hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機能性脂質ナノチューブへの分子サイズの大きい難水溶性薬物の封入法の確立

難水溶性薬物であるヒドロコルチゾン(HC)及びフェニトイン(PHE)を用いて、有機ナノチューブへの封入検討を行った。有機ナノチューブの構造が安定に保たれるアセトンにおいて、溶液NMR測定を用いて溶解度を検討した結果、有機ナノチューブの溶解度は約0.015mg/mLと極めて難溶であることが確認された。薬物封入には、薬物及び有機ナノチューブをアセトンを用いて溶媒留去物(EVP)を調製した。EVP中における薬物の分子状態を粉末X線回折(PXRD)測定及び固体13C-CP/MASNMR測定を用いて検討した。PXRD測定の結果、薬物及び有機ナノチューブの3:7(w/w)EVPにおいてハローパターンを示し、薬物の非晶質化が認められた。また固体<13>^C-CP/MASNMRの結果、HC及び有機ナノチューブの3:7(w/w)EVPにおいてはHC結晶に由来するピークのブロード化が認められ、HC分子が非晶質化している事が確認され、これらの結果から薬物はONT内に封入されたと推察された。本研究では、脂質有機ナノチューブ(LNT)に難水溶性薬物を封入した新規経口投与製剤システムの確立を目的としている。当該年度は各種機能性LNTへの難水溶性薬物封入を検討し、薬物の放出速度コントロールや刺激応答性放出を可能とする機能性LNT製剤の設計を試みた。チューブ空間への薬物の封入状態を比較する目的で、CD-polypseudorotaxane同士で形成される空間への薬物を封入し、その状態を検討した。チューブの内側・外側両方ともグルコース残基を有するLNTを用いて検討した結果、薬物封入は認められるものの、チューブ径が揃っていないために封入メカニズムの解明までは至らなかった。また、窒素吸着による比表面積の検討を行ったが、得られた値が予想された比表面積と比較して一桁以上低かった。現状でそれ以上の物性の評価は困難であった。チューブの内側にカルボキシル基、外側にグルコース残基を有する昨年度検討したLNTに対して、チューブの内側にアミノ基をもつLNTを用いて検討した結果、イブプロフェンを用いることで薬物封入性に違いが観察され、内外の構造の違いを反映していると推察された。薬物の溶出性はイブプロフェン単独と比較して大きな違いが認められなかった。当該年度は1)難水溶性薬物をLNTへ封入する調製方法の検討及び2)LNTへの薬物封入メカニズムの解明を行った。LNTへの難水溶性薬物の封入法として、低温混合粉砕法、密封加熱法、超臨界流体法、溶媒留去法の検討を予定していたが、LNTのサンプル量が少ないこと及びLNTの物理化学的性質(低融点、超臨界CO2へのLNTの高い溶解度)を評価した結果を考慮し、溶媒留去法を選択した。初めに透過型顕微鏡測定により溶媒留去法に用いる溶媒のスクリーニング検討した結果、極性の高い有機溶媒中でLNTのチューブ構造が安定に保たれることを見出した。極性の高い有機溶媒の中からアセトンを選択し溶媒留去法を適用した結果、モデル薬物であるヒドロコルチゾン(HC)及びフェニトイン(PHE)をLNTに封入することに成功した。粉末X線回折及び固体NMR測定によりLNT中の薬物の分子状態を評価した結果、HC及びPHEはチューブ内又はチューブ同士で形成される空間に非晶質状態で封入されることが示された。溶出試験の結果、LNTとの溶媒留去物からのHC及びPHEの溶解速度が著しく増加するのが観察された。このことから、LNTは難水溶性薬物の溶解性を改善できる新しい薬物封入担体としての応用が期待される。本研究において、難水溶性薬物をLNTに封入することに初めて成功した。また、LNTに封入された薬物が良好な溶解特性を示したことから、製剤分野へのLNTの高い応用性を示すことが出来た。当該年度の実施目標である、(1)LNTへの難水溶性薬物の封入法の確立及び(2)各種評価法を用いたLNT中の薬物封入状態の評価について予定通り実施する事ができた。

各種機能性LNTへの難水溶性薬物封入を検討し、薬物の放出速度コントロールや刺激応答性放出を可能とする機能性LNT製剤の設計を行う。また、IR測定及び固体NMR測定を行い、ナノチューブ内での薬物の分子状態が製剤特性に与える影響について検討を行う。物品費用(LNT及び薬物購入)及び各種機器測定料として用いる。
破壊的地震動の伝播における地層内フィルター効果に関する研究

1994年三陸はるか沖地震では、八戸市各地で地震記録が得られており、応答解析結果と比較する上で有効なため、破壊的地震動の増幅特性と地盤構成の関係を追究するための解析対象とした。解析における入力動としては、岩盤に設置された八戸工大のGL-20mでの地震計による本震の記録を用いた。市内の代表的な場所、とくに地震動の記録が得られている位置での地盤条件を、水平成層を仮定して一次元せん断多質点系の非線形解析を行った。その結果、以下のような事項が明らかとなった。1)八戸市における被害は、概して低地部では少なく、台地部に集中する傾向があった。しかし、本震では新井田川の西部の台地上にある市中央部で、最大余震では東部の台地上で被害が多く、対照性を示すとともに地盤条件の差異の影響が大きいことを示唆している。したがって、東部台地をゾーン1、市中央部の台地をゾーン2、西部の低地をゾーン3として分類し、それぞれの代表的な地盤条件を選定した。2)ゾーン1の八戸測候所では、基盤の深さがGL-10m程度であり、解析結果では、表層地盤の1次固有周期に近い成分の0.20.4秒が卓越し、実測加速度波形の速度応答スペクトルのピークとよく対応する。したがって、表層にある火山灰質粘土層の非線形性が支配的な要因となる。3)ゾーン2の八戸市役所では、GL-40m程度の支持地盤よりもずっと深いGL-100m程度の地震基盤までをモデル化して解析を行うと、実測波形の速度応答スペクトルにおけるピークである0.81.0秒とよく対応する。4)ゾーン3の八戸港では、基盤の深さGL-400m程度までを考慮すると2.5秒付近と1.0秒付近の速度応答スペクトルのピークが得られ、実測波形の結果をよく説明する。
免疫疾患治療を目指した効率的寛容誘導法としてのネオグリコ抗原開発

