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内耳発生メカニズムの解明と再生医療への応用

根本的治療方法のない感音難聴に対して、その主要な責任部位である内耳蝸牛の発生メカニズムを解明し、内耳再生医療の確立を目指す本研究では以下の事を達成することができた。1.再生のための操作対象となる蝸牛内幹細胞群の同定、2.内耳発生に重要な役割を果たす新規遺伝子候補の同定、3.NotchシグナルやIGF1の内耳再生医療への応用、4.ヒトiPS細胞の有毛細胞への誘導プロトコールの改良。本研究で得られたこれらの成果を適切に組み合わせることにより、内耳再生医療のヒトへの応用に近づくことができると考えられる。先天性高度感音難聴に対する遺伝子検査については、本年度、次世代シークエンサーやエクソンキャプチャー、GWAS(genome wide association study)のための準備を京都大学医学研究科内のファーマコゲノミクス教室と共同で行った。また、人工内耳手術を受けた患者のうち、数家族について、外来にて本研究の説明を行い、採血の同意を得て、現在2名分のサンプルを入手した。採血の同意を得ている患者は、みな内耳に奇形を呈している患者で、健常な聴力を持つ患者の家族とのゲノムの比較を行い、その原因遺伝子を探ることにより、内耳の発生過程を明らかにできるものと考えている。内耳の発生メカニズム解明のためのもうひとつの実験である、発生内耳の単一細胞を用いた網羅的遺伝子解析については、まずは、生後マウス蝸牛から単一細胞を採取してRNAを抽出、増幅を試みたが、充分な量を得ることができなかった。そこで、胎生の組織細胞の方が、生後のものよりも細胞辺りに含有するRNAの量がはるかに多いと考えて、対象となる蝸牛の日齢を変更した。胎生12日のマウスの蝸牛から、薬剤処理によって上皮を取り出し、そこから単一細胞を拾い出して、RNA抽出、増幅を試みている。これらの実験手法の確立を待つ間、すでに、他の臓器での発生に重要であるとされるNotchシグナルやその下流分子の内耳発生における役割をノックアウトマウスを用いて先行して解析し、Notchシグナルのキー分子であるRbpj(Yamam Gto et al., Dev Biol 2011)や、Notchの下流分子であるHes,Hey(Tateya et al., Dev Biol 2011)が内耳発生に重要な役割を果たしていることを解明した。また、ips細胞の内耳構成細胞への誘導を行ったものを、生後マウスの蝸牛に導入すると、神経細胞に誘導されれていることを明らかにし、iPS細胞の内耳再生への応用の端緒となる知見を得た(Nishimura et al. Cell Transplant 2012)。胎生13日齢マウス蝸牛から単一細胞を単離してRNA抽出、その後cDNA作成してPCR反応を行い、136細胞中、18細胞でハウスキーピング遺伝子のcDNAが合成されていることを確認した。また、生後1日齢Atoh1-GFPマウス蝸牛を摘出し、緑色蛍光を利用した細胞のソートを行い、GFP陽性細胞(つまり有毛細胞)とGFP陰性細胞(蝸牛内の有毛細胞以外の細胞)を単細胞として回収したうえでRNAを調整、cDNAを合成した。次に、次世代シークエンサーを用いてサンプルをシークエンスした(RNA-seq)。対照サンプルとして、同じ動物の蝸牛内線維芽細胞も同様に採取しRNA-seqを行った。GFP陽性細胞、GFP陰性細胞、線維芽細胞のそれぞれの発現遺伝子の発現量を検討した。おおむねGFP+、GFP-、線維芽細胞では発現プロファイルの似通った細胞がそれぞれ得られている。GFP陽性細胞は既知の有毛細胞特異的な遺伝子Myo7aを発現しており、GFP陰性細胞では発現をしていない。これは本実験系の妥当性を保証するものである。先天性高度感音難聴患者に対する遺伝子解析では、現在人工内耳手術を行った内耳・内耳道奇形を持つ患者10人とその家族サンプルの一部について次世代シークセンサーを用いて解析を開始した。生後マウス内耳器官培養においてIGF-1(インスリン様成長因子1)が有毛細胞の保護を行う過程で、その下流分子としてNetrin1とGap43があることを示した。これまで用いられていたマウスではなく、ヒトiPS細胞(201B7株)を無血清培地で一定期間培養し、さらにこれらの細胞群を一定期間bFGFで処理した結果、Six1, E-cadherin共陽性のpreplacodal様細胞へ分化していることが分かった。さらにbFGF処理後の細胞群でPax2陽性、p63陰性の内耳前駆細胞様細胞の存在が世界で初めて確認された。先天性高度感音難聴に対する遺伝子検査については、次世代シークエンサーやエクソンキャプチャー、GWAS (genome wide association study)のための準備を引き続き行った。人工内耳手術を受けた患者のうち、8家族、32名に対して本研究の説明を行い、採血の同意を得てサンプルを入手した。一部については次世代シークセンサーを用いて解析を開始している。サンプルを採取した患者は、内耳あるいは内耳道に奇形を呈する患者で、健常な聴力を持つ患者の家族とのゲノムの比較により原因遺伝子を探り、内耳の発生過程を明らかにできるものと考えている。発生内耳の単一細胞を用いた網羅的遺伝子解析については、胎生13日マウス蝸牛から単一細胞を採取してRNAを抽出、増幅を試み、cDNAのライブラリー作成に成功した。

