hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
鶏のコレステロール代謝と鶏卵中コレステロール含量に影響を及ぼす要因に関する研究

目的:鶏卵にはコレステロールが比較的高い割合で含まれており、鶏卵中のコレステロールを低下させる飼養法の研究がなされている。そのため卵黄中コレステロールの起源を肝臓だけでなく、肝臓以外の臓器、小腸粘膜でのコレステロールについて検討した。方法:飼料中脂肪の不飽和度(実験I)及び脂肪を構成している飽和脂肪酸の炭素鎖の違い(実験II)によって、成長中鶏の肝臓と小腸粘膜上皮におけるHMG-CoA reductase活性に及ぼす影響、また産卵中と休産中の鶏のこの酵素活性を比較検討した(実験III)。結果:実験Iでは、肝臓のこの酵素活性はタロー給与区が最も高い値を示した。一方、小腸粘膜上皮ではオリーブ油給与区が最も高い値を示し、サフラワーあるいはココヤシ油を給与した区はオリーブ油を給与した区に比べて統計的に有意に低い値を示した。実験IIでは、肝臓での酵素活性は脂肪無添加区とトリラウリン給与区が高い値を示した。小腸粘膜上皮では空腸、回腸ともに、トリラウリン給与区が他のトリグリセリド給与区より高い活性を示した。また空腸より回腸の方がこの酵素の活性は高かった。実験IとIIの結果から、小腸粘膜上皮におけるコレステロール合成能は、肝臓でのそれと、また、血漿、肝臓、小腸粘膜中のコレステロール含量との間には相関が観察されなかった。実験IIIでは、肝臓でのHMG-CoA reductase活性は産卵中鶏の方が休産鶏に比べて統計的に有意に高い値を示した。一方、小腸粘膜上皮のこの酸素活性は産卵中鶏の方が休産鶏に比べて低い値を示し、小腸粘膜上皮で合成されるコレステロールは卵黄形成には関与していないことが推察された。産卵及び休産中いずれの鶏も回腸粘膜上皮細胞のHMG-CoA reductase活性は空腸粘膜上皮細胞のそれより統計的に有意に高い値を示した。小腸粘膜上皮中のコレステロール含量は産卵中と休産中鶏との間には大きな差は観察されなかった。そのため鶏のコレステロール代謝を明確にし、卵黄中コレステロール含量に影響を及ぼす要因を明らかにするために、卵黄中コレステロールの起源を肝臓だけでなく、肝臓以外の臓器、小腸粘膜について検討した。小腸は生体内コレステロール合成の臓器として、肝臓に次いでいるとされているので、色々なタイプの脂肪を添加した飼料を鶏ヒナに給与し、小腸と肝臓におけるコレステロール合成の律速酵素であるHMG-CoA reductase活性を測定した。方法:白色レグホーン種雄ヒナ(4週齢)を供試し、実験Iでは、オリーブ油、サフラワー油、タローあるいはココナツ油を6%添加した飼料を、実験IIでは、炭素数の異なる飽和脂肪酸(C_8C_<18>)のトリグリセリドを添加した飼料を給与し、14日間飼育した。実験終了日にすべての鶏の翼下静脈から採血した後、肝臓と小腸粘膜細胞(空腸と回腸)を採取し、それぞれのHMG-CoA reductase活性を測定した。結果:実験I・肝臓におけるHMG-CoA reductase活性はタロー添加区において、他の3区より高い値を示し、小腸粘膜細胞ではこの酵素の活性はサフラワー油とココナツ油がオリーブ油添加区に比べて低い値を示した。

実験II・肝臓におけるHMG-CoA reductase活性は脂肪無添加区とトリラウリン(C_<12>)添加区が高い値を示した。小腸粘膜細胞では、空腸、回腸共に、トリラウリン添加区が他のトリグリセリド添加区より高い活性を示した。また空腸より回腸の方がこの酵素の活性は高かった。実験IとIIの結果から、小腸粘膜細胞におけるコレステロール合成能は、肝臓でのそれと、また血漿、肝臓、小腸粘膜中のコレステロール含量との間には相関が観察されなかった。目的:昨年度は成長中鶏に種々の不飽和脂肪酸を含んでいる油脂あるいは炭素数の異なる飽和脂肪酸から成るトリグリセリドを投与し、肝臓と小腸におけるコレステロール合成(HNG-CoA reductase活性)に及ぼす影響を観察した。本年度は小腸で合成されるコレステロールが卵黄のコレステロールの原料として利用されているのかを検討するために産卵及び休産中鶏の小腸粘膜上皮でのコレステロール合成を検討した。方法:産卵及び休産中鶏を供試し、肝臓と小腸を採取した。小腸は空腸と回腸に分け、さらに粘膜上皮を絨毛細胞と陰窩細胞に分離して、それぞれのHMG-CoA reductase活性を測定した。結果:肝臓でのHMG-CoA reductase活性は産卵中鶏の方が休産鶏に比べて統計的に有意に高い値を示した。小腸粘膜上皮のHMG-CoA reductase活性は産卵中鶏の方が休産鶏に比べて低い値を示し、小腸粘膜上皮で合成されるコレステロールは卵黄形成には関与していないことが推察された。産卵及び休産中いずれの鶏も回腸粘膜上皮細胞のHMG-CoA reductaseは空腸粘膜上皮細胞のそれより統計的に有意に高い値を示した。小腸粘膜上皮の絨毛細胞及び陰窩細胞のHMG-CoA reductase活性では、陰窩細胞の方が高い値を示し、その差は回腸粘膜上皮の方が大きかった。HMG-CoA reductase活性は、肝細胞ではミクロソーム画分に局在しているのに対して、絨毛細胞及び陰窩細胞では、空腸、回腸ともにミトコンドリア画分が最も高い活性を示し、次いでミクロソームと細胞質画分の活性が高かった。また、各画分にもこの酵素の活性が観察された。血清中のいづれの脂肪画分濃度においても、休産鶏に比べて産卵中鶏の方が著しく高く、特にトリグリセリド画分濃度は10倍近い値を示した。肝臓及び小腸粘膜上皮中の各紙質画分含量は産卵中と休産中鶏との間には大きな差は見られなかった。
溶接継手の疲労性能に基づく建築鉄骨架構の多数回繰り返し載荷下での構造信頼性評価

