hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
構造化個体群ダイナミクスの数学的理論と感染症数理モデルへの応用

感染症流行の基本再生産数とその派生指標を時間変動環境で計算する方法を発展させるとともに,周期的環境におけるエンデミック閾値現象を解明した。またケルマック・マッケンドリック再感染モデルを構造化個体群モデルとして再定式化して、その数学的構造を明らかにするとともに、劣臨界分岐の存在条件を示し、無症候性感染や非臨床的感染の存在が劣臨界における流行を維持する可能性を明らかにした。体内におけるウィルス感染モデルによって、細胞間直接感染が体内のウィルス増殖に大きく寄与していることや、特定のHIVウィルスがパンデミックとなった要因としてある種のウィルスタンパク(HIV-1Vpu)の役割を定量的に明らかにした。構造化個体群ダイナミクスの具体的応用として4つの研究をおこなった。研究(1)では、年齢構造を持つホスト個体群に対するSIS型感染症流行モデルにおいて、パラメータが時間周期的である場合に、周期的なエンデミック解が存在する閾値条件を示した。特にホスト個体群が人口学的に定常状態にあるなら、基本再生産数が1より大きいという侵入条件が、同時にエンデミック周期解の一意的存在条件になるという一般的原理を、構造化個体群モデルで初めて確認することができた。これは一般的原理としてより普遍的な構造化個体群における感染症流行モデルへと拡張されると考えられる。研究(2)においては、ホスト人口が多種からなるSIRモデルにおいて、エンデミックな定常状態における安定性問題を考えるために、最近非常に発達してきた年齢構造化モデルにおけるリアプノフ関数の方法を用いている。まだ限定された条件下ではあるが、非常に困難な年齢構造化SIRモデルの定常解の大域安定性問題を一歩前へ進めた意義がある。研究(3)においては、人口学で利用されてきたパリティ拡大モデルを細胞増殖のモデルへ利用することで、様々な待機時間分布を利用している従来の各種のモデルが、統一的に扱えることを示した。また有限ステップでおわる過渡状態では基本再生産数はゼロになってしまい利用できない。そこで過渡状態における再生産率を捉える指標として世代拡大率(GPR)を定義した。研究(4)においては、具体的な感染症流行抑止の方法として、学級閉鎖をとりあげ、年齢階級を考慮した流行モデルによって、学級閉鎖の効果とコストの関係を検討した。その結果、流行のピークにおける閉鎖施策は有効だが、ピークは感染率に強く依存しているため、普遍的なガイドラインを提起することは難しいことがわかった。また長期的な閉鎖は有効でも、致命率が高くないのであればコスト的に引き合わないことが示された。(1)体内におけるHIV-1ウィルス感染においては、従来、血中のfree virusがターゲット細胞にとりついて細胞内に侵入したうえで、細胞内で増殖したウィルスが再び血中に放出されるというサイクルによって理解されていたが、近年では感染細胞と感受性細胞の接触によっても感染が引き起こされることが指摘されてきている。そこで九州大学の岩見准教授の研究グループと共同で、細胞間接触感染も考慮したウィルスダイナミクスの数理モデルを構築したうえで、実験系によって基本パラメータを実測して、細胞間接触による感染の効率を推定した。その結果、細胞間直接接触による感染が、世代時間を短縮し、基本再生産数を増加させることを定量的に明らかにできた。(2) HIV-1においては、エンデミック状態での感染者が有するウィルスロードにはおおきなばらつきがあることがわかっている。ウィルスロードは個体間の感染率に影響するから、体内におけるウィルスダイナミクスと個体群における流行は、個体の異質性を通じて相互作用していることになる。そこで、九州大学の岩見准教授の研究グループと共同で個体の異質性を考慮した個体群レヴェルにおける感染症流行モデルの開発をおこない、観測されたウィルスロードの分布から基本再生産数を推定する方法を開発した。さらに、実験研究者との共同により、HIV-1 M Vpuの有無によるパラメータ値の差を測定して、Vpuの存在がHIVパンデミックに大きく貢献していることを明らかにした。以上の研究は現在投稿中である。[1]ケルマック・マッケンドリックの再感染モデルを年齢構造化個体群モデルとして定式化して、そのエンデミック閾値現象を検討した。本モデルにおいては、免疫減衰による変動感受性と回復個体の再感染が考慮されており、各状態のホスト個体群は滞在時間に依存するパラメータをもつ。再感染モデルにおいては、再感染による疫学的な二次感染者再生産力の増幅がおこると、基本再生産数が1以下の劣臨界状況でも後退分岐によるエンデミック定常解が存在しうる。その場合には基本再生産数を1より低く保つという感染症予防原則が必ずしも感染症の根絶を導かない。本研究において、後退分岐の発生条件を求めるとともに、現実的な環境で劣臨界分岐が可能となるような状況を導くように基本モデルを拡張した。このことによって無症候性の感染が二次感染者の再生産力を引き上げているケースにおいては、劣臨界分岐がおきやすく、流行の抑止が困難になることが示唆された。またより現実的な応用へのステップとして、人口学的な年齢構造を導入してモデルを拡張してその侵入条件、定常解の存在条件を示した。[2]理論生物学、実験生命科学の研究者と共同で、(a)体内のウィルスダイナミクスのモデルを構築して、パラメータの実測値を得ることで細胞間直接感染によるウィルスの基本再生産数を定量化して、その寄与度が60パーセントと高い水準にあることを明らかにした。これはフリーウィルスによる間接感染を阻害しても治癒効果は限定されることを示唆している。