本課題では糖鎖ヒアルロン酸を抗原に化学修飾することで肝類洞内皮細胞特異的送達を達成し、抗原特異的免疫寛容の誘導の可能性について検討した。昨年度までに蛍光標識したヒアルロン酸のマウス個体における組織分布、細胞選択性の検討、およびモデル抗原としてオブアルブミンのヒアルロン酸修飾を行い、これらの結果を踏まえ本年度ではヒアルロン酸修飾オブアルブミンの組織分布、肝類洞内皮細胞取り込み活性、そして寛容誘導能について検討を行った。単離した肝非実質細胞各分を用いたin vitroの解析では分子量9,000以上の長鎖ヒアルロン酸、あるいは分子量3,000以下の短鎖ヒアルロン酸においても重量分率が40%を越える修飾体において良好な肝類洞内皮細胞取り込み活性が認められた。この結果は、ヒアルロン酸をデリバリーリガンドとして応用する上での重要な知見となった。また修飾オブアルブミン静脈投与後の組織分布の検討では、ヒアルロン酸修飾により肝臓への集積性が3倍向上することが明らかとなった。さらに静脈投与後の肝非実質画分を解析した結果、ヒアルロン酸修飾により類洞内皮細胞への取り込みが促進させられるだけでなく、肝常在性マクロファージであるクッパー細胞による非特異的取り込みを有為に押さえられることが明らかとなった。つづいて抗原特異的免疫寛容誘導能をBalb/cマウスを使用して検討した。ヒアルロン酸修飾オブアルブミン前投与後にアジュバントとともに未修飾アルブミンを腹腔内に投与し血清中のオブアルブミン特異IgE抗体の産生を定量した結果、対象の未修飾及びPEG修飾オブアルブミンに比べて有為にIgE抗体の産生が抑制されていた。この結果によりヒアルロン酸による抗原修飾により、抗原特異的な免疫寛容が誘導できることが示唆された。肝類洞内皮細胞(LSECs)は抗原提示能を有し、提示抗原に対し寛容を誘導するという報告がなされている。しかし、肝臓は肝実質細胞の他にクッパー細胞や星細胞、そして肝類洞内皮細胞などの非実質細胞群からなり、互いに密接な連携を保ちながら恒常性を維持している。こうした環境下で効果的な抗原特異的免疫寛容を誘導するには他の抗原提示細胞の取り込みによる過剰な免疫応答の惹起を防ぎ、肝類洞内皮細胞特異的な抗原タンパク質のデリバリーが必要であると考えられる。我々は、肝類洞内皮細胞がヒアルロン酸(HA)レセプターを発現していることに着目し、肝類洞内皮細胞を標的とする送達担体としてHAを一成分とするバイオコンジュゲート体の調製をしてきた。そこで本研究では、抗原タンパクとHAのバイオコンジュゲート体の調製を行い、肝類洞内皮細胞への取り込み、及びコンジュゲート体投与による免疫応答を評価した。コンジュゲート体の作製ではHAの導入率の異なるもの、HAの鎖長の異なるものを得た。これらのコンジュゲート体を蛍光修飾し、マウスより分離・精製した肝非実質細胞画分に添加し、蛍光顕微鏡観察を行った。OVAはクッパー細胞に取り込まれるのに対し、HA-OVAは肝類洞内皮細胞へ取り込まれることが確認された。このことからHAを結合させることで抗原タンパク質を選択的に肝類洞内皮細胞へ取り込ませられると考えられる。
TATAボックス結合因子TFIIDを中心とした真核細胞転写開始および調節機構の解析

1.TFIIDサブユニット4種の単離とTFIIDサブユニット間の相互作用の解析更に、ショウジョウバエ細胞より低分子量サブユニット4種のものについてcDNA単離をした。これらのうち3種のものについては、ヒストンH3、H4に相同性領域を持つものであり、クロマチン転写との関連性が示唆された。これらのものについては、ヒト細胞からもすでにcDNA単離を済ませており、この相同性はヒト細胞でも見られている。(未発表)。今までに得られているショウジョウバエ細胞からのTFIIDサブユニット間の分子間相互作用の研究を行い、サブユニット間の相互作用の関係を明らかにしてきた。これらは、調節因子郡の持つ性質をどのように受け入れて転写活性化が行われているという基礎情報になる。2.TBPサブユニットの変異を利用しての転写調節因子による転写活性化に関与する領域決定と作用機構の解析転写調節因子の代表的因子のひとつであるVP16をモデル系に用いて、転写活性化に関与するTBPの分子表面を決定した。様々な変異TBPを用いて解析した結果、3つの変異TBPが基本転写には影響を与えないが、VP16による転写活性化に影響を与えることを示した。これらの位置は、TBPの三次構造内において空間的に異なるため、ひとつの転写因子がそれら3つの位置に配置されて相互作用するとは考えにくく、3つ以上の因子が転写活性化に関わる、すなわち3つ以上の転写因子-TBP相互作用が転写活性化に必要であることが示された。(未発表)。
フランス近代住宅における「装備」の生成と「自然」観の変容

