hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
1,2,4,5-テトラオキサシクロアルカンを標的とする新生血管産生阻害剤の開発

本研究では、合成環状過酸化物1,2,4,5-テトラオキサシクロアルカンによる血管新生阻害または抑制効果の観点から抗がん特性を検討した。まず、ヒト線維肉腫細胞HT-1080に対するウロキナーゼ型プラスミノーゲンアクチベーター(u-PA)産生阻害活性試験を、生細胞のコハク酸脱水素酵素の還元能を指標とする細胞毒性試験と併せて実施した。これまでに数十種類の1,2,4,5-テトラオキサシクロアルカンのin vitroでの効果を検討した結果、いくつかの環状過酸化物は血管新生阻害特性に優れていることが明らかにされつつある。その中でも特に注目される基本骨格として、8員環過酸化物1,2,4,5-テトロキソカン誘導体が有望であるとの見通しを得ている。この一群の化合物のもう一つの特徴として、細胞毒性が極めて低いことが挙げられる。CAM法で得られた結果は、HT-1080に対するu-PA産生阻害試験の結果と良い対応をなしている。しかしながら、40mg/eggの用量で60%以上、かつ10mg/eggの用量で30%以上のものを有効と判定しているが、今回検査したものの中には、残念ながらその条件を満たすものは見つかっていない。現在、カルボキシル基を側鎖に持つ水溶性1,2,4,5-テトロキソカン誘導体の合成を成功裡に終了し、活性の測定結果を待っている段階である。また、鎖状過酸化物1,1-ビス(アルキルジオキシ)シクロドデカンを多数合成し、その新生血管産生阻害作用について測定を開始している。
生体の不確定性を取り扱う非線形確率有限要素法の開発

CTやMRIなど医用画像から臓器形状を取得し解析を行い,個人に合わせた治療の指針を導くなど解析を診断支援に活用するための試みが多く行われている.しかし画像境界の不鮮明さや物性値の不確定性など解析の入力値は不確定性が高い.不確定性の解析結果に及ぼす影響の評価が行われていないため,解析結果の精度は保証されていない.本課題では,狭窄を有する柔軟管に流れる拍動流を対象とした物性値や形状等入力の不確定性が解析結果に及ぼす影響の評価を行う.当該年度は,不確かさを定量化する手法として,確率有限要素法解析の実装を行った.確率有限要素法は,解析条件にばらつきの情報を含ませた一回の解析を行い,解析結果にもばらつきが出力されるようにするものであり,計算コストを抑えつつ不確かさを定量化する手法である.確率有限要素法では,解析条件のうち確率変数と見なされるもののモーメントを設定したうえで解析を行い,解析結果のモーメントを得る.本研究では粘性係数を確率変数とみた解析を行うため,Navier-Stokes方程式に対し,流体粘性係数を確率変数の摂動近似として与え,摂動法に基づき流速の変動率決定方程式群を導出する.今回は確率変数として粘性係数をとり,1次近似法での実装を行った.粘性係数の標準偏差として10^-6を与え,評価値として狭窄前後の圧力降下をとり確率有限要素法解析を実施したところ,粘性係数の変化に対して圧力降下が鋭敏に応答する領域(低粘性域)では標準偏差>1と大きな値となり,粘性係数によらず圧力降下がほぼ一定となる領域では標準偏差は10^-2程度と小さくなった.標準偏差の値は,粘性係数の変化に対する圧力降下の応答の傾向をおおむね再現し,不確かさの定量的評価法として妥当であることを確認した.本年度は,一体型解法のALE流体構造連成解析を用いることで,狭窄を伴う柔軟管内の流れについての基礎的検討を行った.狭窄管の解析においては,以下のような点を確認した.(1)入口圧力を制御した剛体管解析と柔軟管解析の比較を行った.柔軟管の流入流量は剛体管と比較して振幅が大きく,位相が早くなり,流出流量については振幅が小さく,位相が遅れるようになった.また流出流量の位相の遅れに従い,出口圧力の位相が遅れるようになった.(2)ヤング率を変えた解析の比較を行った.ヤング率が小さくなるほど出口圧力の位相が遅れ,ピーク値は小さくなった.(3)狭窄率を変えた解析の比較を行った.狭窄率が小さくなるほど,狭窄部での圧力損失が小さくなり,同じ入口圧力に対してより大きな流量が流れるようになった.また,圧力損失が小さくなった結果,狭窄後流の圧力が大きくなり,狭窄下流の管の弾性効果が大きくなった.(4)これらの結果は定性的に実験と一致した.加えて分岐を模した境界条件を付加した解析を行い,以下の点を確認した.(1)柔軟管のヤング率は流量分配への影響は小さかった.(2)狭窄率が小さくなるほど,流量分配が均等に近づき,結果分岐上流の圧力が全体に小さくなった.(3)分岐部と分岐前のコンデンサ値(弾性効果)を変えた解析の比較を行った.コンデンサ値が大きくなると,その下流の流量・圧力の振幅を小さくし,上流の管のコンデンサ効果を抑える傾向が見られた.(4)高血圧を想定したパラメータ値にて解析を行った.血管が硬化して弾性効果が小さくなると,下流の流量・圧力の振幅を大きくし,さらに高血圧化を助長させる可能性が示された.分岐した柔軟管の流体構造連成解析を実現し、現象の傾向を把握した。当初の計画からみて、おおむね順調である。CTやMRIなど医用画像から臓器形状を取得し解析を行い,個人に合わせた治療の指針を導くなど解析を診断支援に活用するための試みが多く行われている.しかし画像境界の不鮮明さや物性値の不確定性など解析の入力値は不確定性が高い.不確定性の解析結果に及ぼす影響の評価が行われていないため,解析結果の精度は保証されていない.本課題では,狭窄を有する柔軟管に流れる拍動流を対象とした物性値や形状等入力の不確定性が解析結果に及ぼす影響の評価を行う.当該年度は,狭窄血管における造影剤動態の評価を行った.狭窄の下流にははく離が生じることにより造影剤が必ずしも一様には行き渡らない.この現象を流体構造連成解析と,造影剤を流体現象に影響を及ぼさない移流する質点とみなした解析とを行い分析を行った.狭窄直後のはく離した領域ではどの条件でも大きく造影剤濃度が低下することが分かった.低い狭窄率では噴流が再付着した後の安定した流れにより下流の流体が一様に交換される一方で,高い狭窄率では拍毎の初期条件のわずかな違いによって噴流の方向が変化し,造影剤密度の高い流体によって置換される部分が大きく変化し,造影剤の粗密の再現性が低いことが分かった.また狭窄を偏心させた場合についても検討を行った.軸対称狭窄管では噴流が管中央を通り軸対称なはく離領域が生じるが,偏心狭窄管では狭窄後の噴流が大きく中央から逸れ,はく離領域の形状は大きく異なったものとなった.それに伴い狭窄直後の造影剤が疎となる部分も変化した.一方今回の検討の範囲では,狭窄率が等しい場合造影剤の分散には大きな影響を及ぼさなかった.