(b)また個体の異質性を考慮したHIV流行モデルを開発して、特定タイプのHIVウィルス(HIV-1M)がパンデミックとなって要因としてある種のウィルスタンパク(HIV-1Vpu)の存在が大きく貢献していることを定量的に明らかにした。感染症流行の基本再生産数とその派生指標を時間変動環境で計算する方法を発展させるとともに,周期的環境におけるエンデミック閾値現象を解明した。またケルマック・マッケンドリック再感染モデルを構造化個体群モデルとして再定式化して、その数学的構造を明らかにするとともに、劣臨界分岐の存在条件を示し、無症候性感染や非臨床的感染の存在が劣臨界における流行を維持する可能性を明らかにした。体内におけるウィルス感染モデルによって、細胞間直接感染が体内のウィルス増殖に大きく寄与していることや、特定のHIVウィルスがパンデミックとなった要因としてある種のウィルスタンパク(HIV-1Vpu)の役割を定量的に明らかにした。実験研究者との共同によって、ウィルスダイナミクスを記述する数理モデルのパラメータを実測して、(1)細胞間接触感染の効率、(2)VpuのHIVパンデミックへの影響、という二つの課題に対して、定量的に答える方法を提起することができた。基本数理モデルは理論的には単純なものであるが、定量化に成功したことは実践的に非常におおきな意義があった。数理人口学・数理生物学本研究で使用した数理モデルは、まだ多くの仮定のもとで単純化されたものである。それはデータの利用可能性によるやむを得ない制限であるが、理論としては非常に不十分なものである。したがって、現状においてはデータ制約によって定量化は困難であっても、個体の異質性、体内ダイナミクスを考慮したより精密な人口レベルでの感染症数理モデルの理論的な開発を一方で進めておくべきであると考えられる。そこで、今後はモデルの理論的拡張と、定量化手法の普遍化を進めたい。本課題の基本的な目的は個体群ダイナミクスにおける基本再生産数概念をできるだけ普遍的な環境において定義した上で、その応用可能性を示すことである。その点で、研究(1)においては周期環境におけるエンデミック定常解の分岐パラメータとして基本再生産数が機能することを初めて示巣ことができた意義は大きい。また(2)においては、年齢構造をもつ多状態SIRモデルに関して定常解の大域安定性の条件を、やはり基本再生産数によって与えることに成功している。研究(3)においては、同概念が適用できない細胞増殖の過渡過程に関して、代替的な指標を提案して、従来のモデルの統一をはかり、基本再生産数との関係も検討した。研究(4)では具体的な政策的含意を導けるような感染症数理モデルの分析において、同概念がキーアイディアとして利用されている。以上の点から、課題の達成は概ね順調に進展していると考えられる。講演会およびセミナー講師への謝金として想定した額が、予定通りには使用されなかった。これは実際の活動には影響はなく、講演者側の事情によるものであった。これまでの結果を踏まえて、今後の研究の方向性として以下の諸点を考えている:(1)確率的変動環境における基本再生産数の定義と年齢構造化モデルの開発
心不全患者における新しい体液量評価法を用いた診療体制の確立

2018年11月のアメリカ心臓協会年次学術集会にて慢性心不全患者における尿定性試験の有用性について発表を行った。尿定性試験異常は慢性心不全患者の独立した予後予測因子であることに加え、尿蛋白陽性は静脈圧上昇によって規定されていることを発表した。また、尿潜血陽性は肺動脈圧上昇によって規定されることを報告した。さらにそれらの尿定性試験異常は独立した予後規定因子であることを報告した。慢性心不全患者における尿定性所見の正常化を通してうっ血解除のメルクマールになりうることが示唆された。また、同学会および資本心臓病学会で慢性心不全における遠隔期、6か月後の腎機能の悪化が心予後を規定する重要な因子であることを解明したが、腎機能悪化の予測因子が心拍出量でなはなく、右房圧であることが判明し、うっ血解除の重要性が示唆された。2017年10月より、生体インピーダンスの測定を開始した。2019年5月1日現在、490症例の生体インピーダンス測定を行った。慢性心不全患者における生体インピーダンス測定における実測細胞外液量(M-ECW)と健常人における推定細胞外液量(P-ECW)の比が患者の患者の心不全増悪入院を予測する因子であることが判明した。M/P比が1以上の患者では明らかに心イベントが多かった。しかし、現在までのうっ血指標とは独立した指標であることが判明し、この意義については、今後さらなる検討が必要である。生体インピーダンス測定開始以降、患者のエントリーも500人程度まで進めることができ順調である。一方、外来診療における意義および炎症性サイトカイン、酸化ストレスマーカーとの関与について測定開始する予定であったが準備を進めている段階である。外来診療における意義および炎症性サイトカイン、酸化ストレスマーカーとの関与について測定開始する予定である。さらに、生体インピーダンス測定ガイド下治療を計画しており、倫理委員会申請をすすめている。2018年3月の日本循環器学会年次学術集会にて慢性心不全患者における尿定性試験の有用性について発表を行った。尿定性試験異常は慢性心不全患者の独立した予後予測因子であることに加え、尿定性試験異常(尿蛋白陽性、尿潜血陽性)は静脈圧上昇によって規定されていることを発表した。また、慢性心不全における遠隔期、6か月後の腎機能の悪化が心予後を規定する重要な因子であることを解明したが、腎機能悪化の予測因子が心拍出量でなはなく、右房圧であることが判明し、うっ血解除の重要性が示唆された(未発表、発表予定あり)。さらに、2017年11月のアメリカ心臓協会年次学術集会にて、胆道系酵素およびコリンエステラーゼ値がうっ血と深く関与していることを発表し、ALP,GGTP、コリンエステラーゼ値がうっ血評価指標になりうることを発表した。2018年5月1日現在、190症例の生体インピーダンス測定を行った。しかし、現在までのうっ血指標とは独立した指標であることが判明し、この意義については現段階では不明であり、今後さらなる検討が必要である。生体インピーダンス測定開始以降、患者のエントリーも半年で200人と順調である。また、本年度途中から外来診療における意義および炎症性サイトカイン、酸化ストレスマーカーとの関与について測定開始する予定で準備を進めている。

一方、外来診療における意義および炎症性サイトカイン、酸化ストレスマーカーとの関与について測定開始する予定であったが準備を進めている段階である。、本年度途中から外来診療における意義および炎症性サイトカイン、酸化ストレスマーカーとの関与について測定開始する予定である。さらに、次年度から生体インピーダンス測定ガイド下治療を計画しており、倫理委員会申請をすすめている。外来診療における意義および炎症性サイトカイン、酸化ストレスマーカーとの関与について測定開始する予定である。さらに、生体インピーダンス測定ガイド下治療を計画しており、倫理委員会申請をすすめている。次年度使用額は乗じていない前年度までに検体収集が不十分であった。その為次年度に炎症性サイトカイン、酸化ストレスマーカーとの関与について測定を行うための測定費用。
DNA高次構造と染色体ダイナミクス