平成29年度の既往研究調査を通して、我が国の建築鉄骨架構で多用される鋼管柱-梁接合部の低サイクル疲労性能を解明する上で、せん断応力下での低サイクル疲労性能に関する知見が不足していることが判明した。建築鉄骨架構に鋼管を多用するのは我が国特有の設計慣行であり、海外の文献を探っても同溶接部の低サイクル疲労性能に着目した実験研究を見つけることが困難であるのがその理由である。同部位の低サイクル疲労性能は、鋼管柱-梁接合部で水平荷重時に大きなせん断応力が発生するパネルゾーン内での低サイクル疲労破壊がクリティカルとなり得るか?という点を確認する上で必要な情報である。そこで、平成30年度は繰り返しせん断応力を受ける溶接継目の低サイクル疲労試験を実施した。対象とした鋼材は、今後高層建物を中心に普及が進むと思われる建築構造用高強度鋼材とした。溶接継目の強度設定は、通常のオーバーマッチング(溶接金属の強度が母材の強度を上回る)に加えて、アンダーマッチング(溶接金属の強度が母材の強度を下回る)も試験パラメータに盛り込んだ。得られた試験結果を分析した結果、(1)アンダーマッチング継手の低サイクル疲労性能はオーバーマッチング継手の性能を下回った、(2)せん断応力下の低サイクル疲労試験結果が直応力(引張・圧縮応力)下の試験結果から(既往研究で提案されている)簡単な変換式で評価できる、の二点を確認できた。特に、(2)の結果により、複雑な応力状況下での低サイクル疲労性能をより精度よく推定するための知見が整備できたと考える。当初計画では、平成30年度中に溶接継目の有限要素解析を終えて骨組解析による低サイクル疲労性能検証に着手する予定であったが、せん断応力下での低サイクル疲労性能に関する知見を補うための実験研究に費やした。平成31年度は、有限要素解析と骨組解析を同時並行で進めるべく、準備を進めているところである。当初予定と違って二種類の解析関係作業を並行して実施できる見通しが立っているため、現在の遅れが研究全体の進捗に及ぼす影響はないと考えている。平成31年度の前半は、長周期地震動による多数回繰返し荷重条件下での建築鉄骨架構の低サイクル疲労性能を数値シミュレーションによって評価するための二種類の解析、有限要素解析と骨組の地震応答解析を同時並行的に進める。具体的には、(1)鉄骨梁端部の詳細な有限要素モデル化(ひずみ集中点となり得ることがわかっている溶接止端縁・スカラップ底のひずみ分布がわかるレベルの詳細モデル)と繰返し弾塑性解析の実施、(2)超高層建築鉄骨架構の地震応答解析用の骨組モデルの作成、の二つの内容を同時並行で進める。(2)の実施については、高層建物の構造設計の実務に詳しい構造設計者の協力を得られる予定である。年度の後半には、上記二種類の解析結果を組み合わせて、超高層建築鉄骨架構の低サイクル疲労性能を個々の溶接継目レベルの損傷度として評価する手法への提案につなげる。同提案手法の特長は、層レベルで損傷度を評価する既往提案手法よりも精緻な評価ができる点、ミクロな低サイクル疲労破壊のばらつきの影響を評価に組み入れることができるので最終的な架構の損傷度評価にもばらつきの情報を付加できる点、の二点である。はじめに、既往の鉄骨構造物の多数回繰り返し載荷実験(低サイクル疲労試験)結果を、国内外によらず、溶接継手・部材(接合部)・架構実験の各々について広く収集した。これらについては、申請者自身ならびに我が国の建築構造分野の研究者の実験結果にとどまらず、国外ならびに土木・機械分野での溶接継手の低サイクル疲労試験結果も分析の対象としている。特に、欧州では鉄骨架構の耐震設計のクライテリア設定に低サイクル疲労の考え方を用いる手法の研究が進んでおり、イタリア国内の鉄骨・合成構造の耐震設計基準改定に関する研究プロジェクトや鉄骨構造物の破壊モード別の安全性評価手法確立を目指す欧州内の研究プロジェクトで関連実験結果や安全性評価手法が既にまとめられている。これらプロジェクトと本研究課題には共通する点が多く参考になる点も多いため、上記プロジェクトのリーダーであった研究者たちにコンタクトをとって研究プロジェクトの成果・関連実験データ等の提供を受けた。次いで、繰り返しせん断応力を受ける溶接継目の低サイクル疲労試験の準備を開始した。当初計画では、既往文献調査と並行して溶接継目の有限要素解析の実施する予定であったが、既往文献を分析した結果、せん断応力下での低サイクル疲労性能に関する知見を補う必要性を感じた。そのため、計画を変更して同試験を実施することとし、その準備を進めている。今年度末時点で、試験体製作・実験施設スケジュール確保・計測計画確定までを済ませており、順調に進捗している。そのため、計画を変更して、繰り返しせん断応力を受ける溶接継目の低サイクル疲労試験を実施することとした。現時点では、同試験の準備を進めているところである。2年目の半ばまでには実験を完了できる見込みであり、現在の遅れが研究全体の進捗に及ぼす影響はないと考えている。

建築鉄骨架構に鋼管を多用するのは我が国特有の設計慣行であり、海外の文献を探っても同溶接部の低サイクル疲労性能に着目した実験研究を見つけることが困難であるのがその理由である。同部位の低サイクル疲労性能は、鋼管柱-梁接合部で水平荷重時に大きなせん断応力が発生するパネルゾーン内での低サイクル疲労破壊がクリティカルとなり得るか?という点を確認する上で必要な情報である。そこで、平成30年度は繰り返しせん断応力を受ける溶接継目の低サイクル疲労試験を実施した。対象とした鋼材は、今後高層建物を中心に普及が進むと思われる建築構造用高強度鋼材とした。溶接継目の強度設定は、通常のオーバーマッチング(溶接金属の強度が母材の強度を上回る)に加えて、アンダーマッチング(溶接金属の強度が母材の強度を下回る)も試験パラメータに盛り込んだ。得られた試験結果を分析した結果、(1)アンダーマッチング継手の低サイクル疲労性能はオーバーマッチング継手の性能を下回った、(2)せん断応力下の低サイクル疲労試験結果が直応力(引張・圧縮応力)下の試験結果から(既往研究で提案されている)簡単な変換式で評価できる、の二点を確認できた。特に、(2)の結果により、複雑な応力状況下での低サイクル疲労性能をより精度よく推定するための知見が整備できたと考える。当初計画では、平成30年度中に溶接継目の有限要素解析を終えて骨組解析による低サイクル疲労性能検証に着手する予定であったが、せん断応力下での低サイクル疲労性能に関する知見を補うための実験研究に費やした。平成31年度は、有限要素解析と骨組解析を同時並行で進めるべく、準備を進めているところである。当初予定と違って二種類の解析関係作業を並行して実施できる見通しが立っているため、現在の遅れが研究全体の進捗に及ぼす影響はないと考えている。今年度の前半は、繰り返しせん断応力を受ける溶接継目の低サイクル疲労試験の実施に注力する予定である。これについては、試験体製作・実験施設スケジュール確保を済ませており、順調に進捗している。年度の後半は、有限要素解析を援用したひずみ集中箇所の局所ひずみ-部材変形関係の定量化に取り組む予定である。部材(接合部)・架構の多数回繰り返し載荷時の破壊状況と溶接継手の低サイクル疲労試験時の破壊状況とが対応づけ可能であることが、本研究課題で提案する手法における重要なポイントである。そこで、有限要素解析による数値シミュレーションを行って、部材・架構の変形量と溶接部近傍の局所ひずみの対応関係を得る。ここで、申請者自身の既往研究での解析結果より、溶接部のディテールによってひずみ集中点が異なることがわかっている(溶接止端縁またはスカラップ底)。この局所的なひずみ集中点は疲労破壊の起点となり得るので、溶接継手と部材(接合部)・架構の双方でこの局所ひずみの値に着目すれば、溶接継手の挙動と部材(接合部)・架構の挙動を結びつけることができるだろう。なお、溶接止端縁の局所ひずみに着目して低サイクル疲労破壊を論じる手法は、既に欧州の研究者により試みられており、彼らと情報交換しながら研究を進める。
亜急性硬化性全脳炎（ＳＳＰＥ）多段階変異発症モデルの構築