内耳の発生において重要な役割を果たすといわれている成長因子IGF-1が、内耳障害によって引きこされる急性感音難聴(突発性難聴)の治療に効果があることを示し(Nakagawa T, et al. Otol Neurotol 2012)、IGF-1による内耳有毛細胞の保護は、IGF-1の受容体の下流のシグナル伝達系のほとんどが駆動され、有毛細胞のプログラム細胞死の抑制と支持細胞の増殖を誘導することによることを示した(Hayashi et al. Mol Cell Neurosci 2013)。胎生13日齢マウス蝸牛から単一細胞を単離してRNA抽出、その後cDNA作成してPCR反応を行い、ハウスキーピング遺伝子のcDNAが合成されていることを確認できた細胞のうち、内耳感覚上皮前駆細胞のマーカーであるSox2が多く発現している細胞を28個採取できた。これらの細胞のcDNAを用いてマイクロアレイを行いそれぞれの細胞の網羅的遺伝子発現プロファイルを得た。これらのプロファイルを比較して同様のプロファイルをもつ者同士を一つのグループにまとめることができるよう、自己組織化マッピングを行った。その結果、4つのグループを形成することができ、それぞれのグループを代表するようなマーカー遺伝子について発現部位などを検索中である。先天性高度感音難聴患者に対する遺伝子解析では、現在人工内耳手術を行った内耳・内耳道奇形を持つ患者11人とその家族サンプルの一部について次世代シークセンサーを用いて解析を開始した。生後マウス内耳器官培養においてIGF-1(インスリン様成長因子1)が有毛細胞の保護を行う過程で、その下流分子としてNetrin1とGap43があることを昨年示したが、この結果に基づき、Netrin1の内耳有毛細胞保護効果について検討中である。昨年までに、ヒトiPS細胞(201B7株)を無血清培地で一定期間培養し、さらにこれらの細胞群を一定期間bFGFで処理した結果内耳前駆細胞様の細胞の誘導を確認したが、本年はその再現性をとる実験を行った。Six1, E-cadherin共陽性のpreplacodal様細胞へは97.4%が分化していることが分かった。さらにPax2陽性、p63陰性の内耳前駆細胞様細胞の誘導効率は0.047%であることが確認された。さらに、約50日間培養することにより、有毛細胞様の細胞の誘導にも成功した。有毛細胞のマーカーであるMyosin7a陽性細胞は0.01%の確率で誘導できることを示した。マウス胎生期E13.5日齢の蝸牛から単一細胞を単離して、RNA抽出を行い、その後cDNAを作成・増幅し、2種類の異なったハウスキーピング遺伝子のcDNAが合成されていることを確認した。増幅が成功していると確認できた細胞は144個の採取細胞のうち、103個で、72%の増幅成功率であった。このうち、内耳感覚上皮前駆細胞のマーカーであるSox2が多く発現している細胞からのサンプルは35個、Sox2が発現していない細胞からのサンプルは68個を採取できた。これらのうち、Sox2陽性細胞32サンプルと、Sox2陰性細胞8サンプルについて、マイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析を行った。Sox2陰性細胞と比べてSox2陽性細胞に高発現している遺伝子を検討したところ、Isl1、Tecta、Eya1、Jag1、Foxg1、Hey2、Gata3など従来Sox2陽性細胞と共発現している可能性が言われている遺伝子も含まれていた。
長崎における歴史天候記録と気象観測データの結合による過去300年間の気候変動

1)日本で公式に気象観測が開始される以前の1820年代以降、旧出島(長崎)においてオランダ人医師らによって継続的になされた詳細な気象観測記録を、オランダ気象研究所の協力を得て入手し、ほぼすべてをデータベース化した。2)観測記録には、1日の観測回数の差異、現在の気象台との位置的差異などがあるため、これらを統計的手法を用いて補正する必要がある。複数の補正方法を用いて気温の補正を行った上で、現在の公式気象観測記録(1878-2000)と結合させた結果、1820年代以降180年間の長崎における気温変動が明らかになった。180年間の年平均気温の時系列から、長崎の気温は2030年程度の周期的な変動を繰り返しながら、1920年代以降に温暖化が顕著になっていることがわかった。また、海面気圧データについても補正を行い、気象庁の観測記録と接続した時系列が得られたが、180年間での顕著な傾向は認められなかった。3)一方、長崎県諫早市には1700年以降1868年までの毎日の天候記録が藩日記に記載されており、出島のオランダ気象観測記録と重複するため、日記天候記録から推定される気温変動を検証することが可能である。長崎県立図書館に所蔵されている上記の日記から天候記録を収集して、データベース化した。4)本研究の最終目的は、上記の3種類の異なる気象データ(日記天候記録、オランダ気象観測記録、日本の公式気象観測記録)を結合して過去300年間の気候変動を解明することであり、冬季(1月)における降雪率と気温との相関関係から長崎における冬季の気候変動の一部が明らかになった。特に注目すべき結果として、冬季には19世紀よりも18世紀の方が高温であったと推定されたことで、小氷期の気候変動解明に重要な糸口を与えるものである。日本で最初に公式の気象観測が開始されたのは1872年であるが、それ以前の1840年代1870年代に長崎県出島においてオランダ人医師らによる詳細な気象観測が実施され、一部のデータがオランダ王立気象研究所に保管されていることが明らかになった。そこで、本研究ではそれらの観測データをすべてデジタル化し、長崎海洋気象台の観測記録(1878年以降)と連結すると同時に、長崎県諫早市に残る1700年1860年の藩日記中の天候記録から推定される気候値とも結合させて長期的な気候変動の実態を解明することを目的とした。平成11年度は、オランダ王立気象研究所の共同研究者G.P.Konnen博士ら4名の海外共同研究者を日本に招聘して、出島気象観測記録の収集とデータの補正に関して研究討議を行った。その過程で、新たに18101820年代のvon Sieboltらによる観測記録、および短期間ではあるが1770年代の日本最古の気象観測記録の存在が明らかになり、東アジアにおける小氷期後半の気候変動を議論する上で貴重なデータであることが認識された。1840年代70年代の期間中、1845年1858年の観測記録についてはすべてデジタル化が終了し、計算機用のデータファイルに保管した。1870年代の観測データについても入力がほぼ完了しており、エラーチェックの段階である。データの補正と研究成果の論文投稿の打ち合わせのために、研究代表者がオランダ王立研究所を訪問して具体的な討議(ブレインストーミング)を行った。研究成果の一部は、平成11年秋に都立大学で開かれた気候変動に関する国際会議で発表し、会議プロシーディングスに掲載した。

日本で最初の公式気象観測の開始は1872年(函館測候所)であるが、それ以前の1845年1883年(一部欠測)に長崎県出島においてオランダ人医師らによる詳細な気象観測がなされ、その大半がオランダ王立気象研究所に保管されていることが明らかになった。また、同じ出島において1819年1828年にBlomhoffとSieboldによる気象観測記録も残されている。本研究の目的は、長崎(出島)における19世紀前半のオランダ気象観測記録を補正し、現在の長崎海洋気象台の観測記録(1878年以降)を含めた180年間のデータベースを作成するとともに、諌早藩日記に記載された1700年1868年の毎日の天候記録から復元された気温時系列と接続させて過去300年間の長期気候変動を明らかにすることである。研究の結果と考察は次の通りである。1)補正された月平均気温データを用いて、長崎における過去180年間の気候変動の解析を行った。その結果、18451858年の高温傾向が認められ、同時期に観測記録の存在する上海(中国)とも位相が一致することが明らかになった。この時期は、「小氷期」の終了期に相当しており、注目される。2)次に、藩日記(諌早)に記載された毎日の天候記録から、1月の降雪率(降雪日数を降水日数で除算したもの)を求め、1次回帰式で月平均気温を算出した(1700-1868)。その結果、18世紀から19世紀前半にかけて明瞭な気温低下傾向が現れたが、その後185060年代にかけて温暖化が顕著に認められ、オランダ観測記録と同様の傾向を示すことが明らかになった。
パルス励起堆積法による窒化インジウム系半導体の低温成長