建築家ル・コルビュジエを中心に、アイリーン・グレイとシャルロット・ペリアンとの比較考察によって、フランス近代住宅における「装備」の概念とその実践手法を明らかにした。椅子・机・棚の家具的要素に還元された「装備」の主題は、最終的に「壁」の問題へと収斂している。すなわち、ル・コルビュジエは新しい「壁」を探求し、ペリアンは「壁」を解体へと導く。一方のグレイには「壁」「家具」の境界が存在しない。そのような差異が生じるのは、壁の外部にある「自然」の捉え方と関わっており、本研究では近代主義建築における「空間の透明性」の多元的な様相を明らかにした。ル・コルビュジエの「装備」(室内装飾)に関する概念を1920年だけではなく、通年を通して精査し、「装備」概念の変遷を分析した。あわせて、協働者シャルロット・ペリアンにおける「装備」の概念との異同を分析した。分析の結果、概念的には、ル・コルビュジエの「装備」においてペリアンの考え方が大きく影響していることが明らかとなった。そこで、シャルロット・ペリアンの関与したル・コルビュジエの建築作品について網羅的に抽出し、家具・衛生設備・照明・換気(窓)・色彩計画・芸術作品の展示の項目を設定し、デザイン手法を具体的に分析しているところである。分析は未完了であるが、両者の「壁」に対する考え方の根本的な差異が、仮説として導き出された。さらに、ル・コルビュジエから大きな影響を受けたアイリーン・グレイにおける全実作品を対象に、シャルロット・ペリアンとの比較も含め、「装備」(室内装飾)のデザイン手法について概要を把握した。「壁」に対する考え方の違いは、シャルロット・ペリアンとの比較においてそうであったように、やはり明確な差異が認められた。さらに、「窓」や「テラス」(庭園を含む)に対するデザイン手法の違いが、ル・コルビュジエとアイリーン・グレイとの比較のなかで主題化することができた。資料に関して、ル・コルビュジエに関する図面・書簡資料については完全に把握できた。シャルロット・ペリアンについても同様であり、シャルロット・ペリアン財団からの協力を得ることができた。しかしアイリーン・グレイについては、資料が3美術館に分散しているために、資料収集という点からは課題が残った。研究計画における進捗にはやや遅れている面もあるが、研究遂行の過程で新たに見出された課題やそれに対する分析を含めると、研究テーマそのものは深まっていると言え、本研究課題の最終目標に、期限内に到達できるとものと判断している。ル・コルビュジエの「装備」(室内装飾)に関する概念について、関連する書簡や書物を網羅的に精査してデータベース化することによって、前年度よりさらに科学的に「装備」の変遷とその変化の理由について考察した。分析の結果、ル・コルビュジエの「装備」は20世紀初頭のドイツ工作連盟の生産手法とオーギュスト・ペレから影響を受けた「家具」の概念に由来しつつ、独自の「棚」の概念として成立し、とりわけ第二次世界大戦後は、さらに自然環境の制御装置にまで敷衍されていく。ル・コルビュジエの「棚」については、さらに制作手法として分析を進めた。ル・コルビュジエの「棚」の制作には壁への組み込み、壁への寄せ置き、壁からの独立設置という三手法が認められる。そこで「棚」について、ル・コルビュジエと協働していたシャルロット・ペリアンの手法と比較検討することによって、両者の独自性を考察した。結果として、ル・コルビュジエは壁との一体化を志向し、ペリアンは壁から解放された棚というよりも、臨機応変に様々な設置方法を検討していることが明らかとなった。さらに、ペリアンについてはすべての論文を精査して、ル・コルビュジエの「装備」の理論との比較検討を行い、「壁」に関する両者の差異を明らかにすることができた。また、ペリアンの全論文から、日本からの影響、とりわけ岡倉天心の『茶の本』や柳宗悦らの「民藝」との関連性が、ペリアン独自の「装備」概念と関連することが指摘できた。アイリーン・グレイについては、最初の建築作品E-1027(1929)について、言説分析を進め、やはり建築学的な用語(「壁」「窓」)について、これまでの建築史における一般的概念とは異なる使用方をしていることが明らかとなった。本年度においては、研究計画通り、海外出張における円滑な資料収集と意見交換が実施できた。とくにフランスにおけるル・コルビュジエ財団での学芸員や研究者との情報交換を通して、他では得られない貴重な資料の収集と先端的な学術研究の動向を把握することができた。またシャルロット・ペリアン財団において、進行中のペリアン資料アーカイヴを通して、本研究課題における「日本」というテーマに関する新しい資料の発見をすることができた。日本においても、学会発表等を通じて、本課題内容の一部を発表し、そこでの議論を通して、内容に関する更なる考察を深めると同時に、研究遂行方法の再検討を継続的に実施することができた。昨年度のル・コルビュジエの「装備」概念の分析を受けて、本年度は実作品における「装備」の制作に関して、とくに「標準棚」に焦点を当てて分析を進め、その経年的変化やその理由、またそれが持つ建築史的意義について考察した。分析の結果、ル・コルビュジエの棚の装備の手法は、前近代的な装飾芸術の手法を踏襲しながら、棚を規格化することによって空間を分節する装置として棚を構成し、最終的には壁との一体化を図るようになることが明らかになった。

このような新しい「壁」の探求は、近代主義建築における「壁の開放」「空間の透明性」などとは異なった主題であり、第二次世界大戦後のブルータリズムなどとも関連していると考えられる。また、このようなル・コルビュジエの「標準棚」の制作手法の変遷には、協働者であったシャルロット・ペリアンの影響が顕著に認められる。とりわけ、1920年代の棚の規格化の問題は、実際にはペリアンによる研究に拠るところが大きいことが判明した。しかしながら、ル・コルビュジエから独立した作品に関して、ペリアンとル・コルビュジエの制作手法を比較分析すると、明瞭な差異が認められた。すなわち、ル・コルビュジエがあくまで「壁」という空間の仕掛けを求めたのに対して、ペリアンは「壁」を仮設的に捉えている。ペリアンにとって、家具・建築・自然は一連のシームレスな流れとしてつながっており、この点で、あくまで人間と自然を対置させるル・コルビュジエとは異なっていることが明らかとなった。建築家ル・コルビュジエを中心に、アイリーン・グレイとシャルロット・ペリアンとの比較考察によって、フランス近代住宅における「装備」の概念とその実践手法を明らかにした。椅子・机・棚の家具的要素に還元された「装備」の主題は、最終的に「壁」の問題へと収斂している。すなわち、ル・コルビュジエは新しい「壁」を探求し、ペリアンは「壁」を解体へと導く。一方のグレイには「壁」「家具」の境界が存在しない。そのような差異が生じるのは、壁の外部にある「自然」の捉え方と関わっており、本研究では近代主義建築における「空間の透明性」の多元的な様相を明らかにした。今後はまず、ル・コルビュジエとそれ以外の建築家(シャルロット・ペリアンやアイリーン・グレイを含む)の比較の拡充であり、分析方法論の明確化と焦点化である。とりわけ初年度では「窓」「テラス」など半自然的・半建築的主題を見出すことができたことから、それに則って分析を進めていく。本研究課題の研究対象の一部であるル・コルビュジエとシャルロット・ペリアンについては、概ね計画通りに(予想外の新発見を含めて)進捗しているが、アイリーン・グレイに関しては、もとより文書や図面に関する資料が少ないことを含めて分析が手薄になっている。ただし、一次資料はイングランドとアイルランドのミュージアムに保管されていることが判明しているために、とくにこの方面での研究を推し進める必要がある。また、平成28年度までは本研究課題に関する言説分析は中心であったために、今後はとくに言説と対応する建築作品様式、建築制作過程についての考察を進めていく必要がある。その上で、ル・コルビュジエ、シャルロット・ペリアン、アイリーン・グレイ三者の比較検討を進め、最終的には、フランス近代建築における「装飾芸術」の20世紀的転回という建築史の流れに位置づける作業を実施する。同時に、これらの成果の発表と討論による課題内容の省察、新規課題の発見が本年度の大きな推進法策である。建築史・意匠旅費の内、とりわけ海外出張については、パリ同時多発テロのために渡航を差し控えた。当該年度は概ね当初計画通りの予算を執行したが、初年度における海外調査の中止(テロの影響のため)が影響している。海外の当該研究期間とは連絡を取り合って研究情報を収集している。次年度の海外旅費使用によって、集中的に調査を進める予定である。
口腔癌における粘膜上皮の悪性化に関与する遺伝子変異の解析