t(11 ; 22)転座は、現在知られている唯一の反復性の生殖細胞系列染色体転座である。転座保因者は無症状だが、無精子症、反復性流産、子の染色体不均衡による先天異常など、再生産に問題が生じる。本研究では、2つの転座切断点をそれぞれベクターに組み込み、細胞株に導入すると転座反応が起きる、という転座のモデル系を確立した。この転座反応は切断点の配列が特殊な立体構造をとったときのみ発生し、このDNAの立体構造の異常によりDNAが不安定になることが、繰り返し起こる染色体転座の原因であることを証明した。ヒト染色体転座t(11;22)(q23;q11)は、現在までに知られている中での、唯一の反復性非ロバートソン転座である。本研究代表者はt(11;22)の11番、22番両染色体の切断点にはpalindromic AT rich repeat(PATRR)と呼ばれるAT含量の多い回文配列が存在することを報告し、それが生理的な条件で十字架構造DNAの立体構造をとるためゲノムが不安定になることが本染色体転座の原因であることを提唱している。また、代表者は、健常人から得た精子を材料として転座特異的PCRを用いた実験によって、ヒト生殖細胞において新生t(11;22)が高頻度に存在することを報告した。本年度の研究では、t(11;22)転座の11番染色体側切断点にあるPATRRの欠失多型を詳細に解析した。そして、精子での新生転座の発生頻度が、この多型によって変化すること、十字架型をとりやすいPATRRアリルを持っている人ほど新生転座の発生頻度が高いことを報告した。また、欠失の断端と転座切断点との比較から、欠失と転座の発生はメカニズムが異なること、欠失にはDNA複製のエラーが関与していることを証明した。精子における新生転座の発生頻度が年齢によって変化しないことを発見し、この事実は発生メカニズムの仮説をサポートした。また、動物細胞を用いた転座発生のモデルシステムを構築し、PATRRによる転座が十字架型DNAを介していることを、DNAの立体異性体を用いて証明した。本研究代表者はt(11;22)転座の11番、22番両染色体の切断点にはpalindromic AT rich repeat(PATRR)と呼ばれるAT含量の多い回文配列が存在することを報告し、それが生理的な条件で「十字架型」DNAの立体構造をとるためゲノムが不安定になることが本染色体転座の原因であることを提唱している。また、代表者は、転座特異的PCRを用いた実験によって、ヒト精子においてのみ新生t(11;22)が高頻度に存在することを報告した。本年度の研究では、ヒト細胞株を用いたt(11;22)転座のモデル系を構築した。11番、22番両染色体の切断点にあるPATRRをそれぞれ別のプラスミドに組み込み、細胞内で転座様反応がおこるとGFPレポーター遺伝子が発現するように設計した。そして、これら2つのプラスミドをヒト細胞株に同時に導入すると、ヒトt(11;22)転座と同様の切断点の性質を持つ組換え反応がおこることを、転座特異的PCRとGFPレポーターの発現により証明した。これらのプラスミドの「十字架型」「非十字架型」の立体異性体を作成して種々の比率で混合した上で細胞に導入し転座様反応を定量すると、転座様反応が「十字架型」DNAの率と相関したことから、PATRRによる転座が「十字架型」DNAを介していることを証明した。また、この細胞株のゲノムに存在する内因性のPATRR同士は転座反応をおこさないことから、t(11;22)転座の精子特異性は「十字架型」DNAの存在に依存することがわかった。そして、siRNAの同時導入により、この転座様反応がArtemisヌクレアーゼによるヘアピン先端の切断反応が必須であることを証明し、十字架型DNAから転座反応に至る分子メカニズムを示した。
複製開始点の選択と活性化機構の解明

分裂酵母複製開始必須因子Sld3のN末端119アミノ酸領域は互いに相互作用し、Sld3タンパク質を安定化すると共に、2分子のSld3を複製開始点に供給する役割を担うことを示した。また、分裂酵母生細胞での複製開始点をlacO/LacI-GFPにより可視化した解析により、染色体腕部のTaz1依存的後期開始点は核膜に局在し、さらにG1/S期特異的にテロメアに隣接することを発見した。後期複製開始点は近傍にあるテロメア配列にTaz1が結合し、テロメアにあるshelterin複合体との相互作用を介してテロメアに近接し、テロメアにあるRif1-PP1(脱リン酸化酵素)により制御されることが示唆された。【1】複製開始点活性化におけるMcm10の役割の解明:複製開始過程では、G1期にMcm2-7六量体が2つ結合したダブル六量体として染色体複製開始点に結合するが、複製開始過程のいずれかでMcm2-7シングル六量体となって複製フォーク形成に至る。どの段階でダブル六量体からシングル六量体に分離するかを明らかにするため、分裂酵母S. pombeのmcm4+をmcm4-PAタグを付加し、さらにタンデムにmcm4-9mycタグ遺伝子を組みこんだ株を作成した。この株では、Mcm4-PAとMcm4-9mycタンパク質が等量発現し両者ともMcm2-7複合体として機能を有することを確認した。【2】複製開始点活性化タイミング制御における核内局在の役割解明:分裂酵母を用いて複製タイミング制御と核内局在の関連を明らかにするため、テロメア因子Taz1, Rif1に制御される後期複製開始点3個所と初期開始点2個所の近傍にlac0リピートを組み込み、発現させたLacI-GFPのシグナルを高解像度顕微鏡で解析した。核膜とテロメアとの相対位置をそれぞれIsh1-mCherryとTaz1-mCherryで検出し、統計的解析を行った。後期開始点は細胞周期を通じて核膜内縁に局在し、さらにG1-S期にテロメアに隣接を示したのに対し、初期開始点は核内のランダムな局在を示した。これらの後期開始点特異的局在は、複製タイミング制御に必要な「開始点に隣接するテロメア様配列」と、Taz1, Rif1に依存し、時間的空間的制御がともにテロメア因子により制御されることが示唆された。【3】複製開始因子Sld3の機能解析:Sld3はS期での複製開始点活性化過程で、Mcm2-7ダブル六量体がDDKキナーゼでリン酸化されると最初に結合する重要因子であり、その結合に必要な機能ドメインを解析した。Sld3のN末は効率のよい複製に必須であり、N末同士が相互作用することを見いだした(遺伝研、田中誠司博士と共同研究)。複製タイミング制御に関しては、後期開始点と初期開始点の核内局在が大きく異なることを示す統計的結果を得ることができ、さらにテロメア因子への依存性など多くの新たな知見が得られた点で大きく進捗した。また、複製開始過程でのヘリカーゼ活性化メカニズムを解明する計画においては、異なるタグを付加したMcm4を同時に発現させることに時間を要しやや計画が遅れた。【1】複製開始点活性化タイミング制御における核内局在の役割解明:分裂酵母を用いて複製タイミング制御と核内局在の関連を明らかにするため、初期ならびに後期複製開始点3個所と初期開始点の近傍にlac0リピートを組み込み、LacI-GFPのシグナルを高解像度顕微鏡で解析した。核膜ならびにテロメアとの相対位置をそれぞれIsh1-mCherryとTaz1-mCherryで検出し、統計的解析を行った結果、Taz1依存的後期開始点は細胞周期を通じて核膜内縁に局在しG1-S期特異的にテロメアに隣接を示した。これらの局在は、複製タイミング制御に必要な、複製開始近傍のテロメア配列、Taz1, Rif1に依存した。いっぽうRif1依存的後期開始点や初期開始点は上記の局在を示さなかったことから、これらの後期開始点特異的局在は、複製タイミング制御に重要であると考えられる。【2】テロメア結合因子Rif1の機能解析:1400アミノ酸からなるRif1の部分断片を公募Two-hybrid系を用いて、Taz1あるいはRif1同士の相互作用に必要な領域を限定し、点突然変異を導入してTaz1との相互作用の欠損変異を分離した。【3】複製開始因子Sld3の機能解析:S期での複製開始点活性化過程で最初に結合する重要因子であるSld3のN末100アミノ酸領域がSld3同士の結合に必要であり、効率よい複製開始に重要であることを見いだした(遺伝研、田中誠司博士と共同研究)。複製タイミング制御に関しては、後期複製開始点特異的な核内局在を同定し、テロメア因子への依存性など多くの新たな知見が得られた点で大きく進捗し、論文投稿準備中である。また、Rif1の機能ドメインを限定し、それぞれの機能と複製開始制御ならびに核内局在での役割を解析中である。複製開始タイミング制御機構に核内局在が関与することを解析するため、複製開始点近傍に挿入したlacOに結合するLacI-GFPのシグナルをIsh1-mCherry(核膜)あるいはTaz1-mCherry(テロメア)との局在解析により生細胞で解析し、Taz1依存的後期開始点が細胞周期間期に核膜に局在し、さらにG1/S期特異的にテロメアに隣接することを発見した。

