hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
石灰化をともなうナノ粒子の各種関節疾患発生への関与に関する研究

生体内の石灰化部位に出現するナノサイズの微小粒子は、石灰化過程初期において核となるばかりでなく、局所的な炎症や周囲の細胞死を起こすことが指摘されている。変形性関節症、関節リウマチ、外傷後関節炎の各患者の関節液中には1000nm以下の微小粒子が存在することが確認された。とくに変形性関節症の関節液において存在する100nm以下の微小粒子は、病態ともに関節周囲で進行する石灰化・骨化に関与している可能性が高い。組織の石灰化はヒトに生じる多くの疾患のみならず、加齢現症そのものの背景に大きく関与している。しかし、そのメカニズムに関してはいまだ解明が進んでいないのが現状である。本研究の目的は、各種関節疾患罹患患者の膝関節液におけるcalcifying nanoparticleの出現頻度と分布、疾患別特性を解明し、その患者背景の特徴をも明らかにすることである。平成21年度は研究実施計画に基づき、各種関節疾患罹患関節および健常者から同意を得て検体(関節液)を採取した。検討対象は以下のとおりである。第I群;人工膝関節全置換術の適応となるリウマチ性膝関節症患者(2名)第II群;人工膝関節全置換術の適応となる変形性膝関節症患者(7名)第III群;外傷後の膝関節靱帯再建術の適応となる若年健常者(5名)関節液は無菌操作で遠心分離処理後、-20°C冷凍保存とした。これらのサンプルのうち各群より代表例1例、合計3例を任意に抽出し、それらの関節液用いて方法(Biosensor解析のための試料作成)に基づき試料を作成した。これらの試料に対して走査電顕像を取得、さらに元素分析を実施してパイロットスタディとした。体内の異所性石灰化におけるcalcifying nanoparticle (nanobacteria)の振る舞いに関しては、2009年から2010年にかけて多くの学術雑誌にさまざまな研究報告が追加されている。それらは、尿路結石、大血管動脈や心臓弁の石灰化巣など多岐にわたっている。平成22年度は研究実施計画に基づき、各種関節疾患罹患関節および健常者から得られた合計14検体(関節液)に対して方法(Biosensor解析のための試料作成)に基づき試料を作成した。これらの試料に対して走査電顕像を取得し、元素分析を実施した。これまで精巣の石灰化症(Zhang)、Psammoma体(Jovanovic)、前立腺炎(Shen)、大動脈弁の石灰化巣(Candermir)などから同様の微粒子が検出されたと報告されている。そのため、これら国内外の研究内容を考慮し、解剖体から取得された大血管の動脈硬化病変に対して、HE染色標本および電顕画像を取得することによって同様のnanoparticleの存在の有無を確認する作業を並行して行った。学内倫理委員会において了承されたインフォームド・コンセントに従って患者28名(変形性膝関節症10名、関節リウマチ9名、コントロール9名)より関節液を採取し、以下の検討を行った。(1)phメーターを使用して各関節液のPhを測定した。(2).関節液約0.2mlをカバーグラス上に滴下し、緩徐に蒸発させてその辺縁に集まる微小粒子の走査電子顕微鏡像を取得した。(3).走査電顕下に存在が確認された微小粒子に対して、それらを構成する元素分析を実施した。(4).Zetasizer Nano (Malvern)を使用して、各関節液に含まれる1nm1000nmの大きさの微細粒子の含有率を測定した。各関節液滴の辺縁部には1000nm以下の微小粒子が存在することが確認された。元素分析の結果、これらはCaとPを多く含み、リン酸カルシウムからなる微小粒子であることが示唆された。さらに、その粒子の大きさは、10nm以下、10100nm、1001000nmにピークをもつ多様な粒子の集合体であることが示された。生体内に発生する石灰化粒子は、アルカリ性環境下において成長傾向が大きいと考えられているが、ph計測結果から変形性関節症患者の関節液のphが高い傾向が示された。われわれは、変形性関節症が何らかの機序で発生した関節液中のリン酸カルシウム微小粒子の存在下に発生、進行するという仮説を形成するに至ったが、今回の研究結果はこれを支持するものであった。現在、生体内の石灰化機構に関してはいまだ不明な点が多く、その解明が待たれているが、われわれの一連の研究はその解明に貢献できるものと考えられる。
顎変形症患者における下顎頭運動経路に関する研究

本研究は、手術前矯正治療の終了した偏位を伴わない骨格性下顎前突者12名の最大開閉口運動における、下顎頭運動についてCADIAX(GAMMA社製)を用いて対照群との比較検討を行った。対照群には矯正学的に咀嚼系に異常の認められない者8名を用いた。結果1最大滑走距離は、両群に有意差は認めなかった。2矢状面的には、対照群に比べると、開口路に対し閉口路が上になる者や下になる者など、また水平面的にも対照群に比べると、開口路に対し閉口路が内側を通る者や外側を通る者などばらつきが有意に認められ、程度も様々な傾向が認められた。追加研究の経過では、術後矯正治療後(保定中)における運動では、術前に認められたばらつきが、非常に小さくなる傾向が認められ、下顎頭運動も術後の咬合環境に適応していることが示唆された。
バイオマスを原料とするハイブリッド型フューエルセルシステムの開発