申請者は口腔癌における多段階発癌の機序を解明する目的で、DMBA誘発ハムスター頬嚢粘膜癌の実験系を用い複数の遺伝子異常を経時的に観察してきた。その結果、発癌過程の後期ではp53遺伝子の変異とc-H-ras遺伝子の変異が重要な役割を果たしていることがわかったが、早期において関与する遺伝子は不明であった。そこで、最近ハーバード大学のWongらが本実験系から単離、同定したdoc-1という新しい腫瘍抑制遺伝子に着目し、正常粘膜から前癌病変を経て早期癌が発生するどの段階でこの遺伝子の発現異常が起こるかを検索した。ノーザンブロット法でdoc-1遺伝子の発現を経時的に観察し、どの時期から発現が消失するかを検索することにした。doc-1は腫瘍抑制遺伝子のため、正常組織では発現するが腫瘍組織では発現が低下することが予測された。しかし、結果は発癌の全経過を通じdoc-1の発現が認められ、特に進行癌症例においては正常粘膜よりも発現が増大していた。ある種の腫瘍細胞でdoc-1遺伝子に変異がおこったことにより過剰発現が認められた可能性も考えたが、多数の早期癌、進行癌症例においても発現の程度はほぼ一定であり、その可能性は低いと思われた。結論として、doc-1は今回の実験からは癌化との関連は示唆されなかった。そこで最近、大腸癌の微小リンパ節転移の遺伝子診断に用いられているMASA法を用いて、本実験系のc-H-ras遺伝子変異の起こる時期について再評価した。その結果、以前に用いた直接塩基配列決定法では主に進行癌においてしか変異が認められなかったが、MASA法では異形成上皮からも変異が認められ、発癌の早期の段階で関与することが示唆された。その結果、発癌過程の後期ではp53遺伝子の変異が重要な役割を果たしていることがわかったが早期において関与する遺伝子は不明であった。そこで今回、最近ハーバード大学のWongらが本実験系から単離、同定したdoc-1という新しい腫瘍抑制遺伝子に着目し、正常粘膜から前癌病変を経て早期癌が発生するどの段階でこの遺伝子の発現異常が起こるかを検索した。生後6週齢の雄のゴールデンハムスターを用い0.5%DMBAミネラルオイル溶液を週3回、隔日に12週間に亘って左頬嚢粘膜全体に塗布した。13週以降は観察期間とし、3週、6週、9週、12週、14週、16週、18週、20週、22週、24週の各時点で各群ごとに屠殺し核酸抽出用と病理組織学的検索用試料を採取した。はじめに頬嚢粘膜、肝、脳の3種類の正常組織と、18週から24週のなかで病理組織学的にも筋層深く浸潤した進行癌での発現を調べた。結果は、いずれの正常組織、進行癌からも発現が認められた。doc-1は腫瘍抑制遺伝子のため、正常組織では発現するが腫瘍組織では発現が低下することが予測されたが、進行癌においても発現の低下が認められずかえって正常の頬嚢粘膜よりも発現が増加した。腫瘍細胞にdoc-1遺伝子の変異が起こることにより、過剰発現が認められた可能性もあり今後、多数の進行癌での発現を調べる予定である。
基礎地盤の動的物性定数逆解析に基ずく都市地震荷重の推定に関する研究

都市住空間に対する地震荷重の推定が容易でない原因の一つとして、基礎地盤の動的物性定数を推定しにくく、地表面での振動荷重の把握が困難なことが挙げられる。局所的な原位置試験や室内土質試験では、基礎地盤全体の動的物性定数を正確に推定することが困難な場合が多い。本研究は、地表面と基礎地盤下で観測された地震加速度の入出力から、基礎地盤全体の動的物性定数を逆に推定(逆解析)し、基礎での地震入力に対する地表面での地震荷重を推定することを目的とした検討を行って次の結果を得た。1.基礎地盤を比例型減衰特性をもつ一様弾性体とみた場合の、減衰定数・弾性係数を逆解析する手法を開発し、多数の地震記録に適用しやすい効率的なプログラムを作成した。この逆解析手法は、物性定数を仮定して、有限要素法を用いて時間領域で求められる加速度応答計算値と地震加速度観測記録の周波数領域での誤差二乗和を最小にする物性定数を自動的に決定する。2.地中での地震観測記録の入手が容易ではなかったが、東京湾沿岸・千葉・大阪平野などにおける多数の地中・地表地震観測記録を入手できた。3.1.の逆解析手法を、2.の大小多数の地震加速度観測記録に適用した結果、1)本逆解析手法では、変形係数より減衰定数の影響が大きい、2)加速度の小さい地震では、動的物性に関する上述の仮定でも加速度応答をかなりの程度表現できるが、加速度が大きくなると応力-ひずみ関係の非線形性などを考慮しないと、物性定数値を変えるだけでは観測された加速度応答を表現できない、などの特性が明らかになった。本逆解析手法により、基礎地盤の全体的な減衰定数を精度よく推定できるが、変形係数については、非線形の構成則や地盤の不均一性を考慮に入れた検討が必要のようである。本研究で入手した多数の地震観測記録について、この観点からの検討を今後行う予定である。
高誘電率絶縁膜界面に存在する電気的双極子層の検出とその起源に関する研究