本研究ではパルス励起堆積法と呼ばれる新しいInN系半導体低温成長技術を開発した。本手法を用いることにより、極めて高品質なInNやその混晶(InAlN、InGaN)の結晶成長が可能となった。また、本手法を用いてpn制御や急峻なヘテロ接合形成を行い、発光ダイオードなどの素子を試作したところ、本提案のパルス励起堆積法がInN系窒化物半導体薄膜成長技術として極めて有望であることが示された。本提案の目的は、パルス励起堆積法と呼ばれる新しいIn系窒化物半導体の低温成長技術を開発し、極めて高品質なInNやその混晶(InAlN、InGaN)を成長し、pn制御や急峻なヘテロ接合を実現することである。InN系の材料のエピタキシャル成長には(1)分解温度が低く良質な結晶を得るための十分な原子の表面マイグレーションが行われない、(2)化学的な反応性が高く使用できる基板が格子不整の大きなサファイア等に限られる、(3)InAlN、InGaN等の混晶が熱力学的に不安定で相分離を起こし良質な薄膜が得られない、といった問題点があった。通常のInN系材料の結晶成長温度は400°C以上であるが、最近我々は、エキシマレーザーを用いてパルス的に高いエネルギーを持ったIII族原子を基板に供給することによって原子の基板表面でのマイグレーションを促進し、結晶成長の温度を室温にまで低減できることを見出した。また、この低温成長技術においては、相分離反応に必要な熱が供給されず、InAlN、InGaNといった混晶を比較的容易に成長できる。本提案では、この室温成長を再現性よく実現する結晶成長装置とそのプロセス技術を開発し、p型薄膜や他の窒化物との高品質ヘテロ接合を作製する。具体的には、先ず、パルス電子線源を用いた結晶成長装置を開発し、パルスレーザーを用いた結晶成長技術と特徴を比較する。これらの手法の内、優れた方を用いて低温での高品質InN系薄膜の成長条件を探索し、MgとSiのドーピングによってpn制御を実現する。さらに、低温成長技術を用いて急峻なInN系テロ接合作製技術を開発し、デバイス作製を担当するグループにサンプルを供給することによって新機能素子の作製を実現する。InN系窒化物材料のエピタキシャル成長には、(1)分解温度が低く原子の十分な表面マイグレーションが行われない、(2)化学的な反応性が高く使用できる基板が格子不整の大きなサファイアに限られる、(3)InGaN、InAlN等の混晶が熱力学的に不安定で相分離を起こすといった問題点があった。本提案では、パルス励起堆積法を用いて低温で良質な結晶成長を実現するための装置とそのプロセス技術を開発することによって上記の問題点を解決し、高品質窒化物単結晶薄膜やP型薄膜、高品質ヘテロ接合の作製を目的としている。本年度では、(1)III族窒化物との格子不整の小さいZnO基板を用いてパルスレーザー堆積法(PLD法)によるm面GaN薄膜およびm面InN薄膜のヘテロエピタキシャル成長を試みた。また、(2)量産技術として期待できるパルス電子線を用いた窒化物薄膜成長装置の開発と低温成長の検討を行った。(1)において、大気中アニール処理によってm面ZnO基板を原子レベルで平坦化した後、PLD法によるGaN薄膜の成長を行ったところ、500°C以上の成長温度ではGaNとZnOの界面に反応層が形成され結晶性の低い薄膜成長となったが、成長温度を室温にまで低減することにより界面急峻性が劇的に向上し、結晶性に優れたm面GaN薄膜のエピタキシャル成長が可能となった。同様にm面InN薄膜のエピタキシャル成長も実現できた。(2)において、III族窒化物薄膜成長用にベースプレッシャーが10^<-10>Torr台の超高真空パルス電子線堆積(PED)装置を作製し、III族窒化物薄膜エピタキシャル成長の可能性を検討したところ、サファイア(0001)基板上へのGaN薄膜およびAlN薄膜のエピタキシャル成長が確認され、さらに、格子不整の小さいZnO基板を用いることによってGaN薄膜の低温エピタキシャル成長が可能であることを見出した。本年度では、初年度に開発した低温成長の基礎技術をべースに技術的改良を重ね、より多くの材料系や構造に低温成長技術を適用した。具体的には、(1)InNとの格子不整の小さい界面バッファー層としてランタノイド系窒化物であるEuNや4族窒化物であるHfNやZrNを用い、高品質InN薄膜の成長を試みた。また、(2)SiC基板上に高品質AlN薄膜の低温成長を行い、そのメカニズムを明らかにした。さらに、(3)スループットの高いパルスプラズマを用いたパルススパッタ堆積法(PSD法)の開発と低温成長の検討を行った。