バイオマスの有効利用をはかるため、バイオマスから発酵により得られた水素を燃料電池を用い電気に変換するとともに、副産物として得られた有機酸アルコールなどをメタン発酵しメタンを回収するシステムを構築するために、まず、通性嫌気性細菌であるEnterobacter属の中で水素生産に適した種を探索した。その結果、E. aerogeges HU-101が0.68mol/mol-glucoseで水素を生産しており、Enterobacter属の中では比較的高い水素生産能力を持っていた。そこで、通性嫌気性細菌E. aerogenesによる様々な糖の資化性と水素生産特性を検討したところ、キシロース以外、同じ還元度を持った炭素源(例えばグルコース、フルクトース、ガラクトース)は近い水素収率となった。また、還元度が高くなるほど水素収率は向上し、炭素1mol当たりの有効電子数に対する水素収率はほぼ比例関係にあった。次に、E. aerogenes HU-101株を用いたグルコースからの水素以外の発酵産物のメタン発酵特性を検討し、本菌を用いた水素(E. aerogenes)-メタン(UASBリアクター)2段発酵法は可能であることを確認した。さらに、水素-メタン発酵を実際にバイオマス(生ゴミ、パン製造工場固体廃棄物など)に適用しその能力を評価し、燃料電池に直接投入できる本素を実際のバイオマスから直接回収するとともに、副産物をメタン発酵により効率的にメタンに出来ることを明らかにした。バイオマスの有効利用をはかるため、バイオマスから発酵により得られた水素を燃料電池を用い電気に変換するとともに、副産物として得られた有機酸アルコールなどをメタン発酵しメタンを回収するシステムを構築する一環として、まず、通性嫌気性細菌であるEnterobacter属の中で水素生産に適した種を探索するため、微生物保存機関に保存されているEnterobacter属に関してその水素生産を調べたところ、E.gergoviae JCMl234は0.71mol/molで最も水素収率が高く、E.aerogeges HU-101の場合でも0.68mol/molで水素を生産しており、Enterobacter属の中では比較的高い水素生産能力を持っていた。そこで、通性嫌気性細菌E.aerogenesによる様々な糖の資化性と水素生産特性を検討したところ、キシロース以外、同じ還元度を持った炭素源(例えばグルコース、フルクトース、ガラクトース)は近い水素収率となった。特にグリセロールを炭素源とした場合、重量当たりの水素収率はグルコースの3.4倍となり、水素生産の優れた基質となりうる可能性が認められた。一方、キシロースの場合、グルコース、フルクトースなどの同じ還元度を持った炭水化物と比較して高い水素収率となった。これは、本菌の水素生成の主要経路であるピルビン酸-蟻酸リアーゼを経由することにより生産されるエタノールおよび酢酸の生成量がグルコース、フルクトースなどと比較して非常に増加したことが要因と考えられるが、キシロースはバイオマスの主要構成糖の一つであることから、キシロースの水素収率が高いことは本菌を水素生産菌として利用するうえで一つの利点となろう。バイオマスの有効利用をはかるため,バイオマスから発酵により得られた水素を燃料電池を用い電気に変換するとともに,副産物として得られた有機酸アルコールなどをメタン発酵しメタンを回収するシステムを構築することを目的として,本年度は高速水素生産菌Enterobacter aerogenesを用いたグルコースからの水素以外の発酵産物のメタン発酵特性を検討した。メタン発酵汚泥として広島県内の食品製造工場より採取した常温メタン発酵汚泥を種汚泥とし,E. aerogenesが生産する乳酸,酢酸,2,3-ブタンジオールおよびエタノールを,E. aerogenesの生成割合に合わせて添加した人口廃水を用いUASBリアクターを構築した。約100日間の馴養により廃液中の炭素源はほぼメタン化されたことから,水素(E. aerogenes)-メタン(UASBリアクター)2段発酵法は可能であることを確認した。

そこで,我々の開発したE. aerogenes自己固定型リアクターを用い,10g/lグルコースを基質とし水素の連続生産を行い,その培養廃液を先に馴養したUASBリアクターに投入することにより,ハイブリッド発酵システムの検討を行った。水素生産は滞留時間1.7hで最大となり,水素生産速度は10mmol/l/hとなった。この時,ギ酸11mM,乳酸16mM,酢酸12mM,2,3-ブタンジオール30mMそしてエタノール30mMが生産された。この培養廃液をメタン発酵したところ,滞留時間3.1dとした時,ほぼ完全に炭素源を消費し2.0mmol/l/hでメタンを生成した。現在のメタン発酵槽への負荷速度ではメタン生成槽が水素発酵槽と比較して非常に大型化してしまうことから,メタン生成速度の更なる向上が今後の検討課題となる。本年度は、水素-メタン発酵を実際にバイオマス(生ゴミ、パン製造工場固体廃棄物)に適用しその能力を評価した。生ゴミについては標準生ゴミ250gを用い、下水処理場から採取した高温メタン発酵汚泥を種汚泥とし水素発酵を行ったところ、水素生産には培養pHが大きく影響した。水素生産にはpH7が最適であり、pH5では著量の乳酸が生成し、H_2生成が抑制された。そこで撹拌型リアクターを用いpH7.0に制御した半連続培養を行なったところ、滞留時間2日で5mmol/l/dの水素生産速度が得られた。この時、上清中の全有機物炭素(TOC)は約3000mg/lであった。そこで、本上清を固定床型リアクターによりメタン発酵したところ、有機物負荷速度(OLR)2.17g-TOC/l/dで約140mml/l/dのメタン生成速度が得られ、TOC除去率も約90%を維持した。一方、パン製造工場固体廃棄物についても同様に検討を行ったところ、やはり水素生産には培養pHが大きく影響し、pH7において最も高い水素生産が見られた。そこでpH7に制御した撹拌槽型リアクターを用い、負荷速度を変えて半連続処理を行った。その結果、100g-wet wt./1、2日間処理により、MLSSの50%が減量化されると共に約300mMの水素が生産された。さらに水素発酵後の上清を基質として、UASBリアクターを用いたメタン発酵を行ったところ、OLRが9.5g-TOC/l/dの時、メタン生成速度は最大410mml/l/dであった。以上の検討から、燃料電池に直接投入できる水素を実際のバイオマスから直接回収するとともに、副産物をメタン発酵により効率的にメタンに出来ることを明らかにした。
タイ出土ヒト上科化石と動物相、古環境の解析

初年度においては、12月に研究代表者の國松と研究分担者の西岡、日下の3名がタイへ渡航し、ナコンラチャシマ市にある東北タイ珪化木博物館において、それぞれの分担領域において調査を実施した。國松は博物館において、ナコンラチャシマ市近郊のターチャン地域から産出した大型類人猿化石のオリジナル標本を対象に観察・計測・写真撮影などのデータ収集作業をおこなうとともに、ターチャン地域のサンドピットから産出したその他哺乳類化石の調査をおこなった。西岡は、最近、ターチャン地域から産出し東北タイ珪化木博物館に保管されている未整理の哺乳類化石標本を國松とともに整理し、博物館への登録作業をおこなうとともに、すでに登録済みの化石も含めて、ターチャン地域産出の哺乳類化石を対象に観察・計測・写真撮影などのデータ収集をおこなった。ターチャン地域では、ほとんどの場合、サンドピットにおける砂の採掘作業の過程で化石が発見されているため、東北タイ珪化木博物館に収蔵された化石標本にはゾウやサイなど大型動物の標本が多いが、数は比較的少ないものの、カバ科やイノシシ科、ウシ科、キリン科など、それ以外の哺乳類の標本も含まれていた。日下は、東北タイ珪化木博物館に保管されているターチャン地域産出の草食哺乳類化石の歯牙標本のエナメル質から、安定同位体分析にもちいるための試料を採取した。これらの試料は現在日下によって分析中である。また、東北タイ珪化木博物館に滞在中に、タイ側共同研究者らとともに、ターチャンチ地域のサンドピットを訪れ、新たに産出した化石を回収することもできた。タイ側共同研究者らとの関係は良好で、初年度、予定通り東北タイ珪化木博物館での調査を実施することができた。また、ナコンラチャシマ市近郊の化石産地からは、現在も継続的に化石が産出していることも確認できた。本年度は、前半、国内において、昨年度タイにおいて収集した化石・同位体サンプルのデータの予備的分析を進める。その結果を踏まえ、後半には、再びタイ王国ナコンラチャシマにある東北タイ珪化木博物館を訪問し、ナコンラチャシマ近郊のサンドピットから出土した類人猿を含む哺乳類化石を整理し、記載のためのデータを収集するとともに、哺乳類化石の歯牙のエナメルから安定同位体分析のためのサンプルを更に採取する予定である。また、タイ側共同研究者らを通じて、ナコンラチャシマ近郊で昨年度のタイ調査以降に出土した哺乳類化石に関する情報を集めることにも努める。
分裂酵母の有性生殖過程を支配するシグナル因子