当該年度は,狭窄血管における造影剤動態の評価を行い医用画像に生じる狭窄由来の不確実性について検討を行った.当初の計画からみて,おおむね順調である.CTやMRIなど医用画像から臓器形状を取得し解析を行い,個人に合わせた治療の指針を導くなど解析を診断支援に活用するための試みが多く行われている.しかし画像境界の不鮮明さや物性値の不確定性など解析の入力値は不確定性が高い.不確定性の解析結果に及ぼす影響の評価が行われていないため,解析結果の精度は保証されていない.本課題では,狭窄を有する柔軟管に流れる拍動流を対象とした物性値や形状等入力の不確定性が解析結果に及ぼす影響の評価を行う.当該年度は,不確かさを定量化する手法として,確率有限要素法解析の実装を行った.確率有限要素法は,解析条件にばらつきの情報を含ませた一回の解析を行い,解析結果にもばらつきが出力されるようにするものであり,計算コストを抑えつつ不確かさを定量化する手法である.確率有限要素法では,解析条件のうち確率変数と見なされるもののモーメントを設定したうえで解析を行い,解析結果のモーメントを得る.本研究では粘性係数を確率変数とみた解析を行うため,Navier-Stokes方程式に対し,流体粘性係数を確率変数の摂動近似として与え,摂動法に基づき流速の変動率決定方程式群を導出する.今回は確率変数として粘性係数をとり,1次近似法での実装を行った.粘性係数の標準偏差として10^-6を与え,評価値として狭窄前後の圧力降下をとり確率有限要素法解析を実施したところ,粘性係数の変化に対して圧力降下が鋭敏に応答する領域(低粘性域)では標準偏差>1と大きな値となり,粘性係数によらず圧力降下がほぼ一定となる領域では標準偏差は10^-2程度と小さくなった.標準偏差の値は,粘性係数の変化に対する圧力降下の応答の傾向をおおむね再現し,不確かさの定量的評価法として妥当であることを確認した.不確定性の定量的把握血管の解析に伴う不確定性の要因は大きく3つに分類できる.1つ目は生体に起因するもので,個体差・空間的不均一・運動状態による変化などが挙げられる.2つ目は計測誤差であり,画像境界の不鮮明,非侵襲計測の難しさなど,生体を対象にするが故の誤差の拡大がある.3つ目はモデル化に際するもので,メッシュに施されるスムージング処理,残留応力など物性値表現の不完全さなど,計算の実現のための措置ではあるがこれも不確定性の要因である.本課題は対象を柔軟管にすることで実験における不確定性を低く抑え妥当性確認を行い,応答解析には実血管に想定される不確定性を入力とする.生体に起因するものに関しては文献値を調査する.計測誤差に関しては複数の計測機器を用いた実験を通して定量化する.モデル化に際するものはスムージングの程度の異なるものや材料構成式を単純化したもの等を用いて検証する.機械学習による流体パターンのクラスタリング解析流体構造連成解析で得られる解析結果は,3次元空間に分布する変位・流速ベクトルの時刻暦データとなる.本課題の実現には,複数の不確実パラメータセットに対して得られた流体構造連成結果を比較し特徴的なパターンに分類し,各パターンに相当する不確実変数の範囲を同定する必要がある.そこで,まず結果を教師なしの機械学習によりクラスタリング分析を行い,特徴的な固有パターンを持つクラスタに分類する.節点の変位・流速ベクトルに関する階層的Ward法によるクラスタ分析を予定している.各クラスタの平均・分散や,クラスタの流体動態を可視化し,特徴的パターンの抽出が適切に行えたか確認する.
DNA組換・修復における免疫不全症の新規原因遺伝子Artemisの機能解析

Artemisのリン酸化について、さらに生化学的検討を行った。試験管内でArtemisはDNA-PKと複合体を形成し、リン酸化されることを確認した。一方、生体内ではArtemisは定常状態でリン酸化されていること、放射線照射によりさらにリン酸化を受けることが判明した。生体内でのArtemisのリン酸化酵素の検討を現在進めており、DNA-PK以外の別のキナーゼが関与する事が示唆された。最後に、昨年度検討した、生体内で直接、非相同末端結合(NHEJ)型のDNA修復を検出する系(プラスミ再結合アッセイ)を確立し、Artemisの機能ドメインについて解析を行った。ArtemisのDNA修復機能にはSNM1ドメインと複数のリン酸化部位が必要であることを明らかにした。次に、SNMIC/Artemis欠損細胞の示す放射線感受性はヒトArtemis cDNAにより相補されたので、変異を導入し、放射線感受性の相補性を指標にArtemisの機能検定を行った。SNM1ホモロジードメインとDNA-PKリン酸化候補部位の変異は相補性ほ示さず、これらがArtemisの機能に重要であることがわかった。多数あるDNA-PKリン酸化候補部位は、少なくとも3個の変異にまで絞り込むことができた。また、生体内でのV(D)J組換えを測定する系として、DT40細胞の免疫グロブリン軽鎖座位をジーン・ターゲティングによって非再編型に変更し、RAG1/2の人為的発現によって表面IgMの再発現がおこるアッセイ系を作製した。組換え効率が1%程度であり、現在、効率を高める改良を検討している。また、他の方法として、制限酵素切断により線状となったプラスミドを基質とし、プラスミドの再結合を検出する方法を検討し、満足できる結果を得た。
リパーゼの糖尿病における新たな役割の解明