(1)において、EuNやHfN、ZrNのエピタキシャル薄膜をバッファー層として用い、InN薄膜成長を行うと、結晶性や相純度に優れた六方晶InNおよび立方晶InN薄膜を得られることが明らかになった。(2)において、AlN薄膜の室温成長過程を解析した結果、室温成長では成長初期から典型的なlayer-by-layerモードで薄膜成長が進行し、ステップアンドテラス構造を有した高品質AlN結晶を得られることが分かった。さらに、このような高品質な薄膜が得られる理由は、従来から知られている界面反応の抑制効果のみならず、ミスフィット転位導入の抑制効果が大きく寄与していることが明らかとなった。(3)では、III族窒化物薄膜成長用にべースプレッシャーが10^<-10>Torr台の超高真空PSD装置を作製し、III族窒化物薄膜エピタキシャル成長の可能性を検討した。その結果、ZnOなどの様々な基板上においてPSD法によるGaN薄膜およびAIN薄膜の室温エピタキシャル成長が可能であることを見出した。平成20年度は、初年度と平成19年度に開発したパルス励起堆積法による低温成長技術を用いてInNをベースとする無極性面薄膜成長やヘテロ構造の作製を行った。また、高スループット化が可能なパルススパッタ堆積法(PSD法)の開発を行い、高品質エピタキシャル薄膜の成長が可能であることを実証した。具体的には、(1)III族窒化物と同じウルツ鉱型構造を有するZnOを基板上への無極性面InGaN薄膜の成長、(2)パルス励起堆積法によるAIN/InNやGaN/InNなどのヘテロ構造作製とその界面構造や電子状態の評価、(3)PSD法によるSiC基板上へのAIN薄膜室温エピタキシャル成長を行った。(1)において、m面ZnO基板上へのInGaN薄膜成長を行ったところ、室温成長によってInGaN/ZnOの界面反応が抑制され、高品質なm面InGaN薄膜の成長が可能になることが分かった。また、成長温度の低減によって、組成均一性に優れたInGaN薄膜の成長が全組成領域において可能であるごとを見出した。(2)において、低温成長技術によって作製したAIN/InNおよびGaN/InNヘテロ構造では、そのヘテロ界面が原子レベルで急峻であることが明らかになった。さらにこの構造の硬X線光電子スペクトルをSpring-8で取得し、バンドラインナップなどの電子状態を解析することに成功した。(3)において、PSD法によるAIN薄膜の室温エピタキシャル成長過程を解析した結果、室温成長の特徴である界面反応抑制とミスフィット転位導入の抑制効果によって、PSD法を用いた場合でも窒化物薄膜の高品質化が可能であることが分かった。さらに、MgとSiのドーピングすることによって、PSD法によるGaN薄膜の伝導性制御を実現した。平成21年度は、平成20年度までに開発したパルス励起堆積法による低温成長技術を用いてInN、InGaN、InAlNの無極性面薄膜や半極性薄膜の成長やヘテロ構造の作製と評価を行った。具体的には、(1)III族窒化物と同じウルツ鉱型構造を有するZnOを基板上への無極性面・半極性面InAlN薄膜の成長、(2)無極性InGalN/ZnO構造における発光特性の理論的解析、(3)サファイア基板上へのc面高In濃度InGaN薄膜エピタキシャル成長を行った。(1)において、m面や半極性面ZnO基板上へのInAlN薄膜成長を行ったところ、室温成長によってInAlN/ZnOの界面反応が抑制され、高品質なm面・半極性面InAlN薄膜の成長が可能になることが分かった。
Mg同位体の励起状態の磁気モーメント測定による核構造研究

中性子過剰領域における異常核構造発現機構を解明するために、異常核構造が報告されている^<32> Mgの近傍核^<32> Alの核異性体励起状態の核磁気モーメント測定を行った。本研究では高いスピン整列度の不安定核(RI)ビームを生成するための新たな手法-分散整合二回散乱法の開発も行った。理化学研究所RIBFにて行った実験では、分散整合二回散乱法により8(1)%のスピン整列度を持つ^<32> Alビームを生成することができ、^<32> Alの核異性体の核磁気モーメントを初めて測定することに成功した。本研究では、短寿命の不安定偶々核の第一励起2+状態に対してTransient-Field法(TF法)を適用し、核磁気モーメントの測定を行う。核磁気モーメントの系統的な測定から中性子過剰核における特殊な核構造の発現機構の解明を目指す。本研究で用いるTF法とは、不安定核ビームが磁性体薄膜を通過する際、薄膜中の偏極電子と重イオンの核スピンの間の超微細相互作用によって生じる数kTに及ぶ強磁場を利用する手法である。TFの強磁場によりスピン整列核をガンマ崩壊するまでの間に歳差運動させ、その回転角度をガンマ線の異方性の変化から決定(摂動角分布法、PAD法)し、核磁気モーメントを導出する。本研究の開発要素としては、ガンマ線角度分布測定装置の開発と、その装置に対してTF法を適用することの二段階が必要である。本年度はその第一段階としてガンマ線角度分布測定装置の設計開発を行った。本装置は、全角度に設置可能なGe検出器の回転機構と、あらゆるGe検出器の配置に対応するためのマグネットの回転機構からなる。本装置はまず来年度に予定されている寿命が数100nsと比較的寿命の長いアイソマー状態の核磁気モーメント測定実験に使用される。本装置は汎用性の高い設計となっているため、今後のあらゆるPAD実験に適用可能であり、さらに海外との共同実験にも使用される予定である。今後、本研究で目的とする短寿命の励起状態の磁気モーメント測定に向け、TF法の適用という第二段階の開発を行っていく予定である。本研究では、不安定核励起状態の核磁気モーメントを測定し、中性子過剰領域における「Island of Inversion」と呼ばれる異常核構造の発現機構を明らかにすることを目的とする。本年度は、「Island of Inversion」近傍核^<32>Alを対象として、寿命が200nsと比較的長いアイソマー励起状態の磁気モーメント測定実験を理化学研究所RIBF施設にて行った。本実験には前年度に開発した時間微分摂動角分布法(TD-PAD法)のためのガンマ線測定装置を使用した。本実験の意義は主に二つ挙げられる。高いスピン整列度のRIビームを生成するための新手法(分散整合二回散乱法)を開発すること、そしてその高スピン整列^<32>Al核に対してTD-PAD法によりアイソマー励起状態の磁気モーメントを測定すること、である。本実験における分散整合二回散乱法では、第一次反応として一次ビーム^<48>Caから^<33>Alを生成した。第二次反応では、分散整合焦点面において一核子抜け反応により^<33>Alから^<32>Alを生成した。ここで分散整合条件を取ることによってスピン整列度を保持したまま運動量分散の再集約による効率的な収量増加を達成できる。この分散整合二回散乱法により、本実験ではおよそ8%のスピン整列度を持つ^<32>Alビームを生成することに成功した。本研究で開発した分散整合二回散乱法は、理研RIBF施設のBigRIPSビームラインの特性を最大限に有効利用したものであり、従来の一回散乱による不安定核生成では大きなスピン整列度を得ることができないような核図表のあらゆる領域に対して普遍的に有効な手法である。本実験ではさらに、上記の分散整合二回散乱法によって生成したスピン整列^<32>Alに対してTD-PAD法を適用し、磁気モーメントを決定した。得られた値と理論値との比較を通じた「Island of Inversion」近傍における核構造の議論は現在進行中である。本年度は、前年度に行った「Island of Inversion」近傍核^<32>A1の核異性体励起状態を対象とした核磁気モーメント測定実験に関して、新たな核スピン整列RIビーム生成法の評価、および実験で得られた核磁気モーメントを通じた核構造研究を行った。本研究で開発した新しい核スピン整列RIビーム生成法である分散整合二回散乱法では、目的の核より一核子多い核を経由して目的核を生成する。