麻疹ウイルスから亜急性硬化性全脳炎(subacute sclerosing panencephalitis: SSPE)ウイルスへの変異過程の分析を基に発症機構を解明する目的で、SSPE発症6週間後の5歳患児から分離したSSPEウイルスKobe-1株について解析した。神経病原性の発現にはウイルスの細胞融合能の亢進が深く関わり、そのためFおよびM蛋白質の変異が必須であった。またH蛋白質の変異はこれを促進した。FおよびH蛋白質上には、逆にウイルスの細胞融合能を抑制して増殖を制限する変異が見出され、これらの変異は麻疹ウイルスが神経病原性を獲得するまで患者体内で潜伏感染することに関連すると考えられる。亜急性硬化性全脳炎(SSPE)は、麻疹罹患後数年以上の潜伏期間を経て発症し、この持続感染の間、元の麻疹ウイルス(MeV)は変異を蓄積してSSPEウイルスへと変貌する。その変異過程を解析し発症機構を解明する目的で、SSPE発症6週間後の5歳患児から分離したSSPEウイルス(SSPE-Kobe-1株)について、46の全アミノ酸変異の特徴付けを行っている。本年度は、(1)融合を担うFタンパク質について昨年度に引き続き解析し、Hタンパク質との相互作用領域、三量体形成界面、cytoplasmic領域の変異が蛋白分子の不安定性を誘導し、細胞融合活性を亢進させることを明らかにした。また、(2)レセプター結合Hタンパク質では、CD46をレセプターとして使用するための変異を持たないことを示した一方で、head領域に細胞融合活性を飛躍的に上昇させる変異を確認した。Hタンパク質は、細胞融合能ならびに感染性粒子形成能に単独では直接影響しなかったが、Fタンパク質によるこれらの亢進と抑制を増強させた。さらに、(3)マウス感染実験から、神経病原性の発現に、Fタンパク質のみならず、HおよびMタンパク質を必要とすることを見出した。SSPEウイルスでは、例外なくMタンパク質に変異が集中するにもかかわらず、最近になり、神経病原性はFタンパク質の変異のみで発揮されると報告されているが、あらためてMタンパク質の変異の役割について検討する必要性を示唆する結果となった。亜急性硬化性全脳炎(SSPE)ウイルスは特有の変異を有する麻疹ウイルス(MeV)変異株であり、感染性遊離ウイルス粒子非産生性と強い細胞融合能を特徴とする。本年度は、SSPE発症6週間後の5歳患児から分離したSSPEウイルス(SSPE-Kobe-1株)の細胞融合能について検討する目的で、融合を担うFタンパク質の活性と変異について詳細に解析し、次の結果を得た。(1) MeV-IchB株Fタンパク質による細胞融合は、Hタンパク質をMeV-IchB株からSSPE-Kobe-1株に換えると減弱した。SSPE-Kobe-1株Fタンパク質による細胞融合は、MeV-IchB株のHタンパク質と共発現させた場合でもMeV-IchB株Fタンパク質よりも強く、Hタンパク質をSSPE-Kobe-1株に換えると更に増強した。(2) SSPE-Kobe-1株Fタンパク質のG401E変異はフリンプロテアーゼ感受性を低下させ、細胞融合を強く抑制した。一方、SSPE-Kobe-1株のG301WおよびY398H変異を導入したMeV-IchB変異株Fタンパク質では細胞融合が亢進したが、SSPE-Kobe-1株よりMeV-IchB株のHタンパク質共存下で強い融合を示した。ところがG301WあるいはY398H変異にG401E変異が加わると、MeV-IchB株よりSSPE-Kobe-1株Hタンパク質共存下での細胞融合がより強く発現した。G401E変異は、MeVがSSPEウイルスに変異する過程で必要なアミノ酸置換である可能性が考えられる。亜急性硬化性全脳炎(SSPE)は、麻疹罹患後5年から10年の潜伏期間を経て発症し、この間、親株の麻疹ウイルス(MeV)は変異を蓄積してSSPEウイルスへと変貌する。その変異過程を解析し発症機構を解明する目的で、SSPE発症6週間後の5歳患児から分離したSSPEウイルス(SSPE-Kobe-1株)について、46の全アミノ酸変異の特徴付けを試みている。本年度は、(1)融合活性を担うFタンパク質について、細胞融合活性を亢進させる変異と逆に強く抑制する変異を特定し、それぞれの変異の神経細胞でのウイルス増殖における役割を明らかにした。また、(2)レセプター結合Hタンパク質においても、細胞融合活性を亢進させる変異と抑制する変異を同定し、head領域に確認された細胞融合活性を飛躍的に上昇させる変異と神経細胞でのウイルス増殖の間に密接な関連性を見出した。