ホルモン感受性リパーゼ(HSL)は細胞内のトリグリセリド(TG)やコレステロールエステル(CE)を水解するリパーゼである。HSL欠損マウス(HSLKO)ではインスリン欠乏に合併する高TG血症がrescueされることは先行研究からすでに見出している。さらにHSLKOではレプチン抵抗性を来すことをこれまでに報告している(Takanashi M JAT 2017)。本研究は、HSL等のリパーゼと糖尿病との関連を探るものであり、特にdiabetic lipemiaの発症機序、レプチンとの関連、インスリン抵抗性への影響などを探索することで、糖尿病の発症メカニズムの解明やdiabetic lipemiaの制御を目的としている。2018年度は主にストレプトゾトシン(STZ)によりインスリン欠乏にした際に生じる高TG血症について研究を進めるとともに、ある種の高炭水化物食摂取による脂肪肝形成実験、およびその際の肝臓含有脂質の解析などを行った。STZによりインスリン欠乏にした際の高TG血症については、これまでも複数回学会などで発表している。しかしいずれも7日間程度の短期の観察結果であり、長期的な影響については未評価であった。HSL欠損マウスは細胞内脂質の水解が困難であることから脂質利用が低下していると考えられ、一方STZ処理下ではインスリン欠乏により糖利用も低下していると考えられる。このような状況下で長期的に飼育した場合の脂肪、筋、肝への影響について解析を進めている。またHSLKOへのある種の炭水化物食負荷による脂肪肝への影響、その際の肝臓含有脂質の解析、インスリン抵抗性の解析、肝臓での各種遺伝子発現の解析などを進めている。STZによりインスリン欠乏にした際の高TG血症の解析については2019年度に一通りの実験を終え、短期条件と長期条件での差異や、その際のエネルギー利用について一定の結論を得る予定である。またdiabetic lipemiaの成因解析についても進めていく。炭水化物食負荷による脂肪肝の解析についても引き続き研究を推進し、さらなる実験データの蓄積や、分子メカニズムの解明を目指す。当研究室ではLDL受容体欠損マウス、ApoE欠損マウス、ApoA5欠損マウス、SREBP1c欠損マウスなど各種の脂質関連物質の欠損マウスを保有しており、これらとHSLの両欠損マウスなどによる解析も進め、脂肪肝やインスリン抵抗性の成因解明を目指す。さらに、HSLKOが示すレプチン抵抗性の分子メカニズムの解明を目指すべく、責任遺伝子の探索などを併せて進めていく。
ミヤコグサ根粒形成の分子遺伝学的解析

網羅的根粒形成突然変異体の単離と遺伝解析による宿主遺伝子群の顕在化L.japonicus Gifu B-129の8000種子にEMSで変異を導入し、約4万のM2種子から少なくともM4世代まで形質が安定に遺伝する32系統の共生変異体を単離した。根粒形成の変異体は大きく2つのカテゴリーに区分された。有効根粒は形成されるものの数に異常を示すもの(5系統)と有効根粒に至る発生過程のもの(27系統)であった。以下遺伝解析の結果明らかになった根粒の着生効率と発生過程に異常を示す共生変異体symである。A有効根粒の数の制御(1)有効根粒が増加する変異体b)根粒過剰着生変異体sym78(2)有効根粒が減少する変異体B有効根粒に至るまでの発生過程における変異体有効根粒にまで至る発生過程の変異体は大きくNod-,Nor-,Fix-に分離された。27系統の変異体から発生過程を代表する7遺伝子座を同定した。Nor-とは今回ミヤコグサの変異体の表現型を詳細に観察した結果新たにもうけたNodule organogesisにおける変異体のカテゴリーであり、Nod-とFix-の間の発生過程に位置するものである。(3)根粒の器官形成過程に異常をもつ変異体Nor- alb1(sym74-1),sym74-2(4)メンデル遺伝を示さないpleiotropicな変異体sym79網羅的根粒形成突然変異体の単離と遺伝解析による宿主遺伝子群の顕在化L.japonicus Gifu B-129の8000種子にEMSで変異を導入し、約4万のM2種子から少なくともM4世代まで形質が安定に遺伝する32系統の共生変異体を単離した。(3)根粒の器官形成過程に異常をもつ変異体Nor- alb1(sym74-1),sym74-2(4)メンデル遺伝を示さないpleiotropicな変異体sym79
非古典的な活性化基による芳香族新規求核置換反応の開拓と応用

芳香族新規求核置換(S_NAr)反応は、有機合成科学上の重要な手段であるが、従来は厳しい条件下で反応を行うか、強い電子吸引基を活性化基として広報環に導入する必要があり、適用性には限界があった。我々はキレート制御を利用する非古典的な(S_NAr)反応について研究し、下記の成果を得た。1.カルボニル基をかさ高いフェニルエステルとして保護した2ーメトキシ安息香酸エステルを種々のカルバニオンと処理すると、カルバニオンの電子供与性の違いによって、(S_NAr)反応またはベンゼン環への共役付加反応が起こることを見出した。2.3-位に配位性置換基を導入した2-メトキシ安息香酸エステルとGrignard試薬の(S_NAr)反応は、3-位無置換体と比べて著しく促進されることを見いだした。3.キラルな1ーメントキシ-2-ナフトエ酸エステルへのアリールGrignard試薬の不斉ビアリールカップリング反応を鍵反応としてO-メチルハマチンの簡便合成法を確立した。4.不斉ビアリールカップリング反応をキラルなシクロファンやアセタールを基質とする反応に展開し、(S_NAr)反応における炭素中心性不斉一軸不斉要素の変換の化学を開拓した。5.リチウムジフェニルアミドを求核試薬とする(S_NAr)反応により、トリアリールアミン類の勘弁合成法を確立した。6.(S_NAr)反応を鍵反応として、1,8-置換フルオレノール、7-置換2,2ージメチル-1-インダノールを合成し、ラセミ化に対する安定性、光学分割、不斉助剤としての評価を行った。7.硫黄原子団を活性化基とする(S_NAr)反応を行い、基質の反応性と活性化基の電子吸引性、立体効果との関係を明らかにした。8.ジフェニルホスフィノイル基に活性化基とする反応によりキラルなアミンホスフィン類を合成し、そのパラジウム錯体を触媒とするエナンチオ選択的アリル置換反応を行い、良好な不斉選択性を得た。1.エステル基を活性化基とするo-アルコキシル基の非古典的芳香族求核置換反応を1-フェニルナフタレン骨格の形成に適用した。即ち、1-(-)ーメントキシ-2-ナフトエ酸エステル誘導体と2,6-二置換フェニルグリニヤール試薬との反応により、軸不斉1-フェニル2-ナフトエ酸誘導体を高化学収率、かつ、高不斉選択的に合成することができた。フェニル基の2,6-位置換基の変換により、鎮痙剤としての応用の期待されるo-メチルハマチンの高効率合成に成功した。2.硫黄原子団(スルホニル基、スルフィニル基、オキシスルホニル基、アミノスルホニル基)を活性化基とする芳香族求核置換反応について詳細に検討し、以下の点を明らかにした。(1)-SOR基は非古典的芳香族求核置換反応における活性化能が低い。(2)-SO_2Bu^t基は相当の活性化能を有するが、求核試薬の立体障害を受けやすい。(3)-SO_2Pr^i基では立体障害は緩和されるが、かさ高いGrignard試薬ではα-水素の引き抜きも併発する。(4)-SO_2OPh基では電子吸引効果は減少するものの、立体障害は相当改善される。(5)-SO_2NR_2基ではさらに電子吸引効果による活性化能は低下するが、非古典的求核置換反応を行う能力は十分に有する。不斉なアミノ基を用いることにより、軸不斉ビナフチル誘導体の不斉合成に成功した。3.ジフェニルホスフィノイル基を活性化基とする反応において求核試薬に不斉アミドを用いることにより、新規な不斉アミノホスフィン配位子を合成する方法を確立した。今後、これらを触媒的不斉合成反応に応用する予定である。