分裂酵母の有性生殖におけるcAMP及びRasのそれぞれのシグナル伝達系の制御を知るために以下の実験を行い、いくつか新しい知見を得た。(1)CAPはアデニル酸シクラーゼに結合するタンパク質として出芽酵母及び分裂酵母で発見された。すでに単離したヒトのCAPホモログ遺伝子について酵母内で発現させ、ヒトCAPと酵母のアクチンとの結合を見たところ確かに結合する事が判明した。このことはTwo-Hybrid系においても確かめることができた。CAPはアクチン結合タンパク質として酵母からヒトまで保存されている。CAPのC-末領域がアクチンと結合し、N-末領域がアデニル酸シクラーゼと結合した。(2)アデニル酸シクラーゼの調節機構を知るためにcyr1遺伝子高発現株のマルチコピーサプレッサー遺伝子を単離解析している。1つはsir2と命名しているRNAヘリカーゼ様タンパク質をコードする遺伝子ではもう1つはmoc1と命名した機能未知の遺伝子である。sir2欠失株にPL10を発現させたがsir2の機能は相補せず逆に阻害的に働いた。moc1欠失株は高温感受性、有性生殖不能になり、細胞は伸張した形態を示した。moc1は有性生殖及び体細胞増殖両方に影響を持つ遺伝子であった。(3)栄養源が豊富な培地でも胞子形成する変異株を複数得ている。それを用いた実験の中でHMGcoAシンターゼをコードしている遺伝子hcsを得た。hcs遺伝子欠失株の生育はメバロン酸の添加により回復した。またHMGcoAレダクターゼ阻害剤の添加により接合胞子形成能が低下した。これはRasやMファクターのファルネシル化に影響を及ぼしたためでないかと考えた。
嗅内皮質傷害ラットにおけるドーパミン神経伝達の変化

興奮性アミノ酸神経伝達の低下、特に精神分裂病患者で形態異常が報告されている、嗅内皮質における伝達低下に伴う、ドーパミン神経伝達の変化を検討する目的で、以下の実験を行った。第一に、グルタミン酸受容体亜型の一種である、N-methyl-D-aspartate(NMDA)受容体のR1サブユニットのメッセンジャーRNA(mRNA)に対するアンチセンスオリゴヌクレオチドを脳室内に投与したラットについて、DA伝達の変化を検討した。このラットでは、R1サブユニットmRNAに対する相補的なプローブによるin situハイブリダイゼーションを行うと、側坐核や線条体内側部などの脳室周囲構造において、R1サブユニットmRNAの発現が低下していた。現在は、NMDA受容体蛋白の発現の変化を含めてより詳細に検討中である。このラットでは、A10のDA細胞の発火パターンの変動性の指標が、対照群に比較して有意に低下した。同じラットにおいて、ドーパミンD1およびD2受容体とチロシン水酸化酵素(TH)のmRNAの発現には有意な変化はみられなかった。今後は、選択的な放射性リガンドを用いた受容体オートラジオグラフィによるD1とD2受容体蛋白結合の変化についても、定量的に検討する予定である。第二に、キノリン酸による左側嗅内皮質傷害ラットにおいて、ドーパミンに関連した行動(探索運動量、メタンフェタミン誘発移所運動量、常同行動)や、ドーパミン受容体など後シナプスの変化を検討している。今後、ドーパミンDlおよびD2受容体とTHのmRNAの変化について、細胞レベルの検討も含めて定量的に評価し、同時に、受容体オートラジオグラフィによるD1とD2受容体蛋白結合の変化も検討する。正常成熟ラットにおいて、in situハイブリダイゼーション法を用いて、ドーパミン(DA)D1およびD2受容体とチロシン水酸化酵素(TH)のメッセンジャーRNA(mRNA)の分布を検討した。D1受容体についてはそのcDNAの21-60bpと1180-1219bp、D2受容体には11-50bpと844-883bp、THには116-155bpと641-680bpにそれぞれ相補的なオリゴヌクレオチドプローブを合成して用いた。D1およびD2受容体のmRNAはいずれも線条体に多く分布し、黒質緻密層にはD2mRNAはあるが、D1mRNAはみられなかった。さらに黒質にはTHmRNAの高度な発現が認められた。これらの結果から、現在用いているハイブリダイゼーションの条件下で、いずれのプローブも高い特異性を示すことが確認された。またD1およびD2受容体について、それぞれのブローブを2種類ずつ同時に用いることにより、mRNAの発現量の少ない部位における検出を試みた。さらにオートラジオグラフィ用乳剤による方法およびdigoxigeninによる酵素反応を用いた非放射性プローブによるin situハイブリダイゼーション法によって、mRNAを細胞レベルで検出することを準備中である。同時に、キノリン酸による左側嗅内皮質傷害ラットを作成し、上記のmRNAの発現の変化、および選択的な放射性リガンドをもちいたオートラジオグラフィによるD1とD2受容体蛋白結合の変化についても、定量的に検討することを準備中である。興奮性アミノ酸神経伝達の低下に伴う、ドーパミン(DA)神経伝達の変化を検討する目的で、以下の実験を行った。第一に、グルタミン酸受容体の一種である、N-methyl-D-aspartate(NMDA)受容体のR1サブユニットのメッセンジャーRNA(mRNA)に対するアンチセンスオリゴヌクレオチドを脳室内に投与して、R1サブユニットの発現を低下させたラットを作成した。このラットでは、R1サブユニットmRNAに対する相補的なプローブによるin situハイブリダイゼーションを行うと、側坐核や線条体内側部などの脳室周囲構造において、R1サブユニットmRNAの発現が低下しており、また中脳DA起始ニューロンの発火の減少が認められた。