昨年度、SSPE-Kobe-1株の神経病原性の発現に、F、HおよびM遺伝子を必要とすることを報告したが、更に神経病原性に関わる遺伝子を絞り込んだところ、マウス感染実験において、(3) FおよびMの2遺伝子が必須であるという結果を得た。SSPEウイルスでは、最近になり、神経病原性はFタンパク質の変異のみで発現すると報告されているが、あらためてMタンパク質の変異の重要性が示唆された。その一方、Hタンパク質の変異については、その意義を再考する必要があり、神経病原性よりむしろ潜伏感染の成立に関連する可能性が考えられる。ウイルス学MeV Ich-B株の各蛋白にKobe-1株に認められるアミノ酸変異を順次導入し、アミノ酸変異の特徴を把握するという目標は、Fタンパク質に続いてHタンパク質について完了した。また、組換えウイルスの作製と増殖様式の検討を開始し、平成25年度以降の予定であった神経病原性の発現に必要な変異蛋白を同定することができた。しかし一方で、他のウイルス蛋白の変異については、解析の途中であるため、(2)の評価とした。平成24年度、Ich-B株の各蛋白にKobe-1株に認められるアミノ酸変異を順次導入し、アミノ酸変異の特徴を把握するという目標は、F蛋白については完了した。また、平成25年度以降の予定であった組換えウイルスの作製と増殖様式の検討を開始している。しかし一方で、F以外のウイルス蛋白については、解析の途中であるため、(2)の評価とした。前年度の研究を続けるとともに、M、FおよびHタンパク質のそれぞれの変異を単独であるいは複数持つ組換え麻疹ウイルスを作製してその性状解析を行い、神経細胞あるいはマウスにおけるウイルス増殖への影響の検討に着手する。(1)持続感染ウイルスを作製して増殖様式を調べる、(2)遊離粒子形成能を欠失させる変異、持続感染成立のための変異を同定する、(3)ウイルス増殖を飛躍的に上昇させる変異を同定し、マウス神経病原性を確認する、ことによりKobe-1株がSSPEウイルスへと変化した過程を分子レベルで明らかにする。前年度の研究を続けるとともに、それぞれの変異を単独であるいは複数持つ組換え麻疹ウイルスを作製してその性状解析を行い、培養細胞あるいはマウスにおけるウイルス増殖への影響の検討に着手する。(1)持続感染ウイルスを作製して増殖様式を調べ、(2)遊離粒子形成能を欠失させる変異、持続感染成立のための変異を同定する、(3)ウイルス増殖を飛躍的に上昇させる変異を同定し、マウス神経病原性を確認する、ことによりKobe-1株がSSPEウイルスへと変化した過程を分子レベルで明らかにする。平成25年度に計画した、免疫染色にも利用できる特異性に優れたFおよびHタンパク質に対する抗体の作製が予定より遅れた。上記抗体作製を実行するとともに、本年度配分の経費は、主に、研究を計画通り遂行するために必要な、細胞培養用試薬、遺伝子研究用試薬、プラスチック製品や実験動物などの物品費に使用する。主に、上記研究を遂行するために必要な、細胞培養用試薬、遺伝子研究用試薬、プラスチック製品や実験動物などの物品費に使用する。
自然河川、農業用水路、および湧水に注目した流域スケールの生物多様性維持機構の解明

第一に、絶滅危惧種であるイシガイ類二枚貝は下流河川との連続性が高い農業用水路に高い確率で生息し、同所的に豊かな魚類相の生息が確認された。また、そのような生息地は、開発地割合の低い景観構造を有する地域に存在した。第二に、河跡湖における水草種数は水草繁茂面積と正の相関を持ち、生息地の質は、人工的にショートカットされた水域で最も低かった。第三に、湧水河川には特徴的な水生昆虫相が確認され、流域スケールでの分類群多様性に貢献していた。これらより、地形や湧水に着目して景観スケールで流水環境をタイプ分けすることで効率的な水生生物多様性保全が行える可能性が示唆された。第一に、十勝川水系札内川および戸蔦別川(山地由来の非湧水河川)およびその近隣の小支流(湧水河川)において、水質・水温・流況および羽化昆虫量の季節的変動を明らかにした。湧水河川は安定した流況および水温変動を通年で示し、非湧水河川とは異なった。それに、応じて、羽化昆虫量のピークタイミング等は両河川タイプ間で異なった。湧水河川では、明瞭な季節ピークが見られず、比較的長期にわたり羽化が見られた。また、種組成も大きく異なった。さらに、羽化昆虫の炭素安定同位体比を計測したところ、湧水河川は非湧水河川に比較して、より多くの炭素を系外からの移入(落葉リターなど)に依存してる状況が示された。したがって、湧水河川の存在は、景観スケールで、陸域へ供給される炭素量および質の空間的な変異を生じる大きな要因となっていることが示唆された。第二に、石狩川本流近傍に存在する水域(たとえば三日月湖)を対象に、水草の繁茂面積を決定する要因を明らかにした。湧水や非湧水という水の起源の際が水草繁茂に影響をあたえると予想したが、結果的にそれらの影響は無視できるほど小さかった。一方で、水域の水底地形(これは各水域の形成過程の差異をある程度反映したものであるが)が水草繁茂面積の主要な決定要因となっている第三に、中部地方濃尾平野における農業用排水路網を対象に、希少性二枚貝を対象として、その生息有無を決定する要因を特定する試みを行った。湧水を含めた要因の影響をより高精度で検証するために、対象となる水路の景観構造による差異を取り除く作業を行った。これにより、開発地(非農作地)の割合が周囲景観に少ない水路に二枚貝が多く残存していることが明らかになった。今後、その生息に湧水・非湧水といった生息場条件がどの程度係わるのかを検証していく。今年度は、大きく二つのプロジェクトを遂行した。第一に、十勝川水系音更川流域平野部の一次河川(湧水河川7河川、非湧水河川7河川)を対象に、次の結果を得た.湧水河川は非湧水河川に比較して、水質(電気伝導度やpH)および流速等が有意に異なる値を示した。全体的に、湧水河川は、高い電気伝導度や小さな流速により特徴づけられた.さらに、日平均水温に関して、秋季に限り湧水河川ほど高い値を呈す傾向がみられた.アルファ多様性は、湧水河川で相対的に高くなった。一方で、ベータ多様性は湧水河川と非湧水河川が共存するケースで最大値を示した.したがって、湧水河川には比較的多くの種が生息するとともに、それらの種には非湧水河川には見られない種が比較的多く含まれているということが示唆された.結果的に、ガンマ多様性は、湧水・非湧水河川が平野に共存する場合に最大値を示した.これらのことから、研究対象地の平野部においては、湧水河川の存在が地域の種多様性維持において重要な役割を果たすことが示唆された.第二に、石狩川本流近傍に広がる旧河川水域(たとえば三日月湖)を対象に、水草の繁茂状況と水域のサイズや形の関係を明らかにした.このような水域は、湧水や山地河川起源の水源で涵養されており、一方で、周辺農地からの様々な影響を蓄積する.地域の生物多様性評価において、考慮されるべきと判断されたので本研究の対象に加えた.小さい水域であっても複雑な形状を持つ自然短絡の水域は生物多様性の観点から重要性が高いことが示唆された.今後、水域をつなぐ水路網の果たす役割および水生昆虫群集への波及効果について研究を進める.本年度の研究活動の主要部分は、十勝川水系札内川近辺の2タイプの河川(湧水河川および非湧水河川)を対象に実施した。タイプ間で、流量変動および水温変動が異なり、湧水河川で相対的に両者とも小さかった。