二段階目の反応として一核子除去反応を選び出すことで、核スピン整列度を最大限に高めつつ、さらに分散整合条件を満たすことによってスピン整列度を保持したまま収量の増加を期待できる。理研RIBF施設において行った実験では、一次ビーム^<48>Caから^<33>Alを経由することにより、8(1)%のスピン整列度をもつ^<32>AlのRIビームを生成することに成功した。今回の^<32>Alビーム生成の場合に関しては、分散整合二回散乱法によりスピン整列を生成することで、従来行われてきた一回散乱法に比べて50倍以上の効率向上が達成された。本実験では、分散整合二回散乱法によりスピン整列^<32>Alビームを生成することで、^<32>Alの核異性体の核磁気モーメントを初めて測定することに成功し、^<32>Alの核異性体のスピンパリティが4^+であることを確定した。実験的に確立した^<32>Alの準位構造は、通常の相互作用および配位空間を仮定した殻模型計算による準位構造と異なっていた、すなわち準位の逆転が起こっていた。しかし、さらに粒子-空孔置換計算との比較を行った結果、^<32>Alにおいては「Island of Inversion」のような軌道配位の逆転がなくとも殻模型計算と比較した際の準位の逆転は起こりうることが明らかになった。
2型糖尿病の原因因子としての膵β細胞オートファジー機能不全

我々は、以前から膵β細胞におけるオートファジーの意義に関して研究を展開してきた。その過程で、インスリン抵抗性状態下の膵β細胞では、オートファジーが誘導されていることが明らかになった。その機序としてインスリン抵抗性により増加する遊離脂肪酸が膵β細胞でのオートファジー誘導に関与する可能性に関して詳細な検討を行った。膵β細胞株INS-1に遊離脂肪酸であるパルミチン酸を添加すると長寿命蛋白質の半減期が低下し、この遊離脂肪酸応答性の長寿命蛋白質の半減期の低下はATG7のノックダウンによって抑制されること。INS-1に遊離脂肪酸を添加するとLC3蛋白のtype1からtype2への変換が促進されることが明らかになった。このことから、遊離脂肪酸はオートファジーを促進していることが示唆された。この現象は、JNKの阻害剤で抑制されることから、遊離脂肪酸によるJNKの活性化がこの機序に関与している可能性が示唆された。さらに、JNKを活性化させる因子としてPKRが知られているが、遊離脂肪酸によりPKRの活性化が確認されたため、膵β細胞においては、遊離脂肪酸-PKRの活性化-JNKの活性化-オートファジーの誘導という機序が存在することが示唆された。我々は、以前、膵β細胞特異的ATG7ノックアウトマウスを作製し、そのphenotypeを解析した。その結果、膵β細胞におけるオートファジー機構の破綻が1)ブドウ糖応答性インスリン分泌機構の異常および、2)インスリン抵抗性を代償するための膵β細胞容積増加機構の破綻を誘導し、2型糖尿病における膵β細胞異常に酷似したphenotypeを示すことを見出した(Ebato C. et al Cell Metabolsim 2008)。本年度は、さらに、糖尿病とオートファジーとの関連を明確にする目的で実験を行っている。現在までの検討結果は以下のとおりである。1)膵β細胞における遊離脂肪酸応答性オートファジー機構の解明。現在、長寿命蛋白の半減期のデータやLC3蛋白の挙動から鑑みると遊離脂肪酸はオートファジーを促進していることを示唆するデータが得られつつある。さらに、各種阻害剤を用いた検討では、遊離脂肪酸応答性のオートファジー促進現象には、JNKの活性化が関与している可能性がある。一方で、遊離脂肪酸負荷によりp62の蓄積も同時に認められ、遊離脂肪酸がオートファジーを抑制している可能性も考えられる。2)膵β細胞におけるp62蛋白蓄積の病態生理学的意義膵β細胞特異的ATG7ノックアウトマウスにおいては、p62の蓄積が認められた。この病態生理学的意義を検討する目的で、膵β細胞特異的ATG7とp62のダブルノックアウトマウスを作成している。現在、マウスの掛けあわせを順調に行っている。
三次元高精細画像観察によるポストレセプター異常検出システムの構築

高精細三次元画像解析システムによりステロイド受容体の転写活性化プロセスを生細胞で観察できるシステムを構築することおよびその応用によるポストレセプター異常の検出を目的として、以下の研究結果を得た。(1)核内受容体と転写共役因子はその種類によって、大きく3群にその核内コンパートメントが分かれることが明らかとなった。GRに代表される古典的なステロイドレセプターは核内で同一の約300個の微細な点(foci)として分布、TRは粗なfociとしてステロイドレセプターとは異なる領域に分布、PPARγなどのN末の短い核内受容体は核内に均一に分布した。転写共役因子は、その由来が複合体として、分離されたものでも、fociと一致するものばかりでなく、核内全体に粗に分布しても、コアクチベーター作用を示すことが明らかとなり、転写共役因子の生細胞での作用は「固まり」として機能するのではなく動的に複合体を形成して機能することが示唆された。(2)Tob蛋白、Runx2がステロイド受容体のcorepressorであることを見出した。(3)corepressorであるN-CoRの抑制機構として、N-CoRはリガンド結合したARにリクルートされ、ARのN末とC末の分子内相互作用を阻害し、転写活性化能を抑制することが明らかとなった。この結果は、従来より良く知られたものとは異なる新規の抑制機構である。今回の研究により、ステロイド受容体と良く知られた共役因子の基本的な核内動態が明らかになった。不応症を起こすAR異常で実際、その核内動態に異常を来たす例を証明できた。本システムは受容体そのものに異常のない不応症あるいは受容体に異常があるが、従来の生化学的手法では分子病因が明らかでない場合の解析システムとして極めて有用と考えられる。本年度は高精細三次元画像解析システムを中心としてステロイド受容体の転写活性化プロセスを生細胞で観察できるシステムを構築することを目的として、以下の研究結果を得た。(1)各ステロイド受容体/非役因子群と蛍光蛋白のキメラ蛋白の核内動態の解析:AR、GR、甲状腺ホルモン受容体(TR)、エストロゲン受容体(ERα, ERβ)PRARγのcDNAを緑色(GFP)、黄色(YFP)、青色(CFP)の各発現ベクターに組み込んだ。さらに、CBP、SRC-1、TIF2、AP-1サブユニット(fos、jun)、NF-κB、DRIP/TRAP複合体の構成成分であるDRIP100、TRAP100、TRAP220、TETC型複合体の構成成分のTRRAP、GCN5、また、RNAスプライシング因子(ANT-1)においても同様の蛍光キメラを作成した。これらを主としてCOS7細胞に導入、新しく構築したZEISS510METAを使った高精細三次元画像構築システムで観察し、互いの識別条件を設定した。これらの核内受容体や転写共投因子の互いのrecruitmentの有無や核内の詳細な位置、分布と数の定量を行った結果、核内受容体と転写共役因子はその種類によって、大きく3群にその核内コンパートメントが分かれることが明らかとなった。GRに代表される古典的なステロイドレセプターは核内で同一の約300個の微細な点(foci)として分布、TRは粗なfociとしてステロイドレセプターとは異なる領域に分布、PRARγなどのN末の短い核内受容体は核内と一致するものばかりでなく、核内全体に粗に分布しながら、コアクチベーター作用を示すことが明らかとなり、転写共役因子の生細胞での作用は「固まり」として機能するのではなく動的に複合体を形成して機能することが示唆された。今後、各分子について詳細な解析を進める予定である。