7.硫黄原子団を活性化基とする(S_NAr)反応を行い、基質の反応性と活性化基の電子吸引性、立体効果との関係を明らかにした。8.ジフェニルホスフィノイル基に活性化基とする反応によりキラルなアミンホスフィン類を合成し、そのパラジウム錯体を触媒とするエナンチオ選択的アリル置換反応を行い、良好な不斉選択性を得た。1.新規不斉アミノホスフィン配位子の合成と応用1-メトキシ-2-ジフェニルホスフィノイルナフタレンへのキラルな二級アミンのリチウムアミドの芳香族求核置換反応と、それに続くホスフィノイル基のトリクロロシランによる還元により、種々のキラルなアミノホスフィン類を合成した。また、これらのパラジウム錯体を触媒とする酢酸1, 3-ジフェニル-2-プロペニルへのジメチルマロネートのアリル置換反応では、最高80%eeの選択性が達成された。2.トリアリールアミン類の高効率合成法の確立2-または4-フルオロ安息香酸の2, 6-ジ-t-ブチル-4-メトキシフェニル(BHA)エステルへのリチウムジフェニルアミドの芳香族求核置換反応をTHFまたはTHF-HMPA混合溶媒中で行うことにより、電荷輸送材料の有用な合成中間体である2-または4-(ジフェニルアミノ)安息香酸類が高収率で簡便に合成できることを見出した。3.キラルなアセタールを不斉源とする不斉ビアリールカップリング反応の開発1, 3-ベンゾジオキソ-ル-4-カルボン酸BHAエステルをフェニルリチウム試薬と処理すると、ホルムアルデヒドの脱離を伴う芳香族求核置換が進行し、6-ヒドロキシビフェニル-2-カルボン酸エステル類が高収率で得られることを見出した。そこで、光学的に純粋な2-メチル-1, 3-ベンゾジオキソ-ル-4-カルボン酸BHAエステルを基質とする不斉反応を試みたところ、79%eeの不斉選択性が達成された。1.キラルなフルオレノール,インダノールの合成と不斉助剤としての機能評価1-フェニルフルオレノール、2,2-ジメチル-7-(2,4,6-トリメチル)-1-インダノールを(S)-2′-メトキシ-1,1′-ビナフチル-2-カルボン酸のエステルに誘導することにより、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで容易に光学分割することができた。分割したフルオレニルエステルを水素化アルミニウムリチウムで還元して得たフルオレノールは部分的にラセミ化しており、光学純度は89%eeであった。一方、インダノールは同様の方法で99%eeで得られ、ラセミ化に強いことがわかった。得られたインダノールのベンゾイルギ酸エステルへのメチルGrignard試薬の1,2-付加反応では、83%deの選択性が達成された。2.配位性隣接置換基の反応促進効果の検討3-位にメトキシ基、ジメチルアミノ基、ハロゲンなどの置換基を有する2-メトキシ安息香酸の2,6-ジ-tert-ブチル-4-メトキシフェニルエステルへのGrignard試薬の芳香族求核置換反応は、3-位無置換体に比べて著しく促進されることを見出した。この反応促進効果は、3-位置換基の静電的効果では説明できず、2-位メトキシ基とともに試薬のマグネシウムイオンに配位するためと考えられた。3.安息香酸エステル類への共役付加反応の検討キラルなインダノールを不斉助剤として2-メトキシ安息香酸エステルへの有機リチウム試薬の不斉共役付加反応が起こることを見出した。
HIV-1コレセプターの特殊立体構造に対する分子認識自己抗体誘導によるエイズ制御

HIV-1のコレセプター(CCR5,CXCR4)の第2細胞外ドメインの一部を構成するアーチ状の特殊立体構造(UPA, Undecapeptidyl Arch)を環状ドデカペプチドとして再構築し、CCR5をミミツクした抗原cDDR5-MAPを調製した。マウスにこの抗原を免疫すると、この抗原に対して立体特異的抗体を産生し、CCR5に特異的に結合し、さらに強い抗HIV活性を示した。さらに、得られた抗体は臨床分離株のR5及びX4ウイルス(clade A, C, E)の感染をもそれぞれに強く阻害した。また、cDDR5-MAPをカニクイサルに免疫したのち、SHIV_<SF162P3>をchallengeし、本ワクチンのウイルス感染防止効果を調べた。まず初めに、SHIV_<SF162P3>をカニクイサルのPBMCで拡張・適合化を行い、challengeウイルスを調製した。カニクイサル6頭(♂)のうち、3頭にcDDR5-MAP(300μg inフロインドの完全アジュバンド200μL/1頭)を0及び1週目に腹腔に投与し、基礎免疫を行い、6週目に、同抗原(300μg inフロインドの不完全アジュバンド200μL/1頭)を皮下に注射して、追加免疫をした。免疫後、2週毎に、採血し抗体価をBIA-core法及びELISA法により測定した。追加免疫より5週目に、SHIV_<SF162P3>(10TCID_<50>)を静注して、challengeした。その後、0,1,3,4,6,10週目に採血し、Viral Load、抗体価、CD4及びCD8数を測定した。1週目の免疫群のViral Loadはコントロール群、数十億コピーに比べ、数百万コピーに低下し、強い感染防止効果が認められた。高い抗体価が追加免疫時から認められ、ウイルスchallengeから10週目(初回免疫より21週目)まで、維持されていた。キメラ抗原cCD-MAPをマウスに免疫することにより、7つのモノクローナル抗体(CPMAb-IVII)を調製することができた。これらの抗体のうちCPMAb-Iおよび-IIは、同時に多くの実験室株由来のR5及びX4ウイルス(clade B)の感染を阻害できたが、臨床分離株由来のR5及びX4ウイルス(clade A, C, E)の感染を阻害できなかった。CPMAb-IIIおよび-VIは実験室由来のR5ウイルス(clade B)の感染を阻害するだけでなく、臨床分離株由来のいくつかのR5及びX4ウイルス(clade A, C, E)の感染も阻害できた。一方、CPMAb-IV,-Vおよび-VIIは、実験室株由来のR5及びX4ウイルス(clade B)の感染を阻害できなかったにもかかわらず、臨床分離株由来のR5及びX4ウイルス(clade A, C, E)の感染を効果的に阻害した。さらに、cCD-MAPをカニクイザルに免疫することにより得られた抗血清は、実験室由来のR5及びX4ウイルス(clade B)の感染を阻害するだけでなく、臨床分離株由来のR5及びX4ウイルス(clade A, C, E)の感染を阻害できた。したがって、cCD-MAPはマルチクレードのR5およびX4ウイルス感染を阻害できる抗原の新規候補になり得ると考えられる。次に、本年度cDDR5-MAPをカニクイザルに免疫することによりnativeなCCR5を認識する抗血清が得られ、本抗血清は、JRFLおよびSHIVSF162P3の感染をで強く阻害した。一方、cDDX4-MAPをカニクイザルに免疫することによりnativeなCXCR4を認識する抗血清が得られたが、本抗血清は、マルチクレードのX4ウイルス感染(clade A, B, C, E)をin vitroで強く阻害した。