また、日平均水温は、多くの水生昆虫の成長速度に影響を与えるが、羽化タイミングの決定に特に重要な冬季および春季の積算水温は、湧水河川で高い傾向を示した。おもに水温の影響を受けて、水生昆虫の一部の分類群について、その羽化タイミングが早期化した。また、両河川タイプは、河床材料サイズや流速などの多くの物理環境の差異に起因して、水生昆虫の群集構造が大きく異なった。羽化昆虫の定期調査から把握した群集構造の差異によると、両タイプでは局所スケールの分類群多様性は同程度であるが、構成分類群の一部が異なり、これに起因して、両タイプが存在することで、当該地域の水生昆虫群集の総分類群多様性は比較的高く維持されていることが示された。一方で、水同位体比の分析より、湧水河川は、非湧水河川が伏流し湧出したもの、あるいは、低地への降水が湧出したもの、とその起源は異なるが、流量や水温環境特性は、同様であった。このことは、湧出水の地下流入までの水文過程よりも、地中にはいり湧出するまでの水文過程が、湧水河川の水温や流量特性の決定に重要であることを示唆した。生態系管理および河川生態学前年度には、十勝平野の異なる流域を対象にして、同様の傾向を水生昆虫の幼虫ステージに対して示した。本年度の成果により、そのような差異が陸域へ供給される羽化昆虫の挙動にまで波及的に影響することが示されつつある。また、予想と合致しない傾向、すなわち、生態系タイプによっては湧水寄与の影響はあまり大きくない、も見出されている。これは、新たな研究仮説の創出につながると考えられ、発展性のある健全な研究経過の表れである。総じて、当初の予定通り、計画した研究活動が実施できている。研究対象地の一つである、十勝平野の水域ネットワークにおいて、水循環、水生生物群集構造、地域における複数タイプ水域が種多様性に与える影響を包括的に明らかにできた。当初予定どおり、順調に計画した研究活動が遂行できている。昨年度までの研究により、羽化昆虫の季節消長が湧水寄与の程度に応じて河川タイプ間で異なることを示した。この傾向には、構成種そのものがことなるという事、あるいは、同種が成長パターンを変化させている事、の大きな二つの理由が考えられる。今後は、それら要因の相対的な重要性を定量化すると共に、陸域の捕食者に羽化昆虫量の変動がどのような影響を及ぼすのかにも注目して研究を進めたい。また、湧水の生物多様性への重要性が対象種・スケール・地域によって異なるということ定量的に示したい。計画通りに研究遂行に努める。具体的には、もうひとつの研究対象地として挙げた濃尾平野の河川ネットワークに関する野外調査を進める。また、十勝平野については、底生動物群集の直接採取に加えて羽化トラップによる採取をおこなう。これにより、系外(河川外)高次捕食者への波及効果の定量化が行えると考える。実際には、H25年度の支出収支はそろっている。該当しない。24年度未使用分は、24年度3月にすべて使用しており、実質上の繰越金は発生していない。
同時使用率の確率論的算出手法の構築による中央熱源方式の熱源機器容量の最適化

同時使用率は、建築設備の機器容量の設計において重要な数値である。しかし、熱源機器に関する同時使用率は、一般に公開されているデータが極めて少なく、設計者はこれまでの経験に基づき設定することが多いため、機器容量が過剰に設計されることがある。本研究では、未だ十分なデータ構築がされていない同時使用率を確率論的な方法に基づき算出する手法を構築し、中央熱源方式による暖房システムが採用された住宅群や集合住宅を対象に、熱源機器容量の最適化検討を目的とする。本研究の成果により、同時使用率を考慮した熱源機器容量の最適設計が可能となり、一次エネルギー消費量・CO2排出量の更なる削減に貢献できる。
沿岸性魚類におけるエスチュアリーの重要性の定量評価

丹後海及び由良川河口域をモデルフィールドとして長期的かつ網羅的な調査を行うことで、沿岸性魚類であるスズキの初期生活史における河川や河口域の役割を明らかにし、その重要性を多面的・かつ定量的に評価した。沖合の産卵場から沿岸域への仔魚の加入と冬季河川流量との間には有意な正の相関があり、冬季の河川水が物理過程及び生物過程を通じて浮遊仔魚の加入に影響していると考えられた。また、炭素安定同位体比による回遊履歴の解析及び耳石輪紋解析により、4月以降一部の成長の悪い稚魚が塩水遡上を利用して河川内に進入する一方、成長の良い個体は海域に留まり、その後それぞれの場所を7月まで成育場として利用していることがわかった。稚魚は遡上する際、塩水遡上を利用することにより、より効率よく河川内に進入している可能性も示唆された。餌環境および水温環境は河川内の方が海域より良いため、河川内を成育場とする個体の方が良く成長し、数ヶ月間で海域に留まった個体と同程度のサイズになる。河川進入個体の成魚個体群に対する寄与率を耳石Sr/Caによって推定した結果、成魚の4割ほどの個体が稚魚期に河川を利用していたと推定され、沿岸域と河川成育場の広さを考慮すると、河川は沿岸域に比べ、スズキの成育場として数倍重要な価値を持っていると推定された。それらを総合的に考察し、エスチュアリーに河口堰などを設置することにより河口域成育場が破壊されると、沿岸魚類であるスズキの個体群が重大なダメージを負う可能性を指摘した。(抄録なし)(1)浮遊期・着底期仔稚魚の定量採集調査を2012年2-3月に行うとともに、2007年以降の過去の同様の調査のサンプルについて解析を行った。その結果、着底仔稚魚量を浮遊仔魚量で割って算出した「加入指数」が2月の由良川河川流量との間に有意な正の相関を示した。その仕組みとして(1)河川水流入によるエスチュアリー循環流の強化に伴う仔魚の効果的な輸送(2)河川水流入による海域における生産の強化、の2つの可能性が想定された。(2)由良川河口域における稚魚採集調査を2011年4月から7月まで行った。稚魚の耳石を解析したところ、河口域周辺に集まった稚魚のうち、成長の悪い個体が河川を遡上し、成長の良い個体は海域に留まることがわかった。遡上後は河川内の稚魚の方が摂餌量が多く成長も良いために5月以降体長が海域個体に追いついた。また環境中の餌生物の密度は、4月に海域で高く5月に逆に河川内で高くなった。以上より、晩春より初夏にかけてスズキ稚魚にとって河川内の方が好条件となり、これが河川に遡上したスズキの好成長を支えていると考えられた。(3)大阪湾淀川河口域における稚魚採集調査を2011年および2012年3月に行った。そして、(1)河川内及び海域の両方に分布する。(2)肥満度の低い個体が河川内に分布し、高い個体は海域に分布する。(3)摂餌量は河川内の方が大きい。という特徴が明らかとなった。これらの特徴は由良川河口域における生態とよく一致し、スズキの初期生態において重要な意味を持つと考えられる。(4)2011年1月、2月に丹後海の定置網で漁獲されたスズキ成魚の耳石を摘出した。また、由良川河口域で採れた稚魚についても耳石を同様に取り出し、これらのSr/Ca比を解析した。稚魚の耳石Sr/Ca比は河川内と海域とで異なる値を取り、河川滞在の指標としてSr/Ca比は有効であると考えられた。成魚についても同様に測定したところ予備的ではあるが、約4割の個体で稚魚期の河川滞在を示す値が得られた。(1)浮遊期仔魚の層別定量採集調査を2013年1-3月に行った。その結果、浮遊仔魚は表層にはほとんど分布せず、水深20m付近の中層に多いことが明らかとなった。また、同時に行ったADCPによる海流調査では、冬の丹後海の海流が表層で沖向き、中層以深で岸向きであり、エスチュアリー循環流の存在が示唆された。以上からスズキ仔魚がエスチュアリー循環流を利用して沿岸域へ加入していると考えられる。(2)2008年から2012年までの由良川河口域で採集されたスズキ稚魚の全体長・密度データを解析し、各年の減耗率を推定した。その中で、4-6月の河川流量が多いほど減耗率が高いという関係が見られた。また、同時に密度と減耗率の間にも正の相関がみられ、密度効果の存在も示唆された。どちらが重要かを明らかにするため今後さらにデータの蓄積や詳しい解析を行う。(3)2009年から2012年まで由良川河口域で採集されたスズキ稚魚の摂餌量及び摂餌サイズについて調べたところ、すべての年の摂餌量で海く河口域下流側く河口域上流側という関係が見られた。摂餌サイズについても同様の傾向がみられ、摂餌サイズと摂餌量の間にも正の相関がみられた。このことより、稚魚にとって大きいサイズの餌を食べることが十分な摂餌状態を実現するために重要であると考えられた。場所により餌サイズが異なる仕組みとして(1)環境中の餌サイズが場所により異なる