同じラットにおいて、ドーパミンD1およびD2受容体とチロシン水酸化酵素(TH)のmRNAの変化について、予備的な検討を行った。今後は、選択的な放射性リガンドをもちいた受容体オートラジオグラフィによるD1とD2受容体蛋白結合の変化についても、定量的に検討することを準備中である。第二に、キノリン酸による左側嗅内皮質傷害ラットにおけるドーパミン神経伝達の変化の検討を行っている。これについては、左側嗅内皮質に傷害の限局したラットを作成中である。今後、DA D1およびD2受容体とTHのmRNAの変化について、細胞レベルの検討も含めて定量的に評価し、同時に、受容体オートラジオグラフィによるD1とD2受容体蛋白結合の変化も検討することを準備中である。興奮性アミノ酸神経伝達の低下に伴う、ドーパミン(DA)神経伝達の変化を検討する目的で、昨年度に引き続き、以下の実験を行った。第一に、グルタミン酸受容体の一種である、N-methyl-D-aspartatc(NMDA)受容体のRlサブユニットのメッセンジャーRNA(mRNA)に対するアンチセンスオリゴヌクレオチドを脳室内に投与した。このラットでは、RlサブユニットmRNAに対する相補的なプローブによるin situハイブリダイゼーションを行うと、側坐核や線条体内側部などの脳室周囲構造において、R1サブユニットmRNAの発現が低下していた。現在は、NMDA受容体蛋白の発現の変化を含めてより詳細に検討中である。同じラットにおいて、ドーパミンD1およびD2受容体とチロシン水酸化酵素(TH)のmRNAの発現には有意な変化はみられなかった。今後は、選択的な放射性リガンドをもちいた受容体オートラジオグラフィによるD1とD2受容体蛋白結合の変化についても、定量的に検討する予定である。現在は、DAに関連した行動(探索運動量、メタンフェタミン誘発移所運動量、常同行動)について検討中である。今後、DAD1およびD2受容体とTHのmRNAの変化について、細胞レベルの検討も含めて定量的に評価し、同時に、受容体オートラジオグラフィによるD1とD2受容体蛋白結合の変化も検討する。
ゲノム配列解析に基づく突然変異発生特性と適応進化の解明

ゲノム配列中に生じる多くの変化のうちのどれが適応的進化をもたらしているものであるのかを明らかにするための基本データを得ることを目的として、本研究では、人為的にゲノムに二重鎖切断を導入した出芽酵母のゲノム配列を決定することにより、ゲノムの突然変異発生特性を調べ、また、自然界から得られるウイルスやヒトのゲノム解析を行うことにより、実際の突然変異発生特性とゲノムの適応的進化の推定を行った。本申請研究では、ゲノム領域における突然変異率の直接計測法を開発し、分子進化解析に基づく適応進化関連領域の検出を可能にすることを目指す。また、その有効性を確かめるために、塩基配列決定を伴うゲノム解析を実施する。初めに、本領域において解析されている酵母実験株の次世代シーケンサーによる配列決定データを用いて、既に公開されている酵母ゲノムとの比較解析を行い、重点的に解析すべき領域の選定を進めた。また、並行してそれらの酵母実験株を至適条件下で継代培養するための実験環境を整え、試験的培養を始めている。一方、本研究課題と密接に関連する新規の研究として、札幌において長年流行性角結膜炎(EKC)患者から採取されているヒトアデノウイルス(HAdV)のゲノム解析(配列決定と比較解析)を開始した。HAdV-D群の血清型8,19,37,54の採取時期の異なる計7ゲノム、および、HAdV-E群の血清型4の1ゲノムを新たに配列決定している。これまでの解析の結果、異系統ゲノム間での組換えが特定領域で高頻度に起きていることと、それらの領域がエピトープ関連領域を含んでおり組換えに正の選択がかかっている可能性があることなどが明らかになった。そこで、酵母の場合と同様に、アデノウイルスゲノムの各領域におけるゲノム間組換えの起こりやすさを計測し、EKCの新たな流行とおそらく密接に関連すると考えられる真の正の選択領域を明らかにするための実験を、酵母の実験と並行して進めることとした。他のHAdVサンプルについてもゲノム配列決定を進め、EKC流行の原因解明を目指す。真核細胞内で生じる組換えの特性を明らかにすることを目的として、ヒトアデノウイルス(HAdV)のゲノム配列決定と比較解析を進めている。平成23年度においては、これまでに札幌において定点採集された流行性角結膜炎(EKC)発症性HAdVVの計10ゲノムをテロメア領域を含めて完全に配列決定した。また、米国、シンガポール、ハンガリーから、日本において見られなくなったHAdV-8のゲノムDNAを収集し、配列決定を進めている。これらのHAdVゲノム配列を他の既知ゲノム配列を含めて比較解析し、組換え頻度を調べたところ、これまでの血清型等の解析から示唆されていたウイルス表面たんぱく質遺伝子において実際に点突然変異率に比して有意な組換え境界頻度が検出された。興味深いことに、それ以上の頻度で、E3領域に存在する、ウイルスのホスト細胞への侵入過程で用いられる遺伝子や機能未知遺伝子においてきわめて高い組換え頻度が検出された。これら組換えホットスポットにおける組換えが、ゲノム全体で一様に起きる組換えのうちで自然選択の結果残ったものであるのか、あるいは、これらの遺伝子内に組換えを誘起する領域が存在するのかを明らかにするための解析を行った結果、組換えホットスポット近傍に遠縁ウイルス間で高度の保存している領域を見出すことが出来、後者の可能性が示唆された。真核生物ゲノムにおける挿入欠失の発生特性を明らかにするために、出芽酵母を用いて、の相同組換え(HR)、非相同末端結合(NHEJ)、そして最近その存在が知られるようになったMMEJのそれぞれによって生じる挿入欠失の発生特性を調べている。特に、比較ゲノム解析によって有意に高い挿入欠失が見つかる領域の中から何らかのタンパク質が結合することが分かっている領域を解析対象として選定した。ゲノムDNAに生じた二重鎖切断(DSB)の位置を高精度で検出するための方法を新たに開発し、本領域班員の白髭教授の研究室で維持されている半数性出芽酵母BY4741株(BY4741白髭株)のG1アレスト細胞への応用を行った。まず、同株のゲノム配列を、同班員である伊藤教授研究室のMiSeqおよび同研究室で開発されたアセンブラを用い、決定した。その結果、既知のBY4741 Toronto株と異なる構造を持つこと、および、至適条件下で培養された細胞集団では、突然変異は検出しうる頻度で発生しないことを確認した。次に、DSBの位置を高精度かつ網羅的に検出するための方法を新規に考案し、BY4741白髭株に応用した。その結果、巨視的には各核染色体のテロメアの近傍においてDSBが生じにくくなっていること、微視的には遺伝子領域よりも遺伝子間領域でDSBの高密度領域が多く見られることなどが観察された。これらは、DSB発生頻度の領域特異性を示唆している。一般に、遺伝子領域は、遺伝子間領域よりも機能的制約が強くかかっているために進化速度が遅い、と考えられているが、本研究の結果、遺伝子領域には物理的にDSBが生じにくいという性質があり、その影響で進化速度が遅くなっているという可能性が示された。