核膜タンパク質Bqt3/4はTaz1依存複製開始点の核膜局在に必要であるが、Taz1依存複製開始点のテロメア近接には必要ではなく、また後期タイミング制御にも不要であった。よって、核膜局在は、複製タイミング制御機構に関与しないことが結論された。いっぽう、テロメアタンパク質shelterin複合体は、テロメアの複製タイミング制御には関与しないが、染色体内部のTaz1依存後期開始点のテロメア隣接とタイミング制御に必要であり、遠く離れた染色体内部に結合したTaz1との相互作用を介し、テロメアに近接させる役割を担うと考えられた。これらの結果から、テロメア結合タンパク質Taz1とshelterinは染色体内部の複製開始点をテロメアに近接させ、Rif1-PP1により、複製に必須のリン酸化反応を阻害して複製タイミングを制御することが示唆された。Rif1の機能ドメイン解析の結果、N末端領域のPP1結合モチーフが複製開始制御に重要であり、中央部のHEATリピートを介してTaz1と結合し、さらにC末端領域50アミノ酸(CTD)を介してRif1同士が結合することが明らかとなった。これらはいずれも、複製タイミング制御に重要である。分裂酵母複製開始必須因子Sld3のN末端119アミノ酸領域は互いに相互作用し、Sld3タンパク質を安定化すると共に、2分子のSld3を複製開始点に供給する役割を担うことを示した。また、分裂酵母生細胞での複製開始点をlacO/LacI-GFPにより可視化した解析により、染色体腕部のTaz1依存的後期開始点は核膜に局在し、さらにG1/S期特異的にテロメアに隣接することを発見した。後期複製開始点は近傍にあるテロメア配列にTaz1が結合し、テロメアにあるshelterin複合体との相互作用を介してテロメアに近接し、テロメアにあるRif1-PP1(脱リン酸化酵素)により制御されることが示唆された。後期複製開始点が核膜ならびにテロメアへの隣接することがタイミング制御に必要であるか、あるいは核内局在と複製タイミング制御には直接の因果関係がないのかを明らかにすることが重要と考えている。複製開始点をテロメア近傍に人為的に繋ぎとめる(tether)して、後期タイミングに制御されるかどうかを明らかにする。複製開始でのヘリカーゼ活性化機構については、G1期でのダブル六量体検出を行い、さまざまの複製開始欠損条件でダブル六量体の量的変化を計測する。後期複製開始点が核膜ならびにテロメアへの隣接することがタイミング制御に必要であるか、あるいは核内局在と複製タイミング制御には直接の因果関係がないのかを明らかにすることが重要と考えており、複製開始点をテロメア近傍に人為的に繋ぎとめる(tether)する実験系を構築中である。これにより因果関係を明らかにしたい。今年度中に評価の高い雑誌に掲載を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。分子遺伝学29年度が最終年度であるため、記入しない。
敗血症と白血球核DNAエントロピー：人工知能による核DNA画像特徴の試み

敗血症の予後改善を改善するには、潜在的に重症化の可能性のある患者をいかに早く見つけ、有効な早期介入を行えるかにかかっている。本研究は、敗血症の重症化予測システムとして、塗抹検体レベルの好中球核DNAの染色を最先端の人工知能技術である深層機械学習を用いて解析し、集中治療室入室時点でその後の重症化を予測するという、究極の敗血症重症化予測診断法の確立を目指す。
細菌を用いたアンチポーターの機能と膜への組み込み装置の研究

高等植物のK+チャネルKAT1には6回の膜貫通領域がある。このうちの3番目と4番目の膜貫通領域は一つずつでは膜に組み込まれる事は無く、一緒に組み込まれる事を見いだした。この,二つの膜貫通領域が膜に同時に組み込まれるという様式は初めて見いだされたものである(研究発表1,2)。この結果は,まだ見つかっていない膜へ組み込みと膜新生の装置があることを示唆している。新しい膜への組み込み様式を理解するためには、さらに研究が必要である。関連する研究結果をまとめると以下の通りである。(1)K^+取り込み系KtrやTrkHには、K^+チャネルのK^+透過孔が存在するという実験結果が得られた。(研究発表3)(2)K^+取り込み系Ktrは、KtrAとKtrBという2種類のタンパク質がK^+取り込み活性に必要であると報告されているが、光合成細菌のKtr系は、もう一つのタンパク質KtrEが必要であることがわかった。(研究発表4)(3)腸炎ビブリオの生育はK^+で阻害されるので、K^+に毒性があり、それを軽減するためにK^+排出系が必要であり、K^+を排出する新たなK^+/H^+アンチポーターであるNhaP2を発見した。(研究発表5)(4)大腸菌のCa^<2+>/H^+アンチポーターであるChaAはNa^+/H^+アンチポーターであることが知られていたが、同時にK^+を濃度勾配に逆らって排出するK^+/H^+アンチポーターであり、K^+毒性を軽減することを明らかとした。(研究発表6)(5)耐塩性植物創世に関して、淡水生の光合成細菌にNa^+/H^+アンチポーターを、淡水生の光合成細菌にマングローブのベタイン取り込み系遺伝子を、イネにNa^+/H^+アンチポーター遺伝子を導入すると海水で生育できるようになった。(研究発表それぞれ7,8,9)(6)光合成細菌の耐塩性の関与するNa^+/H^+アンチポーターNapAを3種類比較検討を行った。(研究発表10)(7)光合成細菌のCa^<2+>/H^+アンチポーターCAXを分離し、その活性を検討した。(研究発表11)(8)放線菌の抗がん剤を作る遺伝子の発現制御に係わる遺伝子の研究を行った。(研究発表12-15)(9)恙虫病の原因菌の毒性の差は、宿主に対する免疫応答を引き起こすかどうかである事を明らかにした。(研究発表16)高等植物のK+チャネルKAT1には6回の膜貫通領域がある。(研究発表16)大腸菌も海洋性の細菌であるVibrio alginolyticusもH^+駆動力を消費してNa^+を排出するNa^+/H^+アンチポーターNhaAとNhaBを持つことで耐塩性になっている。