(2)稚魚の摂餌サイズ選択性が場所により異なる、の2つが考えられた。次年度は環境中の餌サイズを詳しく解析する。(4)2009年から2012年まで、3月から5月にかけて月2-4回のペースでスズキ稚魚の採集された場所と密度を調べた。同時に河川底層に塩分記録計を設置し、塩水遡上の様子をモニタリングした。その結果、スズキ稚魚の河川内分布範囲は塩水遡上距離により規定されており、稚魚が河川遡上に塩水遡上を利用していると考えられた。水温と遡上開始日齢との関係を調べた。その結果、高水温ほど若い日齢で遡上する傾向が見られた。さらに、遡上は有効積算温度480°C付近で開始されることが明らかとなった。以上より水温が遡上開始時期を決定する重要な要因と考えられた。(5)これまで得られた稚魚の生き残りや成魚の成長などの結果を総合し、過去に報告されている知見も加え、丹後海におけるスズキ個体群動態モデルを作成した。その結果、過去の資源変動パターンを再現することに成功し、水温の変動が仔稚魚の生き残りを変化させてスズキ資源変動に大きな影響を与えている可能性が示唆された。丹後海及び由良川河口域をモデルフィールドとして長期的かつ網羅的な調査を行うことで、沿岸性魚類であるスズキの初期生活史における河川や河口域の役割を明らかにし、その重要性を多面的・かつ定量的に評価した。沖合の産卵場から沿岸域への仔魚の加入と冬季河川流量との間には有意な正の相関があり、冬季の河川水が物理過程及び生物過程を通じて浮遊仔魚の加入に影響していると考えられた。また、炭素安定同位体比による回遊履歴の解析及び耳石輪紋解析により、4月以降一部の成長の悪い稚魚が塩水遡上を利用して河川内に進入する一方、成長の良い個体は海域に留まり、その後それぞれの場所を7月まで成育場として利用していることがわかった。稚魚は遡上する際、塩水遡上を利用することにより、より効率よく河川内に進入している可能性も示唆された。餌環境および水温環境は河川内の方が海域より良いため、河川内を成育場とする個体の方が良く成長し、数ヶ月間で海域に留まった個体と同程度のサイズになる。河川進入個体の成魚個体群に対する寄与率を耳石Sr/Caによって推定した結果、成魚の4割ほどの個体が稚魚期に河川を利用していたと推定され、沿岸域と河川成育場の広さを考慮すると、河川は沿岸域に比べ、スズキの成育場として数倍重要な価値を持っていると推定された。それらを総合的に考察し、エスチュアリーに河口堰などを設置することにより河口域成育場が破壊されると、沿岸魚類であるスズキの個体群が重大なダメージを負う可能性を指摘した。本研究では、エスチュアリーにおける沿岸性魚類の稚魚の成長、餌環境、生残などに加えて稚魚のエスチュアリーの利用度の定量的な評価を行う。今年度は積極的に観測・サンプリングを行うことで、成長、餌環境について結果を得ており、その成果の一部は国際学術誌に掲載された。また、耳石Sr/Ca比による稚魚の利用割合の定量評価についても予備的な結果を得ている。さらに淀川河口域における観測を行い、海域間の際についての結果も得られている。加えて当初は想定していなかった浮遊期の仔魚の生残と河川流量との関係についても興味深い結果が得られており、研究はさらなる広がりを見せている。主に残された課題として稚魚の生残の評価があるがそれについては次年度以降の主な課題となる。以上より現時点で本研究は当初の計画以上に進展していると評価できる。今年度も昨年度と同様に積極的なフィールド調査を行い、昨年度までの研究結果をさらに充実させるとともに、新たな解析を行ってスズキ稚魚の生残の年変動に関する情報を得た。
医用ジルコニアの化学的・電気的表面処理による高機能化

医用セラミックスの一つである部分安定化ジルコニアは高強度・高靭性・耐熱性・耐腐食性を有することから、人工股関節の人工骨頭、セラミックス製人工歯の陶材として臨床応用されている。しかし、低骨伝導能と低温劣化が課題として残されている。本研究では、電気的処理と化学的処理を用いてジルコニアの表面改質を行い、骨伝導能を強化し、低温劣化を抑制する表面の創出を目的とした。平成24年度は最も多く臨床応用されているイットリア安定化正方晶ジルコニア(YSZ)を用いて基礎研究を行った。YSZ緻密体を作製し、電気分極処理を行い、非電気分極処理面、正電荷面、負電荷面の3種類の面を作製した。さらにアルカリ処理または酸処理を施した。キャラクタリゼーションにより、電気分極処理により表面粗さは変化しないが、ぬれ性が向上することが見いだされた。化学処理を組み合わせることにより、ぬれ性がさらに向上すること、アルカリ処理を施した正電荷誘起面で低温劣化を抑制することが示された。化学処理後もYSZに蓄積された電荷は減少しないことも確認された。擬似体液を用いてミネラル形成能を比較検討した結果、アルカリ処理を施した正電荷誘起面上において、ミネラル形成能が促進されていた。マウス骨髄間葉系幹細胞を用いて骨芽細胞挙動評価を行ったところ、電気分極処理面では骨芽細胞接着性および増殖性が亢進すること、前骨芽細胞から骨芽細胞への分化能が亢進することが見いだされた。このことから、細胞の増殖、分化能を制御しうるスキャホールドへの応用が期待され、ティッシュエンジニアリングや再生医工学への発展に寄与するものと考えられる。以上の結果から、電気的処理と化学的処理を組み合わせた改質表面は、骨伝導能を強化し、低温劣化を抑制する表面として、硬組織代替材料デバイスへの応用が期待される。
乱流せん断流中に見られる縦渦の生成機構とその制卸