(2)高精度三次元解析システムにFRETを組み込んだシステムの開発と、本システムを使ったステロイド受容体と連結する共役因子結合順序の解析:新しく構築したZEISS510METAシステムにおいてCFP、YFPによるFRETシステムを構築した。さらに、核内の分子の動的観察を行うため、各核内受容体のFRAPによる観測条件を設定した。このFRAPシステムを用いることにより、以前DNAへの結合障害と推定されていたAR異常症がARの核内移行と核内分布の異常であることを証明することができた。この病態の解析は核内受容体の新たな細胞内移動機構の解明に繋がる可能性があり、さらに解析を進めている。本年度は各ステロイド受容体とそのAF-1、AF-2ドメイン、共役因子、その他のステロイド受容体と相互作用する蛋白因子について、高精細三次元画像解析システムによるリアルタイム細胞内局在と定量的観察及びFRAP、FRET法により機能解析を行い以下の成績を得た。1.AR、GR、TRβ、ERαに関して共役因子複合体権成成分との相互作用について、前年度に引き続き、さらに解析を進めた。新たにステロイド受容体と相互作用する核内因子としてTob蛋白を同定した。Tobは細胞増殖抑制、アポトーシス誘導因子として発見されたが、新たにAR、GR、ERαと蛋白間の相互作用により、ステロイド受容体の機能を抑制するcorepressorであることが、ルシフェラーゼレポーターアッセイ、機能的画像解析、GST pull down assayにより判明した。また、新たに、AR、GRのcoactivatorとして同定した因子がステロイド受容体のfociやsplicing factor compartmentとは異なる粗なdotとして核内に局在し、ARの活性化と共にARのfociに移動する現象を捉えることができた。このことは転写の活性化が核内に因子毎に規定されたcompartmentより動員されることにより引き起こされることを推定させるものである。2.ステロイド産生細胞の発生、分化とステロイド合成P450酵素の発現に必須のAd4BP/SF-1の転写活性化能はPKAによって増強されることが従来より知られているが、その分子機構はこれまで不明であった。高精細三次元画像解析システムにより以下の成績が得られた。1)Ad4BP/SF-1はTFTC型複合体の構成成分であるGCN5、TRRAPと共にPKA刺激下にfociを形成しその転写活性化能が上昇する。2)DAX-1はAd4BP/SF-1と結合しその転写活性化能を抑制することが知られているが、PKA刺激によってAd4BP/SF-1とDAX-1の相互作用が、減弱することがFRAP解析により判明した。このように生細胞のリアルタイムイメージングによる機能解析はこれまでの生化学的手法では得られない情報を得ることができる。3.T3不応症、多毛症患者の皮膚線維芽細胞における受容体以降の転写活性化経路の異常の有無を解析するために各ステロイド受容体と蛍光蛋白のキメラを組み込んだアデノウィルスベクターを作成、患者の皮膚線維芽細胞に大量導入するシステムを確立した。本年度も高精細三次元画像解析システムによるリアルタイム細胞内局在と定量的観察及びFRAP法による機能解析を行い、各ステロイド受容体のAF-1、AF-2ドメインと共役因子特にN-
地震時救命ライフラインの機能維持と人的被災軽減に関する研究

1.2004年新潟県中越地震の人的被害の発生状況と消防の緊急活動について現地調査と情報収集をもとに、被害と震度の関係、死傷の原因、救急・救助活動を分析した。2.本研究ではトリアージとトランスポーテンションに着目して、言わば患者の生命予後を左右する「いのち」そのものの輸送ライフラインとでも呼ばれるべき救急搬送システムの最適化問題に絞り、定量的解析を行った。3.災害情報を流通させるシステムの技術動向の調査を行い、現状とその将来について分析を行った。その結果光ケーブルの耐震性の把握が必要である、通信システムにおける震災対策が必要である、緊急地震速報応用のための社会的背景の醸成が急務である、ことが知られた。4.2004年10月に発生した新潟県中越地震における小千谷市、長岡市の被災箇所ごとの道路の状況とその要因を明らかにし、得られたデータと被災状況を基に道路危険度の評価式を組み立てた。5.鉄道橋の桁が落下あるいは崩壊したときに走行する列車がそこに落下するような場合を想定し、建物の挙動および建物内の人が受ける衝撃力、そして列車の挙動および車内の人が受ける衝撃力を個別要素法(DEM : Distinct Element Method)を用いた数値解析により求めた。6.給水拠点から水を運んできて家庭内で使用する場合の水使用行動を記述するモデルを作成し、給水拠点の配置が家庭内の行動にどのように影響をするかを検討した。7.2004年10月に発生した新潟県中越地震による小千谷市、長岡市の病院の被害事例について整理した。さらに、病院内部ライフライン施設の地震被害だけではなく、医療活動に影響をもたらす院外ライフラインの被害にも着目して分析を行った。8.主な地震における計測震度データを用いて、震度曝露人口と人的被害との巨視的な相関関係について考察し、人的被害の被害総量推定モデルを構築した。9.構造物の被害予測やその機能維持のための事前対策への対応を図ることなどを念頭において、地上あるいは地中構造物の地震被害を地盤震動特性と関連付けることを目的として2次元有効応力解析プログラムNUW2を用いて解析した。道路・鉄道・通信・水道システムなどの地震時機能停止は、生活不便のみならず人的被害を招く可能性がある。それらを救命ライフラインと位置づけて、ライフライン機能停止と人的被害の関連について下記のような検討を行っている。・高田病院における地震直後のライフライン機能停止は、入院患者はもちろんのこと負傷者の応急医療に支障をきたし、社会的影響が大きい。病院外部から供給されるライフライン機能と病院内部におけるライフライン機能・バックアップシステムの損傷確率を算出して、病院ライフラインが機能する確率を総合的に評価した。さらに、地震ハザードリスクを算出して、病院機能のロス関数を求めた。・清野1995年の兵庫県南部地震では、鉄道橋の桁の落下あるいは崩壊が32ヶ所で発生した。本研究では、鉄道地震災害の波及の影響を検討するため、落橋部分が原因となる列車事故が発生した場合の列車挙動と車内の人的被害について検討を行った。・淵田兵庫県南部地震時の神戸地域における表層地盤の液状化を含めた地震応答解析を行い、地盤ひずみ応答特性や加速度応答集中域と、埋設管路等構造物被害との関連性について検討した。・能島兵庫県南部地震の被災事例に基づいて、震度情報からライフライン機能の被害と復旧過程を予測するモデルを構築した。