我々はVibrioのNhaBの構造と機能を検討してきた。この膜蛋白質をコードするnhaB遺伝子に部位特異的に変異を導入し、膜貫通領域に保存されている147番目のAsp(酸性アミノ酸)をMetに変えた変異蛋白質を膜に発現させると、おそらくNa^+の流入路となり、大腸菌が死ぬ事を見いだした。NhaBD147M変異体遺伝子をlacプロモーターの下流に置き、IPTGで誘導すると、もし膜への組み込み装置が正常に働く場合には細胞毒性を発揮し細胞は死ぬけれど、もし膜への組み込み装置に異常があれば、余分な膜蛋白質の膜への組み込みが十分に起きず死なないと想定した。そこで、独立に選択された温度感受性変異株(ts株)に遺伝子を導入しIPTG誘導したところ、予想どうり、多くの死ぬ株の中から、死なない株が11株選択できた。今後、大腸菌の染色体遺伝子のバンクを作り、これらのts株を補うプラスミドを選択し、そのプラスミドを導入するとNhaBD147MをIPTG誘導する事で細胞が死ぬ事を確認する予定である。さらに、選択したプラスミドの中から、どの遺伝子がこれらの現象の原因か特定し、この中に膜への組み込み装置の遺伝子(yidCやsecYEG)が含まれるか検討する計画である。膜蛋白質は、細菌からヒトまで、細胞の生命活動に重要な役割を演じている。トランスポーターと呼ばれる膜蛋白質は、様々な化学構造を持つ物質を細胞内外へ輸送する。もし、トランスポーターの機能が損なわれたら、細胞は生命を維持する事ができない。これまでに、少なくとも6種類のトランスポーター(と4種類のチャネル)の3次元構造が明らかにされ、その構造が驚くほど複雑である事が明らかとなった。膜蛋白質の複雑な3次元構造は、アミノ酸配列から自動的に組み立てられるのであろうか?細菌の細胞膜と、動物細胞の小胞体膜においては、膜蛋白質の膜への組み込みにSec系が中心的役割を担っている事が明らかにされている。我々は、膜蛋白質の膜への組み込みに働くまだ見つかっていないプレーヤーが存在するのではないかと予想し実験を行っている。細胞毒性が有る膜蛋白質(トランスポーター)の遺伝情報を、lacプロモーターの下流に組み込んだプラスミドを導入した、温度感受性変異株(ts株)に、IPTGを加えると、通常は生育が止まる。IPTGを加えても生育が阻害されない11株を選択した。大腸菌の染色体を組み込んだプラスミドのバンクを作成した。先の11のts株の中から、4株において、42°Cでの生育を補うプラスミドをバンクの中から選択する事ができた。選択したプラスミドを導入したts株は、細胞毒性が有る膜蛋白質をIPTG誘導すると、菌の生育は強く阻害されるようになった。4株を補うプラスミドは、それぞれ異なった染色体の位置にある遺伝子をコードしていた。現在、これらの遺伝子が変異した結果、細胞毒性有る膜蛋白質を発現誘導しても、何故、細胞が死ななくなったのか検討を進めている。生体反応に関与する代表的なカチオンとして、Na^+、K^+、Ca^<2+>、Mg^<2+>などがある。カチオンは(H^+を除き)細胞内で合成できず、代謝もできないので、生体膜を隔てたカチオンを通過させる事ができる膜蛋白質だけが細胞内カチオン濃度の調節を行う事ができる。そのために、ヒトや細菌の細胞ではNa^+/H^+交換輸送系やカチオンチャネル、ヒト細胞ではNa^+/H^+-ATPaseや細菌ではK^+取り込み系などのカチオンを輸送する数多くの膜蛋白質が存在する。
CD169陽性マクロファージの分化制御機構の解明

1)CD169陽性マクロファージの分化経路の決定平成25年度までの研究で、CD169発現細胞を可視化したfate map mouse(CD169-Cre-YFPマウス)を作製した。このマウスの解析により、CD169発現マクロファージの分布はこれまで想定されていたようなリンパ臓器にとどまらず、皮膚、肝臓、腎臓、脳、消化管など広く全身の臓器に及ぶことが明らかになった。組織常在マクロファージはその分化経路により骨髄単球由来と卵黄嚢由来の2集団に大別できる。CD169陽性細胞に占める骨髄単球由来細胞の寄与率を検討するため、CD169-Cre-YFPマウスと蛍光タンパクを発現しないRosa26-YFPマウスを並体融合し、Rosa26-YFPマウスの各組織におけるYFP陽性細胞の頻度をフローサイトメトリーで検討した。3か月後のRosa26-YFPマウスの脳ではYFP陽性細胞をほとんど認めなかったのに対し、腎臓、消化管にはわずかながらYFP陽性細胞が認められた。この結果は、脳のCD169陽性マクロファージがミクログリア同様卵黄嚢由来であるのに対し、後者のCD169陽性マクロファージの少なくとも一部は骨髄単球に由来することを示唆する。2)CD169遺伝子の発現制御因子の探索リンパ節、大腸、骨髄から、CD169陽性および陰性のマクロファージをセルソーターで分取し、3臓器のCD169陽性細胞集団で共通して強発現する転写因子をマイクロアレイ法で検索した。これまでに候補遺伝子のノックアウトマウスを入手し、各臓器におけるCD169陽性マクロファージの頻度や機能を検討している。26年度が最終年度であるため、記入しない。1)CD169陽性マクロファージの分化経路の決定組織常在マクロファージは、骨髄幹細胞から定常的に移入する単球を経て分化する亜集団と、卵黄嚢に由来する幹細胞が局所で分化・増殖を繰り返す亜集団とに大別されるが、CD169陽性マクロファージがどちらに属するかは解明されていない。平成25年度の研究で、CD169遺伝子座にimprovedCre遺伝子を挿入したマウス(CD169-Creマウス)を作製し、これをRosa26-YFPレポーターマウスと交配した。免疫組織化学、およびフローサイトメトリーによる解析で、CD169発現細胞がこれまでの報告通り2次リンパ臓器(脾臓辺縁帯、リンパ節)に局在することを確認した。このCD169-Cre-YFPマウスを用いることで生体におけるCD169遺伝子の発現を時間的・空間的に追跡することが可能となった。2)CD169陽性マクロファージ特異的転写因子の探索平成25年度の研究で、骨髄からCD169陽性マクロファージおよびCD169陰性単球、好中球をセルソーターで分取し、マイクロアレイを用いてCD169陽性分画にのみ強発現する転写因子を複数同定した。今後、それら候補転写因子のCD169分子発現に対する影響を、M-CSF誘導骨髄由来マクロファージにおけるCD169分子の発現を指標にsiRNA法で検討する。ここまでの研究でCD169分子の発現制御遺伝子が同定できたならば、さらにその遺伝子のノックアウトマウスを作製し、生体におけるCD169分子の発現を検討する。これまで、常在マクロファージの亜集団がCD169分子を発現し2次リンパ臓器に局在することは知られていたが、当マクロファージの分化経路の解析は全く行われていなかった。