また、独自に世界各地から収集し配列決定したヒトアデノウイルスゲノムを用いてゲノム再編成の解析を行った結果、ゲノムの特定領域(ホットスポット)に組換え境界が集中していること、ホットスポットの近傍に遠縁ゲノム間でも高度に保存している領域が存在していること、ゲノム中の離れた位置にある領域間で共進化している場合があることなどを明らかにした。これらを総合すると、ヒトアデノウイルスは、遠縁系統間でも高度保存部位で相同組換えを行うとともに、おそらく構造・機能的制約のために共進化遺伝子の組み合わせが選択されていると推察された。本研究では、ゲノム内適応進化関連領域の検出を目的として、ヒトアデノウイルス(HAdV)および出芽酵母半数体のゲノムにおける、再編成・挿入欠失を含む突然変異発生解析を行ってきた。また、ヒト1000人ゲノムプロジェクトが第3期を完了し、2014年10月に26集団2504個体に関する高精度の対立遺伝子頻度データを公開したため、上記解析と並行して、ヒトゲノムにおける突然変異発生解析も進めることとした。HAdVゲノム解析においては、当該年度において、日本では初となる48型近縁ヒトアデノウイルスを発見し、これまでに類のない複雑な組換え体であるということを明らかにした。また、新規開発手法により、異なるゲノム領域間共進化の存在等を見出すことに成功した。共進化領域に存在する遺伝子については、その産物間で物理的相互作用が多数確認されたため、共進化は遺伝子産物間相互作用を通した負の自然選択の結果であると結論づけた。また、高頻度で組換えられている共進化領域には、その産物が宿主タンパク質と相互作用する遺伝子が多いことから、組換えが正の自然選択の結果であると推定した。この異ゲノム領域間共進化解析法は、多くの生物に応用可能な新たな遺伝子機能予測法である。半数性出芽酵母については、非相同組換え機構(NHEJなど)による修復を通した突然変異の導入を行い、ゲノム配列決定を行うことで、ゲノム中の突然変異発生特性を明らかにした。この結果は、自然選択がかかった細胞での突然変異と比較することにより、自然選択のかかり方を明らかにする重要な基礎データとなる。また、1000人ゲノムプロジェクトの高精度データを用い、新たな突然変異を選別することにより、実際のヒト集団内で生じている突然変異を明らかにした。その結果、ヒトゲノムの異なる領域や染色体間で突然変異発生頻度が大きく異なるということを発見した。新たに導入した次世代型パーソナルシーケンサーIonPGMと従来のAB3130xlを用いて、内外の共同研究者から受け取った多数のHAdVおよび酵母のゲノム配列決定を行った。ヒトのみを宿主とするHAdV-D種に加えて、他種HAdVおよびヒト以外を宿主とするAdVゲノム解析も行い、組換えホットスポットの存在を明らかにした。さらに、組換え・突然変異発生特性の普遍性と系統特異性の解析を行い、AdVの適応的進化に関連するゲノム領域を推定するとともに、ゲノム配列解析以外に、ウイルス表面タンパク質の立体構造を高精度で予測し、組換えおよび塩基・アミノ酸置換速度の高い領域がエピトープ領域候補に対応することを明らかにした。
グルコーストランスポーター1欠損症に対するAAVベクターを用いた遺伝子治療法開発

【背景】グルコーストランスポーター1欠損症(GLUT1DS)は、脳組織への糖輸送障害が原因の疾患であり、SLC2A1遺伝子のハプロ不全による発症形式をとる。GLUT1DSに対する治療としてケトン食療法があるが、根本治療を目指し、アデノ随伴ウィルス(adeno-associated virus; AAV)ベクターを用いて、GLUT1DSモデルマウス(GLUT1+/-マウス)に対する遺伝子治療開発を試みた。【方法】ヒトGLUT1 promoter領域(305塩基対)を用いた、SLC2A1 cDNA組込AAVベクター(AAV-GLUT1)を作成し、6週齢GLUT1+/-マウスに脳室内投与した。投与後、脳組織におけるGLUT1 mRNAおよび蛋白発現、運動機能評価(rota-rod test)、髄液糖測定を行った。同時に、6週齢マウスにAAV-GLUT1を心腔内投与し、局所投与(脳室内投与)および全身投与(心腔内投与)における主要臓器分布を確認した。【結果】AAV-GLUT1脳室内投与後、外因性GLUT1蛋白は、大脳皮質、海馬、視床に発現した。治療8週後では外因性GLUT1は主として血管内皮細胞に発現し、次いで神経細胞やオリゴデンドロサイトにも発現していた。更に投与周辺の脳組織における血管新生の改善が見られた。治療2年後においても血管内皮細胞や神経細胞における外因性GLUT1発現は維持されていた。脳室内投与群は、脳以外の主要臓器における外因性GLUT1発現を認めなかったが、心腔内投与群では肝および筋組織に外因性GLUT1発現を認めた。【結論】AAVベクターを用いた遺伝子治療は、GLUT1DSにおける新規治療として有望と考えた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。【背景】グルコーストランスポーター1欠損症(GLUT1DS)は、脳組織への糖輸送障害が原因で乳児期早期から難治性痙攣、知的障害、小脳失調等をきたす疾患であり、SLC2A1遺伝子のハプロ不全による発症形式をとる。GLUT1DSに対する治療としてエネルギー代替療法であるケトン食療法があるが、根本治療を目指し、アデノ随伴ウィルス(adeno-associated virus; AAV)ベクターを用いて、GLUT1DSモデルマウス(GLUT1+/-マウス)に対する遺伝子治療開発を試みた。【方法】ヒト内在性GLUT1 promoter領域が同定されていなかったため、すでに同定されているラットGlut1 promoter配列と相同性の高いヒト塩基配列を、myc-DDKタグ付SLC2A1遺伝子発現ベクターに組み込み、培養細胞に遺伝子導入し蛋白発現評価を行った。同定したヒト内在性GLUT1 promoterを用いたSLC2A1 cDNA組込AAVベクター(AAV-GLUT1)を作成し、6週齢GLUT1+/-マウスに脳室内投与した。【結果】ヒト内在性GLUT1 promoter領域(305塩基対)について、遺伝子導入後の細胞免疫染色およびmRNA定量で外因性GLUT1(GLUT1-myc)発現を確認したため、同配列を治療用ベクター(AAV-GLUT1)に組込み、GLUT1DSモデルマウスに脳室内投与を行った。脳室内投与8週後、外因性GLUT1蛋白は、大脳皮質、海馬、視床において、主として血管内皮細胞に発現し、神経細胞や一部のオリゴデンドロサイトにも発現を確認した。更に、治療後は有意な運動機能改善および髄液糖上昇を認めた。GLUT