また近年のライフライン被災事例を調査してモデルの検証を行い、改良に向けての検討を行った。・鈴木インフラ設備・サービス被害の早期検知技術とリアルタイム地震情報の活用に関する研究を行った。早期検知技術の調査の中で、内閣府の停電・ガス停止情報が注目される。またリアルタイム地震情報についても、救命ライフラインシステムへの応用を考える計画である。・細井救命に必要となる生活用水を応急給水で供給する方法について検討した。とくに地域性を考慮した給水計画をたてる方法を、理論と現地調査の双方により検討した。本年度の研究成果は以下のようである。・救助要請に関わる情報伝達プロセスを向上させるために兵庫県南部地震時の救助要請プロセスを分析した.警察への駆け込みによる救助要請のあった場所の30%で死者が発生しており,駆け込みによる要請には重要な情報が含まれていたことを明らかにした。・兵庫県南部地震における東灘区と北淡町のアンケートデータを基に、家屋倒壊による身体的閉じ込めと室内被害による空間的閉じ込めを数量II類の判別分析により分析し、家屋被害程度、階数、地域特性の影響を明らかにした。また、時間とともに低下する震後余命特性をワイブル分布関数にモデル化し、地震直後の死亡危険度と救助活動の効果を評価する方策を提案した。・2004年新潟県中越地震における供給系ライフラインの機能障害について調査した.機能停止確率をロジスティック関数でモデル化して兵庫県南部地震と比較した結果,より低震度で機能障害が発生しており,その理由としては,ネットワーク施設の脆弱性およびネットワーク形態の両方が関与していると考えられる.・2004年10月に発生した新潟県中越地震における通信被害の影響について調査を行った.他のライフライン被害に比べると通信支障は小さかったといえるが,山間部の通信途絶による被害把握の遅れは,今後の防災対策を考える教訓となる.また携帯電話が広く普及してはじめての被害地震ともいえ,通信手段の分析を今後いつそう行う必要がある.・断水状況下で家庭の水使用行動が受ける制約をアンケート調査により調べた.それらをもとに水使用行動に費やす時間,水量を考慮した水使用の行動モデルを作成した.モデルを用いて応急給水の拠点配置が変化した場合の家庭内の水使用がどのように変わるかを検討した.1.2004年新潟県中越地震の人的被害の発生状況と消防の緊急活動について現地調査と情報収集をもとに、被害と震度の関係、死傷の原因、救急・救助活動を分析した。2.本研究ではトリアージとトランスポーテンションに着目して、言わば患者の生命予後を左右する「いのち」そのものの輸送ライフラインとでも呼ばれるべき救急搬送システムの最適化問題に絞り、定量的解析を行った。3.災害情報を流通させるシステムの技術動向の調査を行い、現状とその将来について分析を行った。その結果光ケーブルの耐震性の把握が必要である、通信システムにおける震災対策が必要である、緊急地震速報応用のための社会的背景の醸成が急務である、ことが知られた。4.2004年10月に発生した新潟県中越地震における小千谷市、長岡市の被災箇所ごとの道路の状況とその要因を明らかにし、得られたデータと被災状況を基に道路危険度の評価式を組み立てた。
日本の水道事業における生産・費用構造および垂直的取引構造に関する実証分析

平成18年度は平成17年度において収集されたデータをもとに,わが国の水道事業における上流部門(取水・浄水部門)と下流部門(配水部門)の垂直統合の経済性について実証分析を行った.この研究は,地方公営企業として地方自治体の直営方式によって運営されている水道事業において,広域的統合,なかでも用水供給部門と末端給水部門(特に自己水源を持たず取水の大部分を用水供給に依存し,配水事業に特化したような事業者)の垂直的統合が経済効率性を発揮しうるのかを検証したものである.分析の結果,取水・浄水部門と配水部門の垂直統合の経済性は存在することが確認され,かつそれは受水依存度が高い事業者ほど経済性が大きく発揮されることが期待されることが明らかにされた.ただし,採用された分析モデルの制約から,用水供給事業と末端給水事業のうち配水のみを行う事業者を統合した場合の経済性については検証できておらず,この点については今後の課題として残されている.本年度は当初の目的である(1)文献調査および初期分析,(2)データの収集・入力,(3)計量モデルによるデータ解析のうち,(1)(2)を中心に行ってきた.データソースである地方公営企業年鑑,水道統計記載のデータはほぼ入手が完了し,今後新しく公開されるデータを随時追加入力していく段階である.また,水道事業における垂直的取引構造に関するインタビュー調査を内閣府委託調査「地方公共料金の実態及び事業効率化への取組についての分析調査」へ副主査として参加しつつとり行ってきた.水道事業の実務レベルでの垂直統合への取り組みの実態を理解するうえで貴重な経験であった.垂直統合(広域化を含む)の概要については今年度中に発刊される近畿大学経営学部80周年記念論文集に掲載予定である.また,初期分析の一部としての末端給水事業および用水供給事業の費用構造分析については平成17年度8月にオランダの自由大学(Free University)にて開催されたヨーロッパ地域学会(ERSA)において報告し,そこでの議論を参考に修正されたものが,平成18年度発刊予定の近畿大学経営学部紀要「商経学叢」に掲載予定である.今後の分析の方向性としては,水道事業の取水・浄水部門と配水部門との垂直統合の経済性の実証分析を進めていく予定である.これは,今日議論されつつある,用水供給事業と末端給水事業との広域統合に関して果たして効率性の追求の可能性があるのかという点について定量的に分析を試みるものであり,今後の政策決定に有用な情報を提供することが可能となる点で一定の意義が見出されるものと考えられる.この研究は平成18年度8月にギリシャで開催されるヨーロッパ地域学会にて報告することが予定されている.(タイトル:Economies of Vertical Integration in the Japanese Water Supply Industry)平成18年度は平成17年度において収集されたデータをもとに,わが国の水道事業における上流部門(取水・浄水部門)と下流部門(配水部門)の垂直統合の経済性について実証分析を行った.この研究は,地方公営企業として地方自治体の直営方式によって運営されている水道事業において,広域的統合,なかでも用水供給部門と末端給水部門(特に自己水源を持たず取水の大部分を用水供給に依存し,配水事業に特化したような事業者)の垂直的統合が経済効率性を発揮しうるのかを検証したものである.分析の結果,取水・浄水部門と配水部門の垂直統合の経済性は存在することが確認され,かつそれは受水依存度が高い事業者ほど経済性が大きく発揮されることが期待されることが明らかにされた.ただし,採用された分析モデルの制約から,用水供給事業と末端給水事業のうち配水のみを行う事業者を統合した場合の経済性については検証できておらず,この点については今後の課題として残されている.
太陽光を利用したアンモニア阻害抑制のための新規メタン発酵システムの開発