1週目の免疫群のViral Loadはコントロール群、数十億コピーに比べ、数百万コピーに低下し、強い感染防止効果が認められた。高い抗体価が追加免疫時から認められ、ウイルスchallengeから10週目(初回免疫より21週目)まで、維持されていた。
教職大学院における「理論と実践の融合」カリキュラム・システム開発に関する研究

平成26年度は、教職大学院の現職教員院生の修了者と在学者を対象に実態調査を実施した。また、修士課程や博士課程の実態を調べるために、イギリスの大学への訪問調査を実施した。平成27年度は、国立大学教職大学院21校を対象に、カリキュラムの概要と、教科の専門性の確保の現状を調査した。そして、教職大学院のカリキュラムの現状を把握した。平成28年度は、香港とニュージーランドの大学へ訪問調査をした。これらの結果を踏まえて、教師の力量形成における「理論と実践との融合・往還」に焦点化したモデルカリキュラムと指導システムの開発と提案を行った。(1).愛知教育大学教職大学院の現職教員院生の修了者・在学者を対象に、現任校における役割や意識などの実態を質問紙法により調査を実施した。その結果、修了者・在学者自身が積極的に校内研修に参加・リードしていること、修了者・在学者自身が初任者教員や若手教員に対して校内における様々なことについて積極的に指導・助言していることなど、ミドルリーダーとして積極的に関わっている実態が明らかになった。また、これらの結果などを踏まえ、本学教職大学院応用領域のカリキュラムを改善していく方向性についても検討を加えた。これら研究成果の一部は、宮下治・倉本哲男(2015);「教職大学院における現職教員院生の学びに関する研究ーカリキュラム改善の検討ー」,愛知教育大学教育創造開発機構紀要,第5号.に掲載し公表した。また、日本カリキュラム学会(倉本)、World Association of Lesson Studies(倉本)、日本理科教育学会(宮下)、臨床教科教育学会(宮下)でも口頭発表を行った。文科省より(平成25年10月15日)「大学院段階の教員養成の改革と充実等について」報告され、教職大学院における「理論と実践の融合」カリキュラム・システム開発に関する研究が、全国で加速化するのは自明である。そこで本研究は、教師の力量形成における「理論と実践との融合・往還」に焦点化したモデルカリキュラムと指導システムを開発し、その教育効果を検証することをねらいとしている。そのため、我国の先行研究や事例調査、及び海外のEdD等を踏まえて輪郭を描き、愛知教育大学教職大学院において、カリキュラムの目標・内容・方法・評価、及び教育効果への影響過程の仮説モデルを開発・実施・検証する。次に、現職院生・ストレートマスターのそれぞれの力量形成に鑑み、教育実践と教育研究との「学びの関係性」を理論的・実証的に再検証していく。最終的に、これらの総合的な知見を援用して、今後の教職大学院、及び既設大学院に参考となる提案を行う。平成26年度は、実施した教職大学院の現職教員院生の修了者・在学者を対象に実施した実態調査、並びに修士課程、並びに博士課程(PhDとEdD)の実態を調べるために、イギリスの2大学への訪問調査を実施した。また、平成27年度は、国立大学教職大学院21校について、カリキュラムに関する概要、並びに「教科教育学」や「教科内容学」の専門性の確保の実態について調査・比較し、教職大学院のカリキュラムについての現状の把握を行った。これらの結果を踏まえて、モデルカリキュラムの検討を行った。(1)愛知教育大学教職大学院の現職教員院生の修了者・在学者を対象に、現任校における役割や意識などの実態を質問紙法により調査を実施した。その結果、修了者・在学者自身が校内のミドルリーダーとして積極的に関わっている実態を明らかにするとともに、教職大学院のカリキュラムを改善していく方向性についても検討を加えた。(3)平成27年度は、国立大学教職大学院21校について、カリキュラムに関する概要、並びに「教科教育学」や「教科内容学」の専門性の確保の実態について調査・比較し、教職大学院のカリキュラムについての現状を把握した。これらの結果を踏まえ、教職大学院のモデルカリキュラムの開発を行った。これら研究成果の一部は、宮下・倉本(2016);「教職大学院のカリキュラムに関する研究」,順天堂大学グローバル教養論集,第1巻、宮下・倉本(2015);「教職大学院における現職教員院生の学びに関する研究」,愛知教育大学教育創造開発機構紀要,第5号に掲載するとともに、日本カリキュラム学会(倉本)、World Association of Lesson Studies International Conference 2015(タイ、倉本・宮下)、日本理科教育学会(宮下)、臨床教科教育学会(宮下)でも口頭発表を行った。文科省より(平成25年10月)「大学院段階の教員養成の改革と充実等について」報告され、教職大学院における「理論と実践の融合」カリキュラム・システム開発に関する研究が、全国で加速化している。そこで本研究は、教師の力量形成における「理論と実践との融合・往還」に焦点化したモデルカリキュラムと指導システムを開発し、その教育効果を検証することをねらいとした。そのため、我国の先行研究や事例調査、及び海外のEd.D等を踏まえて輪郭を描き、愛知教育大学教職大学院において、カリキュラムの目標・内容・方法・評価、及び教育効果への影響過程の仮説モデルを開発・実施・検証を行った。次に、現職院生・ストレートマスターのそれぞれの力量形成に鑑み、教育実践と教育研究との「学びの関係性」を理論的・実証的に再検証を行った。最終的に、これらの総合的な知見を援用して、今後の教職大学院に参考となるカリキュラムの提案を行った。平成26年度は、実施した教職大学院の現職教員院生の修了者・在学者を対象に実施した実態調査、並びに修士課程、並びに博士課程(Ph.DとEd.D)の実態を調べるために、イギリスの2大学への訪問調査を実施した。