本課題に対して、1.秩序構造グループ2.二次流れグループ3.複雑流路の縦渦グループ以上三つの班に分け,研究を実施した。実施にあたつては,研究分担者のみならず,研究協力者として多くの研究者に協力を依頼し,年34回の全体の研究会を開催し,各人の研究発表をもとに全員による活発な討論を行い,問題を絞り込み次の研究会へと段階を進める方式を取つた。研究成果を以下にまとめる。1.秩序構造:秩序構造は,与えられた初期条件と境界条件によつて特徴づけられ,乱流抵抗低減と遷移遅延に直接関係する。ストリーク構造は縦渦構造と相関し詳しい三次元構造と相互関係を解明することが重要である。2,二次流れ:定常二次流れの発生には運動量のスパン方向輸送が重要な役割をなし,それに対して付加の縦渦の効果,レイノルズ応力の不均一性,遠心力不安定及び逆圧力勾配による剥離せん断層の不安定が決定的要因となる。3.複雑流路の縦渦:波状流路の物質移動,河川の局所洗掘,管内乱流中への高濃度高分子溶液の不均一注入による抵抗減少,流動層での粒子クラスターの生成と縦渦構造の関係とその制御,物体後流や段落ち部での縦渦構造と広範な複雑流路について縦渦構造を把握した。これらの多数の研究成果は,本報告書の研究成果の25件の報告,66件の公表研究論文,91件の口頭発表などでまとめられた。以上のように本研究によつて,縦渦の生成機構とその制御についての知見と関連文献を広い分野にわたってとりまとめることができた。1.研究経過の概要秩序構造,乱流二次流れ及び複雑流路の縦渦の3グル-プでそれぞれのテ-マについて研究分担者を中心に各研究室で研究を進めると共に,それらの研究成果を取りまとめ,研究の方向を調整し,問題点を検討するために次の研究会を開催した。1)第1回(7月30日,広島市),研究代表,分担者全員,研究テ-マ,研究計画,過去の研究経過2)第2回(10月26日,宇部市),研究分担者を含め22名,3研究グル-プの責任者による研究進展状況の報告,研究発表3件,本科研費のグル-プに研究協力者を16名依頼.3)第3回(12月13,14日,松山市),研究代表者,分担者,協力者を含め27名.各研究グル-プ毎に研究内容の中間報告を21件について実施.本研究テ-マの遂行上の問題点や次年度の研究の方向について議論.次年度は,4月(広島市),8月(広島市),11月(松山市)で3回研究会を開催予定.その後,本テ-マについて研究成果を取りまとめた小冊子を作成.2.新たに得られた知見1)秩序構造グル-プ:自由混合層初期の大渦構造に及ぼす初期乱れの影響,滑面相当網粗面の抵抗のレイノルズ数に対する変化,開水路隅角部及び曲がり部の内層に生成する縦渦の時間構造.2)乱流二次流れグル-プ:バックステップ部角部剥離と再付着点近傍流れの時間変化,河床粗壁面モデルにおける抵抗の発生機構と二次流れとの関係,縦渦列のスパン方向周期が乱流境界層の平均流特性に及ぼす変化とそのメカニズム.3)複雑流路の縦渦グル-プ:波状流路内の縦渦の発生条件,相対水深の小さい混合砂レキをもつ蛇行流で発生する縦渦の機構,気液混相噴流に及ぼす曲率の効果,高分子溶液を注入した円管流の抵抗減少と大渦との関係.本課題に対して昨年度と同様,1.秩序構造グループ2.二次流れグループ3.複雑流路の縦渦グループ以上三つの班に分け,研究を実施した。

実施にあたっては,研究分担者のみならず,研究協力者として多くの研究者に協力を依頼し,本年度は3回の全体の研究会を開催した.昨年度の研究成果に基に,乱流せん断流中にある縦渦の果たす役割や構造について,共通の認識をもつことを主眼に,各人の研究発表をもとに全員による活発な討論を行い,問題を絞り込み次の研究会へと段階を進める方式を取った.研究成果を以下にまとめる.1.秩序構造:秩序構造は,与えられた初期条件と境界条件によって特徴づけられ,乱流抵抗低減と遷移遅延に直接関係する.また,ストリーク構造は縦渦構造と相関し詳しい三次元構造と相互関係を解明にすることが重要である.2.二次流れ:定常二次流れの発生に対し運動量のスパン方向輸送が重要な役割をなし,それに対して付加の縦渦の効果,レイノルズ応力の不均一性,遠心力不安定及び逆圧力勾配による剥離せん断層の不安定が決定的要因となる.3.複雑流路の縦渦:波状流路の物質移動,河川局所洗販,管内乱流中への高濃度高分子溶液の不均一注入による抵抗減少,流動層での粒子クラスターの生成と縦渦構造の関係とその制御,物体後流や段落ち部での縦渦構造と広範な複雑流路について縦渦構造を把握した.以上,縦渦の生成機構とその制御についての知見と関連文献を広い分野にわたって取りまとめた。
カラマツをモデルとした光周性関連遺伝子のリソース整備および有用形質との関連性解析

樹木の多くの生理プロセスが光周性関連遺伝子に影響をうけると考えられる。一方、その基礎となる遺伝子のリソースが整備されていない。また、材形成フェノロジーと日長との関係は明らかにされていない。本研究ではカラマツをモデルとし、光周性関連遺伝子の単離と塩基配列の決定を行い、その日周期発現パターンの解析を行った。また、異なる日長下で形成層フェノロジーの観察を行い、日長の違いにかかわらず同時期に早材から晩材への移行が起きることを示した。光周性関連遺伝子はモデル植物により機能が明らかにされ、さまざまな生理プロセスに影響を及ぼすことが示されている。樹木においても多くの生理プロセスが光周性関連遺伝子により支配されていると考えられるが、その基礎となる光周性関連遺伝子のリソースが整備されていない。本研究課題は日本および世界で主要な造林樹種であるカラマツをモデルとし光周性により影響を受けると考えられる材質等の有用形質の評価を行い、同時に光周性関連遺伝子の単離と塩基配列の決定を行い、発現解析と連鎖解析を通して両者の関連性を明らかにすることが目的である。今年度は、他植物種で単離された光周性関連遺伝子群の配列情報を元にした縮合プライマー法により単離されたCONSTANS遺伝子の部分配列をもとに、TailPCR法を用いてその全長を決定した。これをもとに設計されたPCRプライマーを用いてRealTime PCRによる発現量の比較の条件検討を行った。発現解析に用いるため、表現型の異なるクローンを無性繁殖させ、次年度の解析のためにインキュベーター内で育成した。光周性に影響を受ける形質としてカラマツのバイオマス蓄積量に影響を与える材密度に着目し、材密度の異なるクローン間で材形成フェノロジーと日周期との関係性を求めた。その結果、どのクローンも夏至以降に早材から晩材へと移行することが明らかとなり、材形成フェノロジーは遺伝子型に関わらず日長の変化により同様の影響を受けることが明らかとなった。これらのクローンの交配家系個体よりサンプルとDNAを採取し、遺伝子と形質の連鎖解析のための準備を行った。今年度は候補遺伝子と対象形質との連鎖解析に向けてベースマップの作成のためのマーカーの検討を行った。連鎖解析に用いる予定の個体の一部より採取したゲノムDNAを用いて、RAPDマーカー、AFLPマーカーの増幅テスト・多型性の確認を行った。また、ESTベースのマーカーの利用も検討し、公共データベースより取得したEST情報を元にしたプライマーの設計および増幅の検討を行った。また、昨年度配列を決定したCONSTANS相同遺伝子について、連鎖解析用個体の親個体を対象に変異の探索を行ったが、現在までに変異箇所は見つかっていない。光周性に影響を受ける可能性が考えられる形質としてカラマツのバイオマス蓄積量に影響を与える材密度に着目し、連鎖解析に用いる目的で材密度の異なるクローン間での交配家系の個体(1977年植栽)より採取した成長錐サンプルを2mm厚のストリップに加工し、軟X線デンシトメトリ法による材密度と年輪パラメータ(年輪幅、年輪平均密度、晩材率、晩材密度、早材密度)の測定を一部行った。本研究課題は日本および世界で主要な造林樹種であるカラマツをモデルとし光周性により影響を受けると考えられる材質等の有用形質の評価を行い、同時に光周性関連遺伝子の単離と塩基配列の決定を行い、発現解析と連鎖解析を通して両者の関連性を明らかにすることが目的として行った。前年度に引き続き、光周性に影響を受ける可能性が考えられる材密度について、交配家系についての材密度を測定した。材密度の異なるクローン間での交配家系の個体(1977年植栽)より採取した成長錐サンプルを2mm厚のストリップに加工し、軟X線デンシトメトリ法による材密度と年輪パラメータ(年輪幅、年輪平均密度、晩材率、晩材密度、早材密度)の測定を行った。3精英樹のダイアレル交配家系より計581個体について形質データの測定を終了した。