この疑問に答えるため申請者はCD169レポーターマウスを世界で初めて作製し、CD169発現マクロファージがレポータータンパクを発現することを確認した。このマウスを用いることで、CD169遺伝子の発現を、生体内で、字空間的に解析することが可能になるのみならず、CD169発現細胞特異的ノックアウトマウス作製にも広く応用できる。また申請者は、新たな抗CD169モノクローナル抗体を作製し、骨髄からCD169発現細胞および非発現細胞をセルソーターで効率よく分取する実験系を樹立した。この系を用い、CD169陽性細胞選択的に強発現する転写因子の同定に至った。以上、平成25年度に達成した成果から、本研究はおおむね当初の計画通りに進展していると判断した。平成25年度に同定したCD169陽性骨髄細胞特異的に発現する遺伝子(転写因子)の、CD169遺伝子発現調節における役割をまずin vitroで検討する。申請者は、骨髄細胞をM-CSF存在下で培養することで、CD169発現マクロファージを誘導できることを見出している。この系を利用し、同定した転写因子をsiRNA法でノックダウンし、M-CSF誘導骨髄マクロファージのCD169発現に及ぼす影響を検討する。転写因子の欠損がCD169分子の発現を阻害することが確認できたならば、当該遺伝子のノックアウトマウスを入手あるいは作製し、生体におけるCD169発現細胞の有無や組織形成、疾患モデルに及ぼす影響を解析する。
メナキノン新規生合成経路をターゲットとした抗ピロリ菌剤の開発

微生物のメナキノン新規生合成経路(フタロシン(FL)経路)の詳細な解析を行った。その結果、FL経路の初発反応は3タイプあることが解った。(1)FLを生成後、デヒポキサチニルフタロシン(DHFL)へ変換、(2)アミノデオキシフタロシン(AFL、FLが持つイノシンの代わりにアデノシンを持つ化合物)を生成後、脱アミノ化し、DHFLへ変換、(3)AFL生成後、直接DHFLへ変換。また、天然物からの抗ピロリ菌リード化合物の探索も行い、2つの候補化合物を得た。メナキノンは、微生物にとって電子伝達系成分として生育に必須である。筆者は、ピロリ菌などの病原微生物や、放線菌などでは、メナキノンが今まで知られていた経路とは全く異なるフタロシン(FL)経路で生合成されることを以前見出した。新規経路の4つの遺伝子は、多くの微生物では染色体上に点在しているが、ゲノム解析が終了しているAcidothermus cellulolyticusでは、2か所でクラスターを成していると推定された。その一方には、アデノシンデアミナーゼと推定される遺伝子(ADase, Acel_0264)が含まれることから、アミノデオキシフタロシン(AFL,フタロシンが持つイノシン部位の代わりにアデノシン部位を持つ化合物)が中間体である可能性が考えられたため、その検証を行った。化学合成したAFLとA.cellulolyticus由来の組換えADaseを反応させた結果FLが生成した。また本株のMqnB(FLハイドロラーゼ)はAFLとは反応せずFLのみを基質としデヒポキサチニルフタロシン(DHFL)が生成した。従って本株では、AFL→FL→DHFLと生合成されると推定された。他方ピロリ菌のMqnBは、他の微生物のMqnBとの相同性が低くFLを基質としなかった。そこでAFLを基質に用いた結果、AFLからのみDHFLが生成したことから、DHFLはAFLから直接生成することが判明した。以上、FL経路の初発反応には多様性があることを示した。また天然物からの抗ピロリ菌リード化合物の探索も行った。最初に、2種類のBacillus属細菌を用いた系で一次スクリーニングを行った。同じBacillus属に属しながら、Bacillus haloduransがメナキノン生合成の際、新規経路を使うのに対し、Bacillus subtillsは既知経路を使う。そこで、前者に対してのみ抗菌作用を示す化合物を放線菌・カビの培養液中に探索した。その結果、放線菌が生産する分岐鎖脂肪酸がFL経路を特異的に阻害することが解った。筆者は、ピロリ菌などの病原微生物や放線菌などでは、メナキノンが今まで知られていた経路とは全く異なるフタロシン(FL)経路で生合成されることを見出し、その概略を明らかにしたが、初発反応であるFL(ピロリ菌などでは、アミノ体のFL)の生成機構は不明であることから解析を行った。これまでに初発反応に必須な酵素としてMqnA酵素を見出しているが、初発反応がコリスミ酸、フォスフォエノールピルビン酸、イノシン(アデニン)と3つの基質を縮合する複雑な反応であることから、更なる酵素の関与が推定されたため、その同定を試みた。ゲノムデータベースを探索すると、放線菌Acidothermus cellulolyticusやStreptomyces coelicolorでは、メナキノン新規生合成経路に関与する遺伝子群が染色体上で2-3か所にクラスターを成している。両株では、クラスター内に何れも機能未知とされるRadical SAM酵素を含んでいる。通常、クラスター内には関連遺伝子が含まれることから本遺伝子の破壊を試みた。両放線菌では、Radical SAM酵素遺伝子が、何れも他の遺伝子群とポリシストロニックに転写されると推定され、Radical SAM酵素遺伝子の破壊が下流遺伝子の発現に影響を及ぼす恐れがあることから、本遺伝子オーソログが単独で転写される微生物をゲノムデータベースに探索した結果、Thermus thermophilusが目的株であることが分かった。そこで本株を用いて遺伝子破壊を行った結果、破壊株はメナキノン要求性を示し、さらに生育がFLの添加で回復したことから、本Radical SAM酵素が初発反応に関与することが明らかになった。天然物からの抗ピロリ菌リード化合物の探索も継続した。同じBacillus属に属しながら、Bacillus haloduransがメナキノン生合成の際、新規経路を使うのに対し、Bacillus subtilisは既知経路を使う。