先端CMOSにおいて必須の技術である高誘電率ゲート絶縁膜技術には、いまだ多くの課題があるが、その中でももっとも大きい材料学的な課題は、高誘電率絶縁膜とSiO2との界面に形成される電気的双極子層(ダイポール)の形成をあげることができる。この現象は数年前に当研究室において発見、提案されたものであるが、そこではMOSキャパシタを用いた電気的な評価に基づいて推測されたものであり、なんとか物理評価によって直接検出できないかを試みてきた。そのような経緯の中で、本研究においては、このダイポール層をX線光電子分光法(XPS)を用いて検出しようというものである。その際に、我々はダイポール層が形成される事によって、Si基板上のSiO2の電子構造が絶縁膜界面において変調されるはずであることに着目し、ダイポールの有無によるSiO2のSi-2p信号の変化を丹念に調べた。Si基板からの信号も同時に観測できるので、Si基板、SiO2におけるSi-2pの相対的変化を正確に追うことができる。ただし、この変化に対してはダイポール以外の寄与もあるので、膜厚依存性などを丹念に調べる必要があり、また高誘電率膜厚材料によってダイポールの向きが変わることなどを注意深く取り扱うことが必要になってくる。その結果として、XPSを用いて界面ダイポールを明瞭に観測することができるに至った。原理的には、いかなる界面においてもダイポール層の出現はあり得るが、今回の結果は絶縁膜/絶縁膜の界面においてもダイポール層が形成されることを直接検出し、しかもそれがMOSFETのしきい値というトランジスタの中心パラメータを決めるという、材料科学的、デバイス技術的な両方の観点から極めて重要な成果と言えると考えている。平成20年11月に研究室に加わって以来、High-k/SiO2界面のダイポールの直接検出を目的にして研究を進めてきた。このダイポールは、High-k MOSFETのしきい値を変化させてしまうので現実的にもきわめて重要であるが、材料学的にも絶縁体界面における活性界面であり、きわめて興味深い。そのような観点から、このダイポールに関して、おもにX線光電子分光(XPS)を用いて直接検出することを来日前より計画してきた。今年度はその下準備として、当研究室のXPSを用いてSi/SiO2サンプルを測定・評価し、感度校正などの下準備を行った。その結果、いくつかの実験測定上の課題を整理し、ようやくXPS測定をスタートできる準備ができた。それと並行して、High-k/SiO2サンプル作製をスタートし、典型的な材料として、HfO2/SiO2/Si、Y2O3/SiO2/Siの2種類を選択した。これは、この2種類が逆向きダイポールを持つことが予測されるからである。そのサンプルのキャパシタによる電気測定を行なった結果、ほぼ予想した結果が得られた。ただ、SiO2の厚さによる見え方の違いも含まれ、XPS測定に対してどの膜厚が適しているかはさらに検討を要する。これらのサンプルのXPS測定そのものは、まだ着手したばかりで結果はまとまっていないが、サンプルの違いによるXPS信号の変化は検出されており、来年度へのこの手法を展開する手がかりをえることができた。絶縁膜のチャージアップなどの効果とダイポールとの効果を切り分けて評価を進める。高誘電率絶縁膜(High-k膜)をゲート絶縁膜に用いたCMOSトランジスタのしきい値は,SiO2を用いた従来のトランジスタとは大きく異なるものとなってしまい,現在大きな問題となっている。その主たる原因のひとつが,High-k膜とSiO2膜との界面で形成されるダイポールであることを我々の研究室において突き止めたが,その微視的起源がいまだ不明のままである。そこで、本研究では光電子分光測定(XPS,UPS)を活用しつつ,High-k/SiO2界面に存在するダイポールを定量的に評価し,High-k材料によるダイポールの違いを明確化することを目的としている。実際には、XPS測定によりHigh-k/SiO2界面のダイポールの直接的な検出をすすめた。ダイポールの存在によってその界面で真空準位が変化することに対応して,内殻準位から放出される光電子のみかけ上のSiの結合エネルギーが変化することを利用した測定をこころみた。XPSでは結合エネルギーの絶対測定はチャージアップなどの効果によって難しいが、SiO2膜上のHigh-k膜の有無、あるいはHigh-k膜の種類による界面SiO2層内のSiの結合ネルギーが相対的に違うという事実からダイポールの存在を明確にすることができた。今回の結果から、High-k/SiO2界面におけるダイポールの存在が異なる測定によって明らかになったと言える。本内容は国際専門誌への掲載が受理され、現在はさらにHigh-k膜の厚さの効果に向けた次のステップをめざしているところである。

その際に、我々はダイポール層が形成される事によって、Si基板上のSiO2の電子構造が絶縁膜界面において変調されるはずであることに着目し、ダイポールの有無によるSiO2のSi-2p信号の変化を丹念に調べた。Si基板からの信号も同時に観測できるので、Si基板、SiO2におけるSi-2pの相対的変化を正確に追うことができる。ただし、この変化に対してはダイポール以外の寄与もあるので、膜厚依存性などを丹念に調べる必要があり、また高誘電率膜厚材料によってダイポールの向きが変わることなどを注意深く取り扱うことが必要になってくる。その結果として、XPSを用いて界面ダイポールを明瞭に観測することができるに至った。原理的には、いかなる界面においてもダイポール層の出現はあり得るが、今回の結果は絶縁膜/絶縁膜の界面においてもダイポール層が形成されることを直接検出し、しかもそれがMOSFETのしきい値というトランジスタの中心パラメータを決めるという、材料科学的、デバイス技術的な両方の観点から極めて重要な成果と言えると考えている。
生成水自己管理型セパレ-タを用いたPEFCスタック内部の生成水挙動計測

