微生物の粘土鉱物への依存性が変化することが明らかになった。

このことは、極限環境である熱水中の粘土粒子と微生物、また、地下生物圏における粘土鉱物と微生物、の相互作用を考える上で有益な情報となる。2.粘土-重油-微生物相互作用重油で汚染された環境のバイオレメディエーションシステムの開発のために、実際に汚染された現場からの有用細菌の単離、および実験室での粘土鉱物を使った実験を行った。単離された細菌は1997年の日本海重油流失事故で被害にあった日本海側沿いの3つの海岸から得られた。それらは、長鎖の飽和炭化水素を効率よく分解し、重油の中でもよく育つことがわかった(Chaerun S.K., Tazaki K., Asada R., and Kogure K. 2004)。また、これらの細菌を重油だけでなく、海岸に普遍的に存在する粘土鉱物を混ぜて培養実験を行ったところ、混ぜない場合に比べてより細胞分裂が促進されることが明らかとなった(Chaerun S.K., TazakiK., Asada R., and Kogure K. 2005)。さらに、培地の中の粘土-重油-微生物の複合体の透過型電子顕微鏡観察により、粘土表面および端部への重油や細菌の吸着過程が明らかとなった。これは、粘土-重油-微生物相互作用によるバイオレメディエーションのプロセスを示している。