また、平成27年度は、国立大学教職大学院21校について、カリキュラムに関する概要、並びに「教科教育学」や「教科内容学」の専門性の確保の実態について調査・比較し、教職大学院のカリキュラムについての現状の把握を行った。平成28年度には香港の1大学とニュージーランドの1大学への訪問調査を実施した。これらの結果を踏まえて、教師の力量形成における「理論と実践との融合・往還」に焦点化したモデルカリキュラムと指導システムの開発と提案を行った。平成26年度は、教職大学院の現職教員院生の修了者と在学者を対象に実態調査を実施した。また、修士課程や博士課程の実態を調べるために、イギリスの大学への訪問調査を実施した。平成27年度は、国立大学教職大学院21校を対象に、カリキュラムの概要と、教科の専門性の確保の現状を調査した。そして、教職大学院のカリキュラムの現状を把握した。平成28年度は、香港とニュージーランドの大学へ訪問調査をした。予定していた、愛知教育大学教職大学院の現職教員院生の修了者・在学者を対象にした、現任校における役割や意識などの実態調査を実施した。その成果の一部は、愛知教育大学教育創造開発機構紀要にまとめて公表した。また、イギリスにおける修士課程、並びに博士課程(PhDとEdD)の実態調査も終了した。これにより、平成27年度に予定している教職大学院のモデルカリキュラム開発の準備ができた。以上から、おおむね順調に進展していると考える。平成28年度:モデルカリキュラムの検証・評価-転用可能な他大学院への導入可能性の検討(PDCAの視点から)-(1) 27年度に開発したモデルカリキュラム(Plan)を実施し(Do)、教師に対する教育効果を検証・評価する(Check)。特にその際の留意点は、平成27年度に開発したカリキュラムの3要素に重点をおくが、一方では、国内外の他大学の情報を収集し、我々が開発・推進してきた実践との相違点との観点を明らかにする。(2)研究成果の発信と転用の視点から、得られた知見をまとめ、教育学(Curriculum & Instruction, Action Research等)、及び国内外の学会に発表して論文投稿をする。さらに、学内のFD、及び関連大学院・学部・学科との合同シンポジウムを開催し、学校・教育委員会、及び教師個人のNeedsに合致するカリキュラム・実践の浸透を図り(Action)、「理論と実践を融合・往還する大学院教育の可能性」を模索する。学校教育学(1)平成27年度:実践上の課題抽出とモデルカリキュラムの開発1.H26年度に得られたデータを解析し課題を抽出する(宮下・倉本)。(その方法論は、収集した質的データをナラティブ・KJ法、及びテキストマイニング等で分析し、量的データはパス解析等を実施してその効果を検証する。)
超対称性および電弱対称性の破れとＬＨＣの物理

電弱対称性の破れの背後には、なにかしら大きな枠組みが潜んでいるであろうというのが、大方の素粒子論研究者の予測(期待)である。本研究では、ヒッグス粒子の起源に時空の対称性である超対称性があるという仮説に着目し、新しい可能性の追求とその検証方法の考察を行った。本研究では、様々なアプローチからその全体像に迫った。主な成果として、ワインバーグ和即とよばれる、超対称性の破れに付随して現れる粒子の相互作用と質量に関するルールの導出、ヒッグス場が力学的にポテンシャルを獲得する機構の発見(Partially Composite Higgs)、超重力子が暗黒物質となるシナリオの構成などがある。LHC実験において、ヒッグス粒子が発見されたことにより、その背後の理論の探索が重要となっている。本年度の研究では、超対称模型において、ヒッグス場のポテンシャルがTeVエネルギースケールにおける力学的機構により生成される可能性についての新しい枠組み「Partially Composite Higgs in Supersymmetry」を提唱した。この枠組みでは電弱対称性の破れを引き起こすセクターのダイナミクスが電弱対称性自身によって引き起こされるいわば自己無撞着なシステムとなっている。この新しい可能性は今まで考えられていた模型よりも電弱対称性の破れが自然に説明できることを示した。また、その枠組みの応用として、ヒッグス場がM理論のような超対称余剰次元理論から出現した可能性について考察した。超対称ゲージ理論における双対性を応用することによって具体的模型の構築が可能であり、その結果、ヒッグス粒子やトップクォークの質量などの現在の実験結果をよく説明できることを示した。また、超対称模型の宇宙論についての研究も行った。この研究では、超対称性を破るセクターにある擬モジュライ粒子の宇宙初期における挙動を計算し、さらに、その粒子の崩壊によって、宇宙における暗黒物質や輻射が生成されるシナリオを構成した。具体的なゲージ媒介模型に適用した計算により、現在の宇宙の観測と無矛盾な宇宙論的シナリオが可能であることを示した。LHC実験におけるヒッグス粒子の発見、および、新粒子の探索結果は標準模型を超える理論を考察する上での大きなヒントとなっている。特に、ヒッグス粒子の質量125GeVは、ヒッグス粒子の起源や相互作用に関して重要なヒントである。本年度の研究では、ヒッグス場による電弱対称性の破れとQCDにおける閉じ込め、およびカイラル対称性の自発的破れの類似性に着目し、ヒッグス場の背後には、何かしらの強結合理論が隠れている可能性に関する理論的研究を行った。特に、高い超対称性(N=2)を持つゲージ理論の厳密解、サイバーグ・ウィッテン曲線を用いた考察から、現実のQCDにおける閉じ込めやカイラル対称性の破れが、双対ゲージ理論におけるカラー自由度とフレーバー自由度のロッキング現象で説明できる可能性について指摘した。この研究を応用して、ヒッグス場の起源に迫る可能性についても考察し、国際研究会などで発表した。また、超対称模型において、初期宇宙で超重力子が熱的に生成される過程について、詳細な計算を行った。これまでに重要視されていなかった、メッセンジャー場の寄与や超対称性の破れに付随する擬モジュライ粒子の崩壊過程などを考慮すると、宇宙の再加熱温度が高くできる可能性を指摘し、これにより、熱的に宇宙のバリオン数生成が可能であることも示した。最新のLHC実験結果を考慮することにより、前年度の研究をより現実的なものに進展させることができた。超対称性の破れが電弱対称性の破れを引き起こしているという仮説は魅力的なものであるが、実際に理論を構築しようとすると多様な可能性が考えられる。超対称性の破れが非常にミクロなスケールでおこりその小さな影響が電弱対称性を引き起こす場合、それから、超対称性の破れと電弱対称性の破れが同じ力学的機構の場合、また、どちらにも異なる力学的機構が働いている場合などが考えられ、どの模型も興味深い。本年度の研究では、まず模型によらずに成り立つような、超対称性の破れの一般的性質を調べた。特に、超対称性を破るセクターの粒子たちが従うべき法則をQCDのワインバーグ和則にならって導出した。これらは、超対称性の破れの有効理論を構築する際に、制限をあたえる。また、超対称性の破れのセクターを実験で直接観測できるような理論の場合には、和則の確認は超対称性の証拠となりうる。これらの結果は論文にまとめ、Physical Review誌に掲載された。さらに、超対称ゲージ理論の非摂動的性質がよく知られていることを利用して、QCDにおけるクォーク閉じ込めの新しい解釈を提案した。超対称ゲージ理論に超対称性を破る効果を摂動として導入してQCDの性質を理解することを試みた。これによって、実際にQCDの低エネルギー理論と同じ構造を発見することができ、また、そのとき、ρ中間子がQCDのMagnetic描像におけるゲージ粒子であると同定されることをみた。