固体高分子形燃料電池(PEFC)における水管理は長期安定運転や性能向上の実現において重要な課題であり,申請者は付加装置が不要な生成水自己管理型セパレータを開発することを目的としている.本申請研究では,発電反応によって生じる生成水を保水・排水を可能とする多孔質構造をもつ金属粉末射出成形法(MIM法:MetalInjectionMolding)によりセパレータを作成し,5セルスタック時の基礎特性を評価した.さらに,スタック化した際のMIMセパレータの水管理機能を確認するための可視化技術を構築した.固体高分子形燃料電池(PEFC)における水管理は長期安定運転や性能向上の実現において重要な課題の1つであり,申請者は付加装置が不要な生成水自己管理型セパレータを開発することを目的としている.本申請研究では,金属多孔質体で作成したセパレータにより,膜電極接合体(MEA)の湿潤維持のための保水性能および余剰水の排水性能を確認し,そのセパレータを数セル程度スタック化して電池性能の向上を目指すものである.本年度は,ガス流路部が観察できる可視化セルを3セルスタックの任意の位置に設置して,スタック内部の生成水を観察した.その結果,エンドセルと中央セルで異なるセル温度,生成水分布を観測することができた.さらに,生成水がガス供給用のマニフォールドを介して他のセルに輸送されることがあり,スタック全体としての水管理が重要である結果を示すことができた.一方,金属多孔質体で作成したセパレータについては,前年度に実施した金属粉末射出成形法(MIM法)により5cm×5cmの電極サイズをもつセパレータを試作した結果,金型が大きすぎたため成型時に反りが発生し,組立時の接触抵抗の増大や水素漏れなどが生じた.そこで,MIM法の得意とする小型セパレータ(2cm×2cmの電極サイズ)を開発し,5セルスタック時の性能を評価した.その結果,現状のMIMセパレータではカーボン製のものと比較して接触抵抗が高く,主として,製品の平面度を改善する必要があることがわかった.平面度を高めるためには,MIM法における焼結温度やゲートの位置,混合する樹脂の量など,金型の形状や加工方法を検討する必要があり,申請当初に期待していた成果を十分に得ることはできなかった.今後は,接触抵抗を低減するために,高導電材料を添加するなどの対策も施すことで,申請当初に期待していた成果が得られると考えている.固体高分子形燃料電池(PEFC)における水管理は長期安定運転や性能向上の実現において重要な課題であり,申請者は付加装置が不要な生成水自己管理型セパレータを開発することを目的としている.本申請研究では,発電反応によって生じる生成水を保水・排水を可能とする多孔質構造をもつ金属粉末射出成形法(MIM法:MetalInjectionMolding)によりセパレータを作成し,5セルスタック時の基礎特性を評価した.さらに,スタック化した際のMIMセパレータの水管理機能を確認するための可視化技術を構築した.固体高分子形燃料電池(PEFC)における水管理は長期安定運転や性能向上の実現において重要な課題であり,申請者は付加装置が不要な生成水自己管理型セパレータを開発することを目的としている.本申請研究では,金属多孔質体で作成したセパレータにより,膜電極接合体(MEA)の湿潤維持のための保水性能および余剰水の排水性能を確認し,そのセパレータをスタック化して電池性能の向上を目指すものである.本年度は,カソード側の吸水・排水性能を有すガス流路パターンの最適化の課題について,主として金属多孔質体セパレータの性能評価を実施予定としていた.金属射出成形法(MIM法:Metal Injection Molding)により銅,ステンレス,チタンの3種類でJARI標準セル(日本自動車研究所,電極面積5cm×5cm)と同じセパレータを製作した.銅はPEFC内の強酸性雰囲気により酸化がひどく,チタンの場合にはセパレータの歪みが大きく,それぞれほとんど発電することができなかった.一方,ステンレスの場合にも歪はわずかに生じ,電池抵抗も機械加工品と比べて約2倍と高く,セパレータとしては改善の余地があり,金型設計や成形条件をさらに検討する必要があることがわかった.しかし,MIM法はもともと小型化に向いているためSUS316Lにより電極面積2cm×2cmで小型PEFCスタック用セパレータを製作し,5セルスタックで性能評価した.高電流密度域での電圧降下率が増加していることから,流路でのプラギングは生じていないものの運転時間とともに空気の拡散性が低下したことや,過飽和となった水蒸気がガス拡散層内で結露するフラッディングが生じている可能性がある.これより,流路形状や,水管理のために表面に多孔質体を有するセパレータに変更することで,フラッディングを解消する必要があり,MIM法ではこれらの要求に応えられると考えている.金属射出成形法(MIM法)で10セルスタック用の電極面積5cm×5cmのセパレータを製作し,電池性能を評価した.その結果,セパレータにややそりが生じたこと,電池抵抗が大きかった点を改善すべきであることがわかり,金型の再製作が必要になった.しかし,製作を依頼していた加工メーカがMIM事業から撤退したため,新たな加工メーカをお願いすべき状況になった.目標達成にはいくつかの新規の金型が必要になるが,研究実績の概要でも述べた小型MIMセパレータにより種々の改良点について検討することにし,金型製作のコストを抑えることで予算面をクリアーし,これより改良版の金型を製作する段階である.

このため,設定していた研究目的に対しては,やや遅れている状況である.なお,研究実績の概要で述べた成果および試作した小型MIMセパレータにより構成したPEFCスタックの成果については論文に掲載され,謝辞にも本申請について記載している.さらに,研究成果を社会・国民に発信することを目的として,セミコンジャパン2011およびFCExpo2012において,小型PEFCスタックを実演展示させていただいた.一方,今年度の目標の一部であるスタック内部の可視化については,可視化専用のスタックおよびセパレータが完成しており,これから試運転を実施後に,各種運転条件におけるスタック内部の生成水挙動を把握する予定であり,こちらのテーマについてはおおむね順調に進展している.今後は,申請時点での予定通り,(b)生成水自己管理型セパレータのスタック化の課題に一部の課題について小型MIMセパレータに変更して取り組む.(b-1)金属多孔質体10セルスタック性能評価では,金属多孔質体セパレータを10セル積層し,スタック時の電池基本特性を把握するとともに,スタック運転時の評価法を確立する.(b-2)スタック内部の可視化技術の構築では,3セルスタックを用いて,両端セルおよび中央セルの実電池内部の可視化技術を構築する.スタック側面よりボアスコープの側面方向が見えるボアスコープを挿入すれば,ガス流路内部を見ることができる.なお,ガス流路だけでなくGDL表面上を近接撮影して,生成水挙動を把握する.(b-3)吸排水性能をもつセパレータのスタック化では,単セル実験で最適な結果が得られた吸排水性能をもつセパレータを10セル積層し,両端セルおよび中央セルにおける生成水挙動を把握するとともに,電池特性を把握する.(b-4)生成水自己管理型セパレータの運転条件の最適化では,生成水自己管理型セパレータを用いたスタックの最適な運転条件(温度,ガス供給配置,ガス加湿量等)を検討するとともに,寿命特性を把握して,実用化に向けた材料面の提案も行う.なお,これらの成果については論文への掲載を目指すとともに,セミコンジャパンやFCExpoといった展示会において実演展示を行い,社会・国民への成果発信に努める.前年度予算は申請課題が採択された当初,震災の影響により減額される見込みとの通知があったため,それに対応できるように2年分の研究計画の一部を入れ替えて,2年目で購入予定であった備品(ボアスコープ)を前倒しして購入し,その分,スタック試験用評価装置等を次年度に購入することにした.これは,本申請研究が当初計画通りに進まないときの対応で記したとおり,金属多孔質体セルを用いた際の生成水管理を優先した流路パターンによる電池性能に加えて,スタック時における各セルの電池性能と実電池可視化により得られる生成水分布とを対応づけてデータベース化するためにはボアスコープが必須であり,かつ,当初予定していたサイズのセパレータよりも小型にすることで,既存の評価装置の運転レンジぎりぎりのところで性能評価が可能であると判断したためである.消耗品やその他の予算はほぼ予定通り執行し,残額については各予算執行時の端数分のみである.次年度は未購入の評価装置等の購入と,いくつかのセパレータ製作費等とし,その他の費目については,学会発表(国内1回,国外1回)への旅費,参加費,国際会議用の外国語論文校正費(8ページ相当),論文投稿費(燃料電池分野)とする.
現代アメリカ中等教育改革の批判的検討-中等教育システムの構造変容を中心に-