その結果、新たに2つの候補化合物を得た。メナキノンは、微生物にとって電子伝達系成分として生育に必須である。筆者は、ピロリ菌などの病原微生物や放線菌などでは、メナキノンが今まで知られていた経路とは全く異なるフタロシン(FL)経路で生合成されることを見出し、その概略を明らかにしたが、初発反応であるFLの生成機構は不明であることから解析を行った。また4番目の反応でありMqnDが触媒するcyclic dehypoxanthine futalosine (DHFL)から1,4-dihydroxy-6-naphtoate(DHN)が生成する反応についても解析を行った。初発反応に関しては、昨年度、MqnAに加えRadical SAM酵素も必要であることを遺伝子破壊により証明した。そこで今年度、両遺伝子をFL経路を持たない大腸菌で発現させFLが生成するか検討した。Thermus thermophilusが持つ隣接するMqnA(TTHA0803)とRadical SAM酵素(TTHA0804)を2つのベクターを用いて個別に発現させた結果、両者ともに可溶性に発現できた。そこで本形質転換株を種々の培地・培養条件で培養後、FLを探索したが検出できなかった。CyclicDHFLはMqnDによりDHNへと変換される際、炭素3のdihydroxyacetoneかmalondialdehydeが脱離すると推定される。そこでLC/MSにより解析した結果、前者の生成を示唆する結果を得た。天然物からの抗ピロリ菌リード化合物の探索も継続した。Bacillus haloduransがメナキノン生合成の際、新規経路を使うのに対し、Bacillus subtilisは既知経路を使う。そこで、前者に対してのみ抗菌作用を示す化合物を放線菌・カビの培養液3,000サンプルに探索した。その結果、新たに3つの候補化合物を得た。未解明である初発反応に関して、既知のMqnA酵素に加え、Radical SAM酵素も関与することを明らかにした。阻害剤の探索も順調に推移している。24年度が最終年度であるため、記入しない。今回用いた手法で、クラスター内の機能未知遺伝子がさらに初発反応に関与するか検討する。また、初発反応にRadicalSAM酵素が関与することが明らかになったので、本酵素の機能解析も行う。しかし、Radical SAM酵素は酸素感受性であり、in vitroの実験は酵素調製から反応に至るまで完全嫌気の条件で行う必要がる。設備的に本実験は困難であることから、最初に大腸菌などを用いた異種宿主発現により検討する。具体的には、MqnAとRadical SAM酵素遺伝子を大腸菌で発現させFLが生成するか検討する。阻害剤に関しては、候補化合物の精製・構造解析を行う。さらにスクリーニングも継続する。
細胞微細構造・細胞壁多糖およびゲノム情報で探る褐藻類多細胞進化の鍵

ストラメノパイル系統群の中で褐藻類だけが大型で複雑な多細胞の組織を発達させた要因を明らかにするため、褐藻類とその近縁系統群を対象に18S rDNA, rbcL, psaA, psbA, psbC遺伝子を用いた分子系統解析、網羅的cDNA塩基配列解析による細胞壁構成多糖の生合成系の解析、抗体を用いた細胞壁構成多糖の局在解析および電子顕微鏡を用いた細胞分裂時の膜構造の変化などの解析を行った。ストラメノパイル系統群(不等毛藻類)の中で褐藻類だけが大型で複雑な多細胞体制の藻体を進化させ、藻場を作るなど沿岸生態系の最も重要な構成要素となったが、分子系統学的解析において褐藻類と近縁であることが示唆される系統群の中には単純ではあるが多細胞体制を作るものも含まれる。そこで本研究では、褐藻類とその姉妹群の系統関係をより詳細に明らかにするとともに、褐藻類の多細胞進化に重要な役割を果たしたと考えられる、細胞分裂・細胞壁形成・細胞間連絡などに関わる細胞構造の微細構造解析と、それに関わる遺伝子の解析を行った。本年度は褐藻類とその近縁系統群を対象に18S rDNA,rbcL,psaA,psbA,psbC,atpB遺伝子の塩基配列情報を用いた多遺伝子系統解析を行った。その結果、褐藻綱+シゾクラディア藻綱、クリソメリス藻綱+黄緑藻綱+ファエオタムニオン藻綱+アウレアレナ藻綱の2系統群の姉妹群関係を示唆する結果が得られたが、統計的な信頼度が充分ではなくさらに検討が必要であり、ocm3遺伝子を含めた解析を進めている。また、褐藻類の姉妹群シゾクラディア藻のEST解析を行った.これに基づき褐藻シオミドロおよび珪藻類の全ゲノム情報との比較解析を進めている。また、アルギン酸抗体を用いて、免疫電顕法により褐藻類と近縁なシゾクラディア藻、アウレアレナ藻、ファエオタムニオン藻、黄緑色藻、クリソメリス藻などの細胞壁及び細胞外粘質層におけるアルギン酸の分布を調査したほか、フコイダンの抗体作製を進めている。本年度は昨年度に引き続き褐藻類とその近縁系統群を対象に18SrDNA, ebcL, psaA, psbA, psbC, atpB,遺伝子の塩基配列情報を用いた多遺伝子系統解析を行った。その結果、褐藻綱+シゾクラディア藻綱、クリソメリス藻綱+黄緑藻綱+ファエオタムニオン藻綱+アウレアレナ藻綱の2系統群の姉妹群関係を示唆する結果が得られ、統計的な信頼度を改善するための解析を進めている。また、褐藻類の進化の過程でもっとも初期に分岐し、また単純な組織構造を示すディスコスポランギウム目のDiscoporangium mesrthrocarpumの大量培養を行い、そのEST解析を行った.これに昨年度得たシゾクラディア藻のゲノム情報を加えて、褐藻類とシゾクラディア藻における細胞的多糖合成に関わる遺伝子構成とその進化について考察を行った。また、フコイダンの新奇抗体を作成し、蛍光抗体法、電子顕微鏡観察による褐藻及びシゾクラディア藻ほかの細胞分裂過程の詳細な検討を行った。ストラメノパイル系統群の中で褐藻類だけが大型で複雑な多細胞体制の藻体を進化させたが、分子系統学的解析において褐藻類と近縁であることが示唆される系統群の中には単純ではあるが多細胞体制を作るものも含まれる。本年度は昨年度に引き続き褐藻類とその近縁系統群を対象に18S rDNA, rbcL, psaA, psbA, psbC, atpB遺伝子の塩基配列情報を用いた多遺伝子系統解析を行った。また褐藻類の姉妹群で多細胞体制を作る黄緑色藻のファエオタムニオンの大量培養を行い、その網羅的cDNA解析を行った。これに昨年度までに得たシゾクラディア、ディスコスポランギウムおよびシオミドロのゲノム情報を加えて、細胞的多糖合成に関わる遺伝子組成について考察を行った。

その結果、フコイダン生合成系に関与する酵素はディスコスポランギウムではシオミドロより総数は少ないが、代謝経路を完結できると考えられるのに対して、シゾクラディア、ファエオタムニオンではゲノム情報から推定される既知の酵素のみでは代謝経路を完結できないと予想された。しかしフコイダンの新奇抗体を作成し、蛍光抗体法、電子顕微鏡観察による褐藻、シゾクラディア藻、黄緑色藻の細胞壁における局在を調べた結果、これらの何れの系統群でもフコイダンの存在を示す結果が得られた。このため、既知の酵素とは塩基配列が大きく異なる酵素系を持っている可能性が示唆された。また褐藻内では祖先的な種であるディスコスポランギウムでは、ツルモなどのより派生的な種と比べるとフコイダンが量的に少ないことが示唆された。多遺伝子解析による褐藻とその姉妹群の系統解析については、ほぼ順調に解析がすすんでいる。また褐藻類の姉妹群であるシゾクラディア藻と、褐藻類で最も祖先的なディスコスポランギウムのETS情報が得られたことで褐藻類の多細胞化に関わる機能的な要素として重要な、細胞壁形成に関わる多糖類の生合成系の違いを遺伝子レベルで比較できた。また、細胞分裂における微細構造の違いも解析が進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。褐藻類とその姉妹群の分子系統解析をさらに進め、より信頼度の高い分子系統樹を構築する。また、これらの系統群のEST情報に基づき、細胞壁多糖生合成系の進化について検討を進める。これらの結果と、細胞分裂過程の微細構造解析結果を比較検討し、褐藻類における多細胞化の鍵となった要素について考察する。
断片知識論の検討とそれに基づくカリキュラムの開発と実践