これはすなわち、ρ中間子が質量をもつ機構の双対描像がクォーク閉じ込めであるということを示唆していて、興味深い。これらの成果は論文にまとめ、JHEP誌に掲載された。LHC実験において、ヒッグス粒子が発見され、その質量は標準模型を超える様々な可能性に対して重要な情報となっている。また超対称粒子などの新粒子の探索実験により、理論のパラメータに制限を与えている。本年度は、ヒッグス場と宇宙における暗黒物質との関連に着目して研究を進めた。右巻きニュートリノが暗黒物質である可能性と、宇宙のインフレーションおよびバリオン数生成機構の整合性を調べ、暗黒物質の質量がPeV領域であると整合性が保たれることを示した。これにより、IceCube実験において観測されたPeVエネルギーの宇宙ニュートリノが暗黒物質の崩壊によって説明できる可能性を指摘した。また、ヒッグス場が南部=ゴールドストーン粒子として出現する複合ヒッグス場模型において、暗黒物質がヒッグス場のポテンシャルを生成する可能性についても調べた。現在の暗黒物質の残存量を説明するバラメータ領域と、ヒッグス粒子の質量との間に非自明な整合性があることを発見し、今後の暗黒物質探索実験にて検証可能であることを指摘した。さらに、暗黒物質の正体の様々な可能性を考え、残存量から暗黒物質とヒッグス場との相互作用の大きさを模型ごとに調べ、その検証可能性を調べた。特に、今後の電子や中性子の電気双極子モーメントの探索実験や、国際リニアコライダー実験において、多くの模型を検証し、また区別できることをみることができた。素粒子論余剰次元におけるQCDがヒッグス機構の正体である可能性の指摘と、そのシナリオが現実的であることを示した点は非常に重要な成果であり、当初の想定を大きく超えている。サイバーグ・ウィッテン曲線を用いた解析など、いままでの研究の枠を超えた研究を行うことができた。また、超重力子の熱的生成の計算をアップデートし、多くの文献に見られる混乱を整理できた。これらの業績は予想を大きく超えたものである。本研究は超対称性の破れと電弱対称性の破れの関連に着目して、様々な可能性とその検証法を議論するものである。これまでの研究で、すでに新しい理論的結果が得られている。また、その関連分野である、QCDの理解の研究にも着手できている。今後は、これまでのLHC実験の結果を整理しながら、ヒッグス粒子の正体にせまる。特に、様々な仮説を立てていくことにより、どのような可能性が有望か調べ、次に発見されるであろう粒子や現象の予言をする。今後は、電弱対称性の破れに関して、宇宙論との整合性を視野にいれて様々な可能性を追求していく。暗黒物質の正体とヒッグス粒子の起源に関連がある可能性についても研究する。今後は、LHC実験の結果を踏まえて、可能性を絞っていきながら、どのような過程で何を探索すべきかの現象論的研究にも取り組み、電弱対称性の破れの理解を目指していく。
肝細胞死により誘導される癌幹細胞化と癌悪性化のメカニズム

肝臓癌治療の1つであるラジオ波焼灼術において、治療後に残存腫瘍が急激に悪性化の一途をたどることがある。肝細胞癌組織では抗癌剤の治療、低酸素やストレス反応などによって、病理学的に多くの細胞死が観察されるが、それに伴い残存する癌細胞が幹細胞化または分化転換を介して増殖・悪性化するという仮説のもと、本研究を計画した。この証明のため、さまざまな癌細胞死によって放出される因子による残存癌細胞の癌幹細胞化について、In vitro, In vivoの系を用いて明らかにする。次に細胞死が惹起する幹細胞化誘導分子、シグナル伝達、実行分子の候補をいくつか提言し、その抑制による癌幹細胞治療の可能性を示す。
腸管上皮細胞株を用いたM細胞分化特異的サブトラクション・ライブラリーの構築

本研究は、M細胞の機能解明およびM細胞分化特異遺伝子の同定を目的とし、マウス腸管上皮細胞(MIE)のM細胞分化誘導系を用いて、M細胞分化関連遺伝子プロファイルを作成し、M細胞分化特異遺伝子の単離を試みるものである。MIE細胞のM細胞分化は、パイエル板リンパ球(PPL)を抗CD3/CD28抗体で処理してT細胞の活性化を促すことにより誘導される。今年度は、MIE細胞単独培養、MIE細胞とPPLの共培養およびMIE細胞と抗体処理PPLとの共培養を行い、各培養系よりtotal RNAを抽出し、M細胞分化時に発現する遺伝子群を同定する目的で、45101遺伝子に関するマイクロアレイ解析(Affimetrix社)を行った。解析ソフトは、Genespring GX7.3.1(Agilent Technologies社)を用いた。発現変化のパターンは9パターンあり、M細胞分化区で発現が上昇・減少する遺伝子が含まれていると考えられる発現変化パターンに着目した。その結果、M細胞分化誘導区において発現が上昇する遺伝子は、403遺伝子であり、その中でprobeの信頼性の高い遺伝子を選抜した(107遺伝子)。また、発現が減少する遺伝子は460遺伝子であり、probeの信頼性から56遺伝子に絞り込んだ。M細胞分化誘導区において発現が上昇し、probeの信頼性から絞り込んだ107遺伝子に着目し、その中から明らかにリンパ球由来と考えられる遺伝子をRefdicデータベースにより削除した。最終的には、MIE細胞のM細胞分化過程で発現が上昇すると考えられる遺伝子を10前後まで絞り込むことに成功した。ヒト若年発症型ヤコブ病は、食肉を介したウシ異常プリオン蛋白のヒトへの伝播であることがほぼ確実となり、その感染は、消化管M細胞が異常プリオン蛋白を取り込むことにより始まると予想されている。本研究は、M細胞の機能解明およびM細胞分化特異遺伝子の同定を目的とし、ウシおよびマウス腸管上皮細胞のM細胞分化誘導系を用いて、M細胞分化特異的に発現する遺伝子のサブトラクション・ライブラリーの構築を行い、M細胞分化関連遺伝子プロファイルを作成し、M細胞分化特異遺伝子Q単離を試みるものである。今年度は、樹立したマウス腸管上皮細胞株(MIE)を用いて、腸管リンパ球あるいはパイエル板リンパ球によるM細胞分化誘導系を比較し、M細胞分化に特異性が高いmRNAの安定した抽出方法の確立を試みた。MIE細胞は腸管リンパ球と共培養することにより、数多くのビーズを細胞内に取り込み、基底側へ輸送する能力を獲得することが確認された。走査電子顕微鏡で共培養したMIE細胞の表面微細構造を観察したところ、微絨毛構造が消失し、細胞膜の表面は抗原取り込みに適した構造を呈することが判明した。このM細胞分化は、共培養8時間目から確認され、16時間で最高値に達する極めて速い誘導であった。次に、MIE細胞とパイエル板リンパ球との共培養を試みたが、M細胞への分化は誘導することができなかった。一方、このパウエル板リンパ球は抗CD3/CD28抗体で処理してT細胞の活性化を促すことにより、MIE細胞のM細胞分化を誘導することが可能となることを発見した。また、このM細胞分化誘導は共培養64時間目から確認され、160時間後まで持続的に増強されることが判明し、M細胞分化に特異性が高いmRNAの安定した抽出が可能となった。
ヒ素の生物学的気化能を利用した汚染土壌浄化に関する研究