研究1年目は、高濃度アンモニア態窒素を含有する培地を基質とした光照射の効果について、最適な光照射条件を検討した。その結果をもとにして、研究2年目である本年度は将来のトータルシステムを構築するために、光メタン発酵の最適光照射条件を定量化し、光量子を用いた高アンモニア態窒素含有の有機性廃棄物の嫌気性発酵循環システムを開発された。高濃度アンモニア態窒素含有の培地を基質とした光メタン発酵について、光量子を用いた光照射条件を定量化するために以下の3点を軸として研究を遂行した。(1)光量子がアンモニア阻害条件における光メタン発酵の阻害軽減効果へ及ぼす影響についての探索(2)高濃度アンモニア態窒素を含有する培地を基質とした光メタン発酵における光量子が微生物活性への影響についての検討(3)トータルシステムを構築するために光量子を用いた光メタン発酵が異なる高濃度アンモニア態窒素条件下での運営効果とスケールアップ効果の確認。以上の研究内容により、最適な光量子で照射を行うことで、メタン発酵のアンモニア阻害の軽減を実現できることが明らかになった。光照射条件を最適化することで、リアクター内の微生物、特にメタン菌の活性化が促進され、高アンモニア条件においてもメタン発酵効率を向上させることができた。現在までの研究結果から、メタン発酵の最適光照射条件の定量化され、将来のトータルシステムを構築するため、光量子を用いた高アンモニア態窒素含有の有機性廃棄物の嫌気性発酵循環システム構築が期待できると考えられる。平成30年度は、「太陽光を利用したアンモニア阻害軽減ための光メタン発酵システムの開発」を目指して、光強度と光照射時間のインテグレーションである最適光量子範囲の概念を光メタン発酵システムに導入した。(1)光量子のアンモニア阻害軽減効果への影響、(2)光量子が微生物活性への影響、(3)光量子を用いた光メタン発酵システムの運転効果の確認の研究を進め、最適光量子範囲を突き止めた。それを用いて、高濃度アンモニア態窒素条件下での光メタン発酵システムの運転条件の最適化を行った。予定通りに、関連パラメータのデータを収集し、将来の実用化向け検証した結果、明らかなアンモニア阻害軽減効果が得られた。本年度では学会発表、論文発表による研究成果の公表も活発に行い、第一作者としての論文1報、共著者として2報を国際誌に登載され、関連テーマの学会発表を4回行い、研究成果を積極的社会へ発信した。2019年度は、2018年度に得られた結果をもとに、異なる光源を使うことにより、光源の光波長は微生物への影響について検討し、メカニズムの解明を行う。高濃度アンモニア態窒素含有の培地を基質とした光メタン発酵において、アンモニア濃度、リアクターのガス濃度、ガス生成量、pH、アンモニア性窒素の濃度変化、TOCの除去率、微生物の活性など発酵に関わる各項目の検討を行う。さらに、今までに開発した要素技術を統合させ、最適化を図る。最適化は、従来法の5-7倍のアンモニア耐性を持つ技術の確立を目標とし、各要素技術のエネルギー効率、環境負荷、経済的・社会的効果についての検討を行う。高効率バイオガス生産の全体システムに対しての総合評価は最も重要であるので、ここで運転条件やパラメータなどのデータの収集、システム全体のエネルギー収支などを解析し、実証化のための設計データを得る。博士論文をまとめ、システム評価に関する研究内容を国際誌に投稿する。研究1年目である本年度は、高濃度アンモニア態窒素を含有する培地を基質とした光照射の効果について、最適な光照射条件を検討した。先行研究では、通常範囲内のアンモニア態窒素含有濃度の有機性廃棄物の嫌気性発酵における光照射の最適な温度と時間に関する検討はなされているが、太陽光を利用する高濃度アンモニア態窒素含有培地を基質としたメタン発酵についての研究は未だ行われておらず、高濃度アンモニア態窒素含有の培地を基質とした光メタン発酵の最適な光照射条件についての検討が必要となる。高濃度アンモニア態窒素含有の培地を基質とした光メタン発酵について、最適な光照射条件を解明するために以下の3点を軸として研究を遂行した。(1)光強度がアンモニア阻害条件における光メタン発酵の阻害軽減効果へ及ぼす影響についての探索(2)高濃度アンモニア態窒素を含有する培地を基質とした光メタン発酵の最適な光照射時間についての検討(3)半連続メタン発酵実験を実施と、最適な光照射条件における高濃度アンモニア態窒素条件下での光メタン発酵の長期運転効果の確認以上の研究内容より、最適な光強度と時間で光照射を行うことで、メタン発酵のアンモニア阻害の軽減を実現できることが明らかになった。光照射条件を最適化することで、リアクター内の微生物の活性化と固定化が促進され、高アンモニア条件においてもメタン発酵効率を向上させることができた。現在までの研究結果から、将来、長時間で、高効率、低コスト、操作が簡単なアンモニア阻害抑制システムの構築が期待できると考えられる。平成29年度は、「太陽光を利用したアンモニア阻害軽減ための光メタン発酵システムの開発」を目指して、(1)光強度のアンモニア阻害軽減効果への影響、(2)光メタン発酵の最適な光照射時間についての検討、(3)最適な光照射条件下での高濃度アンモニア態窒素光メタン発酵の連続運転の3項目に分けて研究を進め、それぞれの成果を挙げることができた。また、最適な光強度と光照射時間においてメタン発酵を行うことでアンモニア阻害の軽減を実現できることを明らかにした。将来、太陽光を利用した低コスト、高効率、簡単な操作でアンモニア阻害抑制可能な嫌気性消化プロセスを構築することを期待できる。