本研究では、現代アメリカの教育改革を批判的に検討するために、現行の学校制度、とくにハイスクールの構造的問題点を、社会的・教育的効果をめぐる諸問題に焦点を絞り、実証的に解明することを試みた。設定した研究課題は、(1)高校生活の組織的特性(カリキュラム、課程編成、ライフスタイル等)と教育的効果との関連にみられる不整合、(2)中等教育と高等教育の接続の問題(進路指導、高等教育機会の開放性等)、(3)中等・高等教育と労働市場との関連(失業、転職、学歴の効果等)の3つである。また実際の研究では、既存資料の文献研究に加えて、米国教育省の国立教育統計センター(NCES)が高校3年生を対象に実施した、次の2つの時系列的な全米規模のパネル調査の統計的再解析からえられた結果を、おもな資料として使用した。1つは「高校生将来調査」であり、もう1つは「NLS調査」である。なお平成5年度平成6年度文部省科学研究費補助金研究成果報告書として、「現代アメリカ中等教育改革の批判的検討」を刊行した。この報告書の目次は1章アメリカ中等教育の歴史的展開、2章教育機会の平等をもとめて、3章アメリカの高校生の価値観、4章中等教育の多様化と文化接触、5章中等教育と高等教育の接続、6章大学生は変わったか、7章転機に立つアメリカの中等教育である。今年度は、1アメリカ中等教育システムの特質に関する歴史的・比較的研究、2アメリカ中等教育システムの社会的・教育的効果に関する統計的解析の、2つのサブテーマを並行して研究を進めた。第1のサブテーマについては、アメリカ中等教育システムの特質(長所と短所)を、中等教育の歴史的動向や教育体系内の位置、中等教育政策などの諸側面に注目し、OECD諸国、とくに日本との比較分析を通して明らかにするために、アメリカの中等教育および中等教育改革関係、中等教育と高等教育の関連、アメリカおよびOECD諸国の高等教育関係などの諸資料を収集し、基礎的な分析を行った。今後はさらに関連資料の補充と分析を通して、アメリカ中等教育システムの特質を明らかにする。第2のサブテーマについては、「高校生将来調査」の再解析により、中等教育と高等教育の接続の問題を中心に、現行の中等教育システムの問題点を明らかにした。高卒後6年目の学位取得率を例にすれば、次のような新たな知見が得られた。(1)学位取得率には人種や出身家族の社会経済的地位、学力、高校の課程等によって現在でもかなり大きな較差がみられる、(2)そうした進学に不利な属性をもつ者は、上級の学位になるほどますます不利になる、(3)黒人やヒスパニックであることは、単独の要因としては大学進学に有利だが、実際には大部分の黒人やヒスパニックは高校の学業成績が平均以下であり、高校中退率も高いので、全体としてみれば不利な立場にある、(4)また彼らはたとえ奨学金を得て大学に進学しても、中退者が多いため学位取得率は低い。なお「NLS調査」については、データ整備を行った。今後はこの調査データについて再解析を行うとともに、当初の予定に従って、「高校生将来調査」と「NLS調査」の比較分析を計画している。今年度は、1アメリカ中等教育システムの社会的・教育的効果に関する統計的解析[2]、2「NLS調査」と「高校生将来調査」の比較分析の、2つのサブ・テーマを並行して研究を進めた。第1のサブテーマについては、「NLS調査」(高校3年生対象;基準年データ(1972年)および第1回から第5回までの追跡調査データ(1973、74、76、79、86年);22,652サンプル)の再解析により、(1)高校生活の組織的特性と教育的効果との関連にみられる不整合、(2)中等教育と高等教育の接続の問題、(3)中等・高等教育システムと労働市場との関連について体系的に明らかにすることを試みた。

第2のサブテーマについては、「NLS調査」により、1986年現在で32歳の高校卒業者の高校生活および高校卒業後の進路状況を、また「高校生将来調査」により、1986年現在で24歳の高校卒業者の高校生活および高校卒業後の進路状況を追跡することができるが、この2つの調査の比較分析と歴史的・比較的な文献研究の成果をふまえて、現代アメリカ中等教育システムの構造的問題点とその変容過程を整理し、改革の方向性を探ることを試みた。なお平成5年度平成6年度文部省科学研究費補助金研究成果報告書として、『現代アメリカ中等教育改革の批判的検討』を刊行した。この報告書の目次は1章アメリカ中等教育の歴史的展開、2章教育機会の平等をもとめて、3章アメリカの高校生の価値観、4章中等教育の多様化と文化接触、5章中等教育と高等教育の接続、6章大学生は変わったか、7章転機に立つアメリカの中等教育である。
血栓症の発症分子機構の解明:血液凝固・線溶因子の組織内発現異常解析

C57BL6/J系統のオスの若年マウス(8週齢)と、自然経過加齢老齢マウス(12ヵ月齢および24ヵ月齢)において、エンドトキシン(LPS)投与による敗血症病態での経時的な各組織での組織因子(TF)、線溶制御因子・PAI-1のmRNA発現量を定量した。その結果、若年マウスと比較して老齢マウスではLPS投与2,4時間後における肝、腎でのPAI-1mRNA発現量の増加が著明で、TF mRNAについても腎においてやはりLPS投与4,8時間後に顕著な発現上昇を認めた。また、in situ hybridization法でも、若年マウスに比較して老齢マウスでは、肝臓の類洞血管内皮細胞および肝細胞において、また腎糸球体内の血管内皮細胞においてPAI-1mRNAのシグナルが著明に増強していた。以上より、LPS投与による敗血症病態では、老齢マウス組織において局所における血液凝固能が著しく増加し、血栓傾向の著明な増大をきたしていると考えられた。次に、C57BL/6J系マウスにLPS、TNF-αあるいはIL-1などの炎症性サイトカインを腹腔内投与し、PCとTFPIのmRNA発現量を定量、組織内フイブリン沈着の経時的変化について検討した。その結果、LPSおよび炎症性サイトカイン投与後には組織レベルでPC活性、TFPI活性が低下していると予測され、凝固亢進状態が惹起されていると考えられた。また、LPS投与後の腎における皮質糸球体内の毛細血管ループ、および皮質、髄質の尿細管周囲の微小血管内フイブリン沈着が認められたが、その沈着はLPS投与34時間後をピークとして徐々に減少し、投与24時間後にはほとんど検出されなくなった。これと同様のフイブリン沈着の経時的変化は、副腎皮質の微小血管内においても認められ、これらの経時的変化は組織におけるPCおよびTFPI mRNA発現の経時的変化(投与4時間後に発現が低下)とよく符合しており、両因子の発現変化と実際の血栓形成との間に密接な関わりがあることが示唆された。すなわち、LPSおよび炎症性サイトカイン投与による敗血症あるいは炎症惹起マウスモデルにおいては、PC、TFPIといった重要な血液抗凝固因子の発現が、組織、細胞レベルで低下しており、それによって組織における微小血栓形成、沈着が促進され、凝固亢進状態が招来されていると考えられた。C57BL6/J系統のオスの若年マウス(8週齢)と、自然経過で加齢させた老齢マウス(12ヵ月齢および24ヵ月齢)をおのおの十数匹ずつ用意した。エンドトキシン(Lipopolysaccharide:LPS)5μgをそれぞれのマウスに腹腔内投与し、2,4,8,16,24時間後に肝、腎、副腎、肺、心臓、脂肪組織を摘出した。対照マウスには生理食塩水0.2mlを腹腔内投与し、同様に各組織を摘出した。