本研究はバングラデシュやタイなどのヒ素による汚染が深刻な地域のヒ素除去プロセスのオプションとして、土壌、上水汚泥など高濃度にヒ素を含有している固形物から微生物の機能を用いヒ素を除去するプロセスを開発することが本研究の最終的なゴールであるが、それを達成するためにはヒ素気化に関する様々な基礎的な知見を得る必要がある。本研究で着目したのは一部のメタン生成菌などが有している無機ヒ素のメチル化能力である。本科学研究費補助金助成研究では主に微生物叢に着目し、その工学的な視点から見た生物学的機能を解明することを目的とする。1年目は様々な環境から採取された試料より得られた混合微生物叢の無機ヒ素のメチル化能力を調べた。試料はバングラデシュの汚染地域土壌、牛糞、高温消化汚泥を選択した。試験は試料を嫌気性反応槽で蟻酸と酢酸の存在下で半連続的に培養を行い、気化されたヒ素の速度を測定した。牛糞槽と汚染土壌槽は約35°、高温消化汚泥槽は55°で培養を行った。約100日の培養の結果、ヒ素のメチル化能力は牛糞>汚染土壌であり、高温消化汚泥からはメチルヒ素の確認はごく微量しかされず、アルシンガスの生成が確認された。いずれの場合も生成したメチルヒ素はメモメチルアルシンであった。2・3年目はヒ素メチル化微生物の詳細な微生物叢解析・酵素解析を行った。具体的にはヒ素をメチル化することが知られているメタン生成菌純菌を集積培養し、その微生物からヒ素をメチル化するのに深く関与している酵素を単離し、その後、その酵素情報からヒ素メチル化に関与する因子情報を得る手法をとった。単離微生物の研究からはヒ素メチル化にはアデノシルメチオニンよりもメチルコバラミンが深く関わっていることが解ったが、酵素を単離するには至らなかった。本研究はバングラデシュやタイなどのヒ素による汚染が深刻な地域のヒ素除去プロセスのオプションとして、土壌、上水汚泥など高濃度にヒ素を含有している固形物から微生物の機能を用いヒ素を除去するプロセスを開発することが本研究の目的である。本研究で着目したのはメタン生成菌などが有している無機ヒ素のメチル化能力である。メタン生成菌が無機ヒ素をメチル化することは1980年代からわかっていたが、それが工学的に浄化プロセスとして応用可能であるほど高効率であるかなどの検討はなされておらず、また、実際の自然環境である混合微生物系でのメチル化の検討などはなされていない。本科学研究費補助金助成研究では主に微生物叢に着目し、その生物学的機能を解明することを目的とする。1年目の16年度は様々な環境から採取された試料より得られた混合微生物叢の無機ヒ素のメチル化能力を調べた。17年度以降はヒ素メチル化微生物の詳細な微生物叢解析を行ってゆく計画である。

本研究はバングラデシュやタイなどのヒ素による汚染が深刻な地域のヒ素除去プロセスのオプションとして、土壌、上水汚泥など高濃度にヒ素を含有している固形物から微生物の機能を用いヒ素を除去するプロセスを開発することが本研究の目的である。本研究で着目したのはメタン生成菌などが有している無機ヒ素のメチル化能力である。メタン生成菌が無機ヒ素をメチル化することは1980年代からわかっていたが、それが工学的に浄化プロセスとして応用可能であるほど高効率であるかなどの検討はなされておらず、また、実際の自然環境である混合微生物系でのメチル化の検討などはなされていない。本科学研究費補助金助成研究では主に微生物叢に着目し、その生物学的機能を解明することを目的とする。1年目の16年度は様々な環境から採取された試料より得られた混合微生物叢の無機ヒ素のメチル化能力を調べた。試料はバングラデシュの汚染地域土壌、牛糞、高温消化汚泥を選択した。試験は試料を嫌気性反応槽で蟻酸と酢酸の存在下で半連続的に培養を行い、気化されたヒ素の速度を測定した。牛糞槽と汚染土壌槽は約35°、高温消化汚泥槽は55°で培養を行った。約100日の培養の結果、ヒ素のメチル化能力は牛糞>汚染土壌であり、高温消化汚泥からはメチルヒ素の確認はごく微量しかされず、アルシンガスの生成が確認された。いずれの場合も生成したメチルヒ素はメモメチルアルシンであった。平成17年度はヒ素メチル化微生物の詳細な微生物叢解析を行った。具体的には16年度で集積培養した微生物叢と標準メタン生成菌の16S-DNAの領域をDGGE-PCR法によって比較し、その存在を確認した。また、ヒ素生成にかかわる酵素の同定を試み、アフィニティークロマトグラフとイオン交換クロマトグラフによるクロマトフォーカシングにより対象酵素を単離した。現在、その単離酵素のヒ素気化能力を検証中である。本研究はバングラデシュやタイなどのヒ素による汚染が深刻な地域のヒ素除去プロセスのオプションとして、土壌、上水汚泥など高濃度にヒ素を含有している固形物から微生物の機能を用いヒ素を除去するプロセスを開発することが本研究の最終的なゴールであるが、それを達成するためにはヒ素気化に関する様々な基礎的な知見を得る必要がある。本研究で着目したのは一部のメタン生成菌などが有している無機ヒ素のメチル化能力である。本科学研究費補助金助成研究では主に微生物叢に着目し、その工学的な視点から見た生物学的機能を解明することを目的とする。1年目は様々な環境から採取された試料より得られた混合微生物叢の無機ヒ素のメチル化能力を調べた。2・3年目はヒ素メチル化微生物の詳細な微生物叢解析・酵素解析を行った。具体的にはヒ素をメチル化することが知られているメタン生成菌純菌を集積培養し、その微生物からヒ素をメチル化するのに深く関与している酵素を単離し、その後、その酵素情報からヒ素メチル化に関与する因子情報を得る手法をとった。