1欠損症に対する遺伝子治療法開発の前段階として、より生理的なGLUT1発現に近づけるためのヒト内在性GLUT1 promoter領域の同定が確認出来た。更に、今回同定したpromoter領域を組み込んだ治療用AAVベクター(AAV-GLUT1)について、研究に必要十分な量を作成し、モデルマウスに対する遺伝子治療を開始することが出来た。しかしながら、モデルマウスの繁殖が想定より悪く、予定より少ない数での評価となったため、次年度マウス繁殖強化し、予定数の実験を遂行する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ヒト内在性GLUT1 promoter領域(305塩基対)を用いた、SLC2A1 cDNA組込AAVベクター(AAV-GLUT1)を用いた遺伝子治療について、脳室内投与群については、長期(治療半年、1年、2年後)における外因性GLUT1発現維持を確認する。また、投与周辺の脳組織における血管新生についてもlectin染色を用いて評価する。同時に、6週齢マウスにAAV-GLUT1を心腔内投与し、局所投与としての脳室内投与および全身投与としての心腔内投与における主要臓器分布の評価(off-target effect)として、投与後、心・肝・腎・筋組織における外因性GLUT1発現を比較する。
ポーラス積層地盤の塑性変形特性および透水機能低下の究明と解析モデルの提案

交通荷重によるポーラス積層地盤のわだち掘れ(塑性変形の累積)と透水機能の低下に焦点を絞り,要素レベルおよび多層構造体レベルのわだち掘れの進行と透水機能の低下のメカニズムの究明を試みた.要素試験では路床土および路盤材の累積塑性軸ひずみ-透水係数-載荷回数の関係を明らかにし,予測式を提案した.また,ポーラス積層地盤模型を用いた移動輪載荷試験では走行回数の増加に伴うわだち掘れの進行,荷重分散力の低下,透水機能の低下のメカニズムを把握することができた交通荷重によるポーラス積層地盤のわだち掘れ(塑性変形の累積)と透水機能の低下に焦点を絞り,要素レベルおよび多層構造体レベルのわだち掘れの進行と透水機能の低下のメカニズムの究明を試みた.要素試験では路床土および路盤材の累積塑性軸ひずみ-透水係数-載荷回数の関係を明らかにし,予測式を提案した.また,ポーラス積層地盤模型を用いた移動輪載荷試験では走行回数の増加に伴うわだち掘れの進行,荷重分散力の低下,透水機能の低下のメカニズムを把握することができた都市域における洪水対策やヒートアイランド現象軽減のための一手段として,道路面に空隙の多い(ポーラス)層を設ける積層地盤の適用が進みつつある.しかし,その機能低下や耐久性については十分に解明されてはいない.そこで本研究は,交通荷重によるポーラス積層地盤のわだち掘れと透水機能の低下に焦点を絞って,それらのメカニズムの究明と解析モデルの提案を目指すものである.平成22年度は,要素力学試験を重点的に行った.具体的には,まずアスファルト固化体については2種類のアスファルト混合物(排水性と密粒度)を対象に円柱供試体を用いて,設定した試験条件下で繰返しねじりせん断試験を実施した.その結果,それぞれの混合物について累積塑性せん断ひずみと載荷回数の関係が得られ,混合物によってその特徴が大きく異なることを明らかにした.次に,未固結粒状材料については鉄鋼スラグ路盤材を対象にして円柱供試体で長期繰返し三軸圧縮試験を行った.軸方向のみならず水平方向についても累積塑性ひずみと載荷回数の関係が精度よく得られた.また,両方向の累積塑性ひずみが平均有効主応力,繰返し偏差応力,載荷回数を変数とする関数で記述できることなどを明らかにした.いずれも既往研究では見られない成果である.アスファルト固化体の成果はその耐久性評価方法の確立のための新たな研究課題へと展開できるものでもある.また,未固結粒状材料の成果は今後確立していくべき舗装の理論的構造設計法におけるわだち掘れの予測解析に応用できるものである.さらに,予備実験として三層系の模型アスファルト舗装(アスファルト混合物表層、粒度調整砕石路盤,まさ土路床)を用いた繰返し平板載荷試験も実施した.ポーラス積層地盤の作製には模型型枠の改良と載荷方式にひと工夫必要であることも分かった.これらのことから,本研究課題に関する当該研究期間の当初目標は十分に達せられたと考えられる.道路面に空隙の多い(ポーラス)層を設ける積層地盤の機能低下や耐久性については十分に解明されてはいない.本研究は,交通荷重によるポーラス積層地盤のわだち掘れと透水機能の低下に焦点を絞って,それらのメカニズムの究明と解析モデルの提案を目指すものである,平成23年度も要素力学試験の実施と積層地盤模型の載荷試験装置の改良と整備を行った,具体的には,平成22年度の成果を受けて,アスファルト固化体については,より多くの種類のアスファルト混合物を用いて繰返しねじりせん断試験を実施することによって,既往方法では評価出来ない混合物の耐久性に係わる諸特性も評価できることを明らかにした.これは,アスファルト固化体の新たな耐久性評価方法の確立のための新たな研究課題へ発展できるものである。また,未固結粒状材については未固結鉄鋼スラグ路盤材の繰返し三軸圧縮試験の追加試験を行うと共に,道路用砕石を用いて新たに繰返し三軸圧縮透水試験を実施した。前者では平成22年度の成果として提案した累積塑性軸および水平方向ひずみの予測式の改良を行った。後者では試験装置の改良と試験方法に工夫を加えることによって,試験数は少ないものの載荷応力条件-累積塑性軸ひずみ-透水係数-載荷回数関係をある程度把握できた,これらは,わだち掘れの解析およびその増加に伴う透水係数の低下の予測に応用できるものである.次に,三層系のアスファルト舗装模型を用いた載荷試験については,平成22年度の予備実験で明らかになった問題点のうち載荷方式について繰返し平板載荷方式から移動荷重載荷方式へと全面的に改良を加えた.予備実験(1回ではあるが)の結果から,繰返し平板載荷方式よりも現実的な累積塑性変形を再現できることなどを明らかにした.以上のことから,本研究課題に関する当該研究期間の当初目標は概ね達せられたと考えられる。道路面に空隙の多い(ポーラス)層を設ける積層地盤の機能低下や耐久性については十分に解明されてはいない.本研究は,交通荷重によるポーラス積層地盤のわだち掘れと透水機能の低下に焦点を絞って,それらのメカニズムの究明と解析モデルの提案を目指すものである.平成24年度は,平成23年度に改良した積層地盤模型の移動輪載荷試験装置を用いた実験を中心に行い,新たに豊浦標準砂を用いた繰返し三軸透水試験も実施した.