本研究の核心をなす問いは次のようなものである。誤概念研究や構成主義的な学習カリキュラムの開発・実践・評価に対して、断片知識論は科学的理論としての有用性をいかに発揮するか?あるいは発揮するためにはどのような理論の精緻化や拡張が必要か?また、この問いを受けて、本研究の目的を次のように設定する。断片知識論を明示的に用いて先行誤概念研究data(実践記録)の再解釈を行い、それを元に構成主義的な学習カリキュラムを開発・実践・評価し、理論の精緻化や拡張の方向性を明らかにすること。
成体生理機能における胎生期形成DNAメチル化修飾の役割

胎生期のエピジェネティック状態が成体期の生理機能に影響を及ぼすことが示唆されているが、その因果関係を明確に示した例は限られている。本研究はマウスを動物モデルとして用い、ゲノムDNAメチル化形成過程を制御するDNAメチル化酵素の機能を、胎生期特異的に欠損もしくは回復させることによって、胎生期におけるエピジェネティクス形成が成体の生理機能に与える影響を明らかにする。
金属燃料の高温熱容量測定

1.合金試料の作成最も有望視されている組成であるU_<0.80>Zr_<0.20>とU_<0.80>Mo_<0.20>合金をプラズマジェット溶融法により作成した。作成後、状態図に従って十分低温相が安定に存在する温度823および773Kで3日間それぞれ焼鈍した。X線回折から、それぞれU(α)+δ-UZr_2およびU(α)+γ′-U_2Mo2相共存試料であることを確認した。2.熱容量測定断熱走査型および直接加熱パルス型熱量計を用いて室温から1300Kの範囲の熱容量を測定した。U_<0.80>Zr_<0.20>の熱容量には4種類の転移(α+δ→α+γ,α+γ→β+γ,β+γ→γ_1+γ_2,γ_1+γ_2→γ)に対応するピークが出現した。一方U_<0.80>Mo_<0.20>の熱容量には2種類の転移(α+γ′→α+γ,α+γ→γ)に対応するピークを見い出した。従来報告されている状態図から推定した転移点と本研究で熱容量ピークから決定した転移点とは比較的良く一致した。3.電気伝導率測定直接加熱パルス型熱量計を用いた熱容量測定と同時に、電気伝導率を測定した。熱容量ピークほどは明確でないものの、転移点で電気伝導率の変化が見られた。4.熱伝導率の決定電気伝導率からWiedemann-Franz則に従って熱伝導率を計算した。また熱容量の値と従来の高橋らの熱拡散率の結果を用いて熱伝導率を計算した。両者とも比較的良く一致した。
微生物間のコミュニケーションを介した培養方法に基づく生理活性物質の探索

糸状菌は多様な化学構造を有する二次代謝産物を生産する。ゲノム解析技術の進歩により、二次代謝産物生合成遺伝子の多くは、二次代謝産物を生産せずに発現していない。すなわち、一株の菌において、我々がまだ知らない新規な二次代謝産物を生産する能力がある事を意味している。クリプティック遺伝子とは、その遺伝子がどのような物質を生合成するのか不明な場合にクリプティックという表現が用いられる。そこで、二次代謝産物を得ることを目的に、異種の微生物間の相互作用を利用した「共培養法」により、休眠遺伝子(クリプティック)を活性化し、新たな代謝産物を探索する試みを行う。
高温超伝導体の磁束挙動とクーパー対の対称性

「無双晶1-2-3系高温超伝導体単結晶の育成と物性」YBa_2Cu_3O_7に代表される1-2-3系超伝導体は、斜方晶に起因した双晶の存在が、固有の物性測定において障害となっている。また、CuO_2面内の異方性を測定し、4回対称性を確認することによってクーパー対の対称性を議論する場合においても、双晶は障害となる。それらのことから、本研究は無双晶の1-2-3系超伝導体の単結晶を育成し物性測定を行うことした。我々は、1-2-3系と類似の結晶構造を持ち、正方晶の(Ca,La,Ba)_3Cu_3O_y(CLBCO)と(Nd,Ba,Sr)_3Cu_3O_y(NBSCO)に着目し、無双晶の単結晶を得るためにTSFZ法で単結晶育成を試みた。原料棒と溶融体組成、育成雰囲気を変化させながら育成を行った結果、1×1×0.2mm^3程度の単結晶を育成できた。酸素アニール後のCBCOは空間群P4/mmmの正方晶、NBSCOは空間群Pmmmの斜方晶となり、偏光顕微鏡による表面観察でも、CLBCOが無双晶であることを確認した。超伝導転移温度Tcは、CLBCOでは約62K、NBSCOでは約51Kとなった。我々は、Sr_<14>Cu_<24>O_<41>について、元素置換によってホール濃度を変化させた単結晶を用いて熱伝導特性からスピンの基底状態の研究を行い、超伝導発現機構について指針を得ることを目的として研究を行った。フォノンによる熱伝導の寄与をさしひいたものをスピンとホールによる熱伝導として、それぞれからスピンギャプを見積もった。スピンによる熱伝導から見積もったスピンギャップ△κは、キャリア濃度依存性が無く、中性子散乱およびラマン散乱から見積もった値と等しくなった。ホールによる熱伝導からのギャップ△κ^^'は、キャリア濃度が増加するに伴って減少し、NMRから見積もられるスピンギャップと等しくなった。これらのことから、△はスピン一重項から三重項の励起エネルギー、△κ^^'は一重項ペアの解離エネルギーと推測され、従って、梯子系の熱伝導には、励起によって生じたマグノンあるいはシングルホールの熱輸送が現れていると結論できた。二本足梯子格子(Ladder)を有するSr_<14>Cu_<24>O_<41>は、SrサイトをCa置換することによりキャリアを変化させうるスピンラダー系物質である。近年、この系において高圧下で超伝導が発見され諸物性が注目されていることから、我々は、フラックス法で単結晶を育成し、種々の物性測定を行った。他方、磁束ピンニングの観点から、LaBaCaCu_3O_7の組成を有する高温超伝導体に着目し、F.Z法による単結晶育成を試みた。自作の管状縦型炉を用いて、NaClをフラックスとした徐冷法で育成を行った結果、x=0と6.8の単結晶を得ることに成功した。それらの単結晶の各結晶軸方向の電気抵抗率を測定した結果、両単結晶ともにρ_c(||Ladder)