候補遺伝子と対象形質との連鎖解析に向けてベースマップの作成のためのジェノタイピングを行った。連鎖解析に用いる個体に対して、AFLPマーカーによるジェノタイピングを進めた。昨年度に引き続き、配列を決定したCONSTANS相同遺伝子について、連鎖解析用個体の親個体を対象に変異の探索を行ったが、現在までに変異箇所は見つかっていない。研究所内での異動があったために、実験環境の整備等に時間がかかった。目的遺伝子に想定されていた発現パターンがみられず、原因の解明に時間がかかっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。初期に想定していたよりもより上流に位置する遺伝子の単離を目指すとともに、ベースマップの作成と連載解析を進める。
豚レンサ球菌の莢膜欠失による異なる病原性発現機構の解析

豚レンサ球菌は豚やヒトに髄膜炎や心内膜炎を起こす病原細菌だが、この菌が表層に産生する莢膜は白血球の食菌作用に抵抗する重要な病原因子である。本研究では、豚の心内膜炎由来株に多く見られる無莢膜株を解析し、莢膜形成の遺伝子群に突然変異があること、さらに変異部位によっては菌が死んでしまい、他の変異によりこれを逃れることを見出した。また、無莢膜株は血小板接着やバイオフィルム形成能亢進という心内膜炎発症に都合の良い性質を示し、莢膜産生株がバイオフィルムに取り込まれるのを促進することを示した。豚レンサ球菌は豚やヒトに髄膜炎や心内膜炎を起こす病原細菌で、近年世界中で豚と人の感染例が多数報告されている。本菌の莢膜は食菌作用に抵抗する重要な病原因子と考えられるが、莢膜を失うと組織表面への接着やバイオフィルム形成能等が亢進するなど異なる病原性を発現することも報告されている。我々は、心内膜炎分離株には莢膜保有株と欠失株の両者が混在することを見いだした。そこで、心内膜炎から分離した莢膜欠失株の莢膜遺伝子等を解析し、本菌が異なる病原性を発現するメカニズムを明らかにすることを目的とした。23年度では、血清型2型および1/2型に必須なcps2J遺伝子を保有する心内膜炎由来の無莢膜86株から無作為に選んだ43株について、莢膜産生遺伝子群領域の遺伝子変異を調べた。その結果、18株において明らかな挿入・欠失変異等の構造変化を検出した。しかし、残りの25株では、大きな欠失や挿入は無かった。しかし、上記18株の変異部位の多くはcps2E-2F領域に限局していたことから、残り25株についてもこの領域を調べたところ、殆どはこの領域に数個から1塩基の挿入欠失を認めた。さらに、全ての変異を同定したところ、cps2I-2Jおよびcps2N-2O領域には変異が見つからなかった。そこで、この部位の欠失変異株を人工的に作製する実験を行ったところ、この部位の変異は菌にとって致死的となることを示唆する成績を得た。一方、莢膜欠失変異株は、莢膜産生株に比べて血小板への接着やバイオフィルム形成が亢進することは昨年明らかにしたが、莢膜欠失株存在下では、莢膜産生株のバイオフィルム形成も亢進した。すなわち、莢膜遺伝子群の変異は、菌にとって致死的となる危険性があるが、一方ではバイオフィルム形成亢進など菌集団にとって有益となる現象を生ずることから、その危険性を冒しても菌集団全体にとっては利益となる機構であろうと思われた。本菌の莢膜は食菌作用に抵抗する重要な病原因子であるが、莢膜を失うと組織表面への接着やバイオフィルム形成能等が亢進するなど異なる病原性を発現することも報告されている。そこで、心内膜炎から分離した莢膜欠失株の莢膜遺伝子等を解析し、莢膜欠失株の生物学的意義について解析した。すなわち、血清型2型および1/2型に必須なcps2J遺伝子を保有する心内膜炎由来の無莢膜86株から無作為に選んだ43株について、莢膜産生遺伝子群領域をPCRにより調べた。その結果、18株において明らかな挿入・欠失等の偶発的変異を検出したが、残りの25株では大きな変化は無かった。上記18株の変異部位の多くはcps2E-2F領域に限局していたことから、残り25株のこの領域の配列を決定したところ、殆どはこの領域に偶発的な点変異等を認め、他の領域も含めた全ての領域の変異を同定したところ、cps2I-2Jおよびcps2N-2O領域には変異がなかった。この部位の欠失変異株を人工的に作製する実験を行ったところ、この部位の変異は菌にとって致死的となることが分かった。さらに、cps2E-2F領域の変異が予め入っていると、ps2I-2Jおよびcps2N-2O領域の変異が致死的にならないことを確認した。一方、莢膜欠失変異株は、血小板接着やバイオフィルム形成能が亢進するが、莢膜産生株を含めた菌集団全体のバイオフィルム形成も亢進した。すなわち、莢膜遺伝子群の変異は、菌にとって致死的となる危険性を含むが、致死的変異を逃れる機構も兼ね備えており、一方でバイオフィルム形成亢進など有益となる性質も生じることにより菌集団全体の生き残りを図っていることが分かった。