これは当初計画にはなかったが本研究課題を完成させるために必要となったためである.具体的には,現実的なポーラス積層地盤模型(ポーラスアスファルト混合物層,透水性瀝青安定処理混合物層,切込砕石層,豊浦標準砂層)を作製して移動輪載荷試験を4つの環境条件下で実施した.その結果,走行回数の増加に伴いアスファルト混合物層の荷重分散力が低下し下層に作用する鉛直応力が増加することが分かった.この現象は路面温度の影響を強く受け路面温度が高いほど著しかった.また,わだち掘れの進行も同様であった.いずれの現象も散水の影響は非常に小さかった.さらに,透水機能の低下は移動輪走行位置のわだち部で著しかったが,これは走行回数の増加に伴う積層地盤の塑性変形の累積による間隙の減少に起因すると推察された.これらは,既往研究では見られない成果であるとともに,ポーラス積層地盤の応答解析を行う場合には3次元解析が望ましいことを示唆するものである.次に,豊浦標準砂での繰返し三軸圧縮透水試験の結果から,累積塑性軸ひずみと載荷回数の関係および透水係数と載荷回数の関係が得られた.これらの関係は平成23度の砕石での試験結果とよく似た傾向であることが分かった.この成果は,わだち掘れ進行およびそれに伴う透水係数の低下の予測に応用できる.最後に,研究の取り纏めを行った.以上のことから,本研究課題の当初目標は概ね達せられたと考える.本研究目的は交通荷重によるポーラス積層地盤のわだち掘れと透水機能の低下に焦点を絞って,それらのメカニズムの究明と解析モデルの提案である.平成22年度,23年度の研究成果から要素レベルについては計画以上に進展しているが,舗装模型を用いたシステムレベルでは載荷方式に全面的改良を実施したことによって遅れが少し出ているため,総合的に判断して「おおむね順調に進展している」と評価した.24年度が最終年度であるため、記入しない。改良整備済みの三層系アスファルト舗装模型の載荷試験装置での試験実施が主となる。また,要素試験についても予測解析モデルの改良のための追加試験を実施する。研究計画の変更はなく,研究を遂行していく上での問題点としては舗装模型での移動荷重載荷装置の故障が挙げられる。万が一故障し修理に長期間を要する場合には,繰返し平板載荷方式を復活させて試験を行うと岡時に数値解析によって結果を補完する。修理が済み次第,移動荷重載荷装置を用いた試験を実施して考察結果を修正することにより対応可能である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
2型糖尿病疾患感受性遺伝子多型を基にした膵島病理学的変化と臨床経過、予後予測

2型糖尿病(T2DM)の発症機序の一つに膵島細胞機能不全がある。特にグルコースに対するβ細胞のインスリン分泌の低下とα細胞のグルカゴンの分泌抑制の欠如はT2DMの膵島機能不全の特徴である。その原因のひとつに膵島β細胞容積の低下とα細胞容積の増加がある。今年度のヒトT2DM剖検検体における膵島病理変化の検討から、日本人における膵島β細胞容積の低下とα細胞容積の増加が確認された。ヒト標本においても、分化転換マーカーであるALDH1A3の発現がT2DMにおいて亢進していることが確認された。また、血糖の変化にかかわらずT2DMにおいてもβ細胞容積は広い多様性をもっていることが解明された。つまり、この結果はT2DMβ細胞量は血糖因子以外によっても規定される可能性を示唆している。β細胞容積の改善はT2DMの根治につながる可能性があるので、その因子の解明は重要である。その一つに遺伝子が挙げられる。近年、多くの糖尿病感受性遺伝子の一塩基多型(SNPs)が大規模なGWASによって解明されている。特に日本人T2DM特有な疾患感受性遺伝子のSNPsが複数見出されている。しかしながら、T2DMにおけるこれらSNIPsの存在と膵島病理学的変化については未だ明らかになっていない。今年度はSNPsと膵島病理学的変化の解明のための試料の収集を行った。前述したように、膵臓の病理学的検索を行うと同時に、DNAの採取を同時に行ってきた。膵臓組織像所見を備えているヒトDNAサンプルは貴重である。得られたDNAを用いて、遺伝因子による膵島病理学的変化を検討することによりT2DMの新たな病態解明、治療法の確立のみならず、T2DM膵島病理学的病変の予測バイオマーカーとしてのSNPsの可能性をさらに探索する。今年度はSNPs解析の為の試料の収集を主に行った。弘前大学医学部附属病院における剖検症例の非2型糖尿病、2型糖尿病剖検症例を60症例収集した。臨床経過の確認に加え、それぞれ、膵臓のほか、腎臓を採取し、凍結材料の確保、電子顕微鏡試料の作成、10%緩衝ホルマリン固定、パラフィン包埋標本の作製を行った。凍結材料から、DNAの抽出、単離を行い、SNIPs解析のため保管した。さらに、膵臓切片を用いて1膵島容積、各内分泌細胞容積、2膵島細胞の増生能、3膵島細胞死、4膵島細胞の新生能、5膵島細胞の分化転換及び6脱分化を検討した。現在、20症例における膵臓病理学的検討が終了している。次年度はSNPsアレーにより検体のSNPsを網羅的に検討する予定である。そのためにも多数の剖検試料の収集が課題としてあげられる。パラフィン包埋切片からでもDNAを採取できるため、SNPsアレーによる網羅的解析を行うことができる。しかしながら、各臓器をホルマリンに固定し、パラフィン包埋を行うとDNAが変性し、その配列が変化する可能性も指摘されている。そのためにも、凍結標本からホルマリン固定を行なっていないDNA試料の採取、蓄積が必須であると考える。年間の剖検数は限られており、さらに、死後変化の少ない条件の良い試料は多くない。そのためにも、剖検があるときは確実に膵臓、肝臓、腎臓を採取し、DNAの抽出を行う必要がある。また、膵臓の病理学的検討も引き続き継続して行っていく。正確な膵臓の病理学的検討があってこの研究は初めてSNPsの膵臓病理学的変化の影響を評価できるためである。

弘前大学医学部附属病院における剖検症例の非2型糖尿病、2型糖尿病剖検症例を60症例収集した。臨床経過の確認に加え、それぞれ、膵臓のほか、腎臓を採取し、凍結材料の確保、電子顕微鏡試料の作成、10%緩衝ホルマリン固定、パラフィン包埋標本の作製を行った。凍結材料から、DNAの抽出、単離を行い、SNIPs解析のため保管した。さらに、膵臓切片を用いて1膵島容積、各内分泌細胞容積、2膵島細胞の増生能、3膵島細胞死、4膵島細胞の新生能、5膵島細胞の分化転換及び6脱分化を検討した。現在、20症例における膵臓病理学的検討が終了している。次年度はSNPsアレーにより検体のSNPsを網羅的に検討する予定である。そのためにも多数の剖検試料の収集が課題としてあげられる。パラフィン包埋切片からでもDNAを採取できるため、SNPsアレーによる網羅的解析を行うことができる。しかしながら、各臓器をホルマリンに固定し、パラフィン包埋を行うとDNAが変性し、その配列が変化する可能性も指摘されている。そのためにも、凍結標本からホルマリン固定を行なっていないDNA試料の採取、蓄積が必須であると考える。年間の剖検数は限られており、さらに、死後変化の少ない条件の良い試料は多くない。そのためにも、剖検があるときは確実に膵臓、肝臓、腎臓を採取し、DNAの抽出を行う必要がある。また、膵臓の病理学的検討も引き続き継続して行っていく。正確な膵臓の病理学的検討があってこの研究は初めてSNPsの膵臓病理学的変化の影響を評価できるためである。今年度は標本の収集と病理学的検索を集中的に行った。病理学的検索は、申請者の所属する講座の試薬、機器を用いることができたため、多くの予算を必要としなかった。次年度はSNPsアレーと病理学的検索を行う。
アミノ酸窒素同位体比で解く近過去生態系の変動:標本生物に記録された情報の解読

本研究は、生体アミノ酸の化合物レベル窒素安定同位体比を用いた、生態系生物の栄養段階推定手法の開発研究の一部である。本課題では、過去に採取・保管されてきた生物試料を想定した化学固定や殻内有機物に対する手法の検証と、琵琶湖・バイカル湖の生物標本試料での応用研究を行った。この結果アミノ酸窒素同位体比手法は化学固定や殻内有機物においても有効であり、過去の生態系構造の研究でも威力を発揮することが示された。標本試料における化学固定の影響評価:グルタール・ローズベンガル・ホルマリン・エタノール等、生物試料で一般的に用いられる化学的固定剤について、そのアミノ酸窒素同位体比への影響評価を行った。これまでの魚類のほかに、各種の含アミノ酸・含タンパク物質、土壌・水生生物について、実験的化学固定したものとそうでないもののアミノ酸窒素同位体比を比較した。この結果、両者に有意な差が認められないことが確認された。貝類における殻内・筋肉組織・餌生物問のアミノ酸安定同位体比分布:天然で捕獲した巻貝、実験で飼育された巻貝数種、それらの餌生物について、アミノ酸窒素安定同位体比を測定し関係を解析した。その結果筋肉組織と殻内有機物とのアミノ酸分布は、一致することが明らかとなった。餌生物との関係についても、研究代表者らのグループで各種の水界生態系生物について見出した結果と整合性があることが明らかとなった。陸上土壌生物におけるアミノ酸安定同位体比分布:森林土壌等に生息する数種の生物とその餌とされる物質について、アミノ酸窒素同位体比の測定を行った。結果については現在考察をすすめているところである。琵琶湖産魚類の標本試料を用いて、琵琶湖の富栄養化と魚類の食性変化、栄養段階の変化について研究を行った。この結果、琵琶湖ハゼ科魚類イサザではアミノ酸の化合物レベル窒素安定同位体比手法による栄養段階の算出結果には、ほとんど変化が見られないことが明らかとなった。イサザについては琵琶湖の富栄養化後、胃内容物に明らかな生物相変化が観測されているが、本研究の結果は食性の見かけ上の変化が必ずしも栄養段階の変化にはつながらないことを示唆した。これは全窒素安定同位体比測定による従来手法を用いた研究結果とも一致している。ロシアバイカル湖では、バイカルアザラシ、浮遊性カジカ4種、コレゴヌス、その他浮遊性の動物プランクトン等について、アミノ酸安定同位体比測定を行い、この湖における生態系構造の再解析を行った。この結果バイカル湖において栄養段階最上位に位置するバイカルアザラシは栄養段階5を示し、カジカ類より上位に位置することを確かめた。バイカルアザラシでは、全窒素安定同位体比により推察された栄養段階が、行動観測から予測されるよりも低いことが報告されている。本研究の結果、採餌範囲の広い高い高次消費者では、餌生物における全窒素同位体値の幅の広さが、栄養段階算出の際の過小評価につながっていることが推察された。同様の事項は、本研究の中で相模湾周辺におけるイワシ類における研究結果においても観測されており、アミノ酸手法による援用段階推定が、生態系のなかで高次消費者の栄養段階推定においても優れた威力を示すことを明確に示す成果となった。
最高性能送信用超伝導バルクフィルタの開発

本研究では最高性能送信用超伝導フィルタを開発すること目的とし,以下のような成果を得た。3段超伝導バルクリング共振器フィルタを設計・製試作し,25W以上の耐電力を得ることができた。さらに,電磁界シミュレーション結果から,3段バルクディスク共振器フィルタは100W以上の耐電力を示すことが予想された。また,急峻なスカート特性を達成するために,9段飛び越し結合型フィルタが必要であることを明らかにし,2段及び3段バルクディスクフィルタの設計・試作を行うことができた。本研究では,薄膜に代えて高品質超伝導バルクを用いることによって,高い耐電力を有する最高性能送信用超伝導フィルタを開発すること目的としている。最終的な超伝導送信用フィルタ特性の仕様と数値目標は,中心周波数:5GHz,帯域幅:100MHz,挿入損失:1dB以下,スカート特性:30dB/10MHz以上,耐電力:40W以上である。本年度はまず,耐電力及び相互変調歪み(IMD)測定を行うための評価システムの構築を行った。本助成により購入したRF発信機を追加することによって測定システムが構築できた。また,システムのノイズレベルを低減するためにノッチフィルタの導入が有効であることを明らかにした。さらにこれまでにない超伝導2信号通過フィルタを提案しIMD測定システムの低ノイズ化に有効であることを初めて明らかにした。この超伝導2信号フィルタは本提案による超伝導バルクフィルタにより実現できた。また,3段リング共振器フィルタの耐電力特性を評価した結果,Gy系バルクフィルタが25W以上の耐電力特を持つことを実験的に初めて明らかにできた。これは,Dy系バルクに比べて約2.5倍の耐電力である。電磁界シミュレーション結果から,ディスク型フィルタはリング型に比べて約4倍の耐電力特性を示すことが予想されているので,3段Gdバルクディスク共振器フィルタは100W以上の耐電力を有することが予想できる。次に,周波数特性(スカート特性)の目標を達成するために,9段飛び越し結合型フィルタが必要であることがわかった。本年度は,その前段階として,2,3,4段フィルタの設計を終了できた。試作は2段フィルタの1次試作を終えたが,現在特性改善のための実験を行っている。本研究では,薄膜に代えて高品質超伝導バルクを用いることによって,高い耐電力を有する最高性能送信用超伝導フィルタを開発すること目的とした。具体的な超伝導送信用フィルタ特性の仕様と数値目標は,中心周波数:5GHz,帯域幅:100MHz,挿入損失:1dB以下,スカート特性:30dB/10MHz以上,耐電力:40W以上である。研究期間内に耐電力及び相互変調歪み(IMD)測定を行うための評価システムの構築を行った。本助成により購入したRF発信機を追加することによってIMD測定システムが構築できた。また,これまでにない超伝導2信号通過フィルタを提案しIMD測定システムの低ノイズ化に有効であることを初めて明らかにした。電磁界シミュレーション結果から,ディスク型フィルタはリング型に比べて約4倍の耐電力特性を示すことが予想されているので,3段Gdバルクディスク共振器フィルタの実現により100W以上の耐電力を有するという知見を得た。次に,周波数特性(スカート特性)の目標を達成するために,9段飛び越し結合型フィルタが必要であることを明らかにし,その前段階として2,3,4段フィルタの設計・試作を行った。以上の結果から,最高性能送信用超伝導バルクフィルタの最適形状を明らかにすることができた。