採取した組織からRNAを抽出した後、競合的RT-PCR法を用いて、主要な血液凝固因子のひとつである組織因子(Tissue factor:TF)と、線溶制御因子であるPAI-1(Plasminogen activator inhibitor-1)のmRNA発現量を定量した。その結果、若年マウスと比較して老齢マウス、特に24ヵ月齢のマウスにおいては、LPS投与2,4時間後における肝、腎でのPAI-1 mRNA発現量の増加が著明であった。またTF mRNAについても、老齢マウスの腎において、やはりLPS投与4,8時間後に若年マウスより顕著な発現上昇を認めた。次に、これら血液凝固線溶因子のmRNA発現変化を、各組織のホルマリン固定後に作製したパラフィン切片を用い、in situ hybridization法によっても検索した。若年マウスに比較して老齢マウスでは、肝臓における類洞血管内皮細胞および肝細胞において、また腎糸球体内の血管内皮細胞においてPAI-1 mRNAのシグナルが著明に増強していた。以上より、エンドトキシン投与による敗血症という病態では、老齢マウス組織において局所における血液凝固能が著しく増加し、血栓傾向の著明な増大をきたしていると考えられた。C57BL/6J系マウスにエンドトキシン(LPS)、TNF-αあるいはIL-1などの炎症性サイトカインを腹腔内投与し、適当な時間間隔(024時間)をおいて各組織を摘出してtotal RNAの抽出とともにin situ hybriclization用にホルマリン固定した。competitve PCR(定量的RT-PCR法)を用いて、PCとTFPIのmRNA発現量を定量した結果、LPS投与48時間後、TNF-α投与24時間後に、いずれも約50%のPC mRNA発現低下を認めた。一方、IL-1を投与したマウスの肝臓、精巣においても同様の結果であったが、腎臓ではPC mRNA発現量の変化を認めず、IL-1の効果には組織特異性のあることが示唆された。また、LPSおよびTNF-α投与後のTFPI mRNA発現変化については、肺、心臓、腎臓、脂肪組織のいずれの組織においても、LPS投与48時間後に約50%の発現低下を認め、TNF-α投与後の各組織についてもほぼ同様の結果であった。以上より、LPSおよび炎症性サイトカイン投与後には組織レベルでPC活性、TFPI活性が低下していると予測され、凝固亢進状態が惹起されていると考えられた。LPS投与後の組織内フイブリン沈着の経時的変化について、免疫組織化学による実験を行った結果、投与後24時間以内にフイブリン沈着が認められたのは腎、副腎のみであり、肝、肺、心臓、脳を含むその他の組織ではフイブリンを検出できなかった。腎におけるフイブリン沈着は、皮質糸球体内の毛細血管ループおよび、皮質、髄質の尿細管周囲の微小血管内に認められたが、その沈着はLPS投与34時間後をピークとして徐々に減少し、投与24時間後にはほとんど検出されなくなった。これと同様のフイブリン沈着の経時的変化は、副腎皮質の微小血管内においても認められた。これらの結果は組織におけるPCおよびTFPI mRNA発現の経時的変化(投与4時間後に発現が低下)とよく符合しており、両因子の発現変化と実際の血栓形成との間に密接な関わりがあることが示唆された。エンドトキシンおよび炎症性サイトカイン投与による敗血症あるいは炎症惹起マウスモデルにおいては、PC、TFPIといった重要な血液抗凝固因子の発現が、組織、細胞レベルで低下しており、それによって組織における微小血栓形成、沈着が促進され、凝固亢進状態が招来されていると考えられた。
ヒト第二のゲノムである常在細菌叢の「記憶」と「老化」の制御と再構築

ヒトの細菌叢が保有するバクテリオファージなどへの獲得免疫機構であるCRISPRの分布や構成が、細菌叢の頑強性を制御しているものと仮定し、このCRISPR領域を調べた。その結果として、CRISPRはバクテリオファージと相反する、共存することはできないと考えられていたが、実際には幅広い細菌種のバクテリオファージにCRISPRが分布していることが明らかとなった。これは、新しい細菌叢の頑強性を明らかとしていくうえで新しい概念を導入することが必要であることを示している。細菌ゲノム上に存在する外来遺伝因子に対する獲得免疫システムが、群集レベルで捉えることにより「記憶」を司ることを示すとともに、この記憶領域の多様性から細菌叢の「老化」の定義・数値化を目指し、A群レンサ球菌、ブタレンサ球菌の獲得免疫システムであるCRISPRの解析を網羅的に実施した。i)(メタ)ゲノムデータベースの網羅的なファージ、CRISPR、メタデータの重相関解析により、実験標的となりうるパラメータを選定する。ii)実験動物を用いた細菌叢の宿主の寿命に対する影響と連続同一ストレスに対する細菌叢とCRISPRの動態解析によって、「記憶」としての機能を証明する。iii)細菌叢およびCRISPRの多様性指数(種類の豊富さと均一性を考慮したもの)を組み合わせて、数理モデル化することで、細菌叢の「老化」を定義、制御方法を考案する。期間内に可能であればiv)細菌叢由来の細菌を組み合わせることにより、老化した細菌叢の若返りが可能か、つまり細菌感染に対する抵抗性の回復が可能か(再構築)を検討する、という実施予定としていた。しかしながら、予想に反し、ヒト環境に多数生息するレンサ球菌属の参考種であるA群レンサ球菌株や人獣共通感染症の原因菌であるブタレンサ球菌株が多数入手できたため、こちらのCRISPRの解析を実施した。その結果、この記憶領域により、病原性を規定するとかんがえられる外来因子を規定できることが情報的に示すことが出来た。細菌ゲノム上に存在する外来遺伝因子に対する獲得免疫システムが、群集レベルで捉えることにより「記憶」を司ることを示すとともに、この記憶領域の多様性から細菌叢の「老化」の定義・数値化を試みた。本研究では、i)獲得免疫であるCRISPRの、群集レベルでの多様性が失われた状態を細菌叢の老化と考えて、これを定義すること。この老化した細菌叢は外来ストレスに対する抵抗性が弱く、細菌群集構造が容易に破綻することを実証する。さらに、ii)ストレス因子を与える、つまり、群集の撹乱によって、細菌群集構造が変動するものの、同じ種類の撹乱には迅速に細菌叢が適応できるようになるという、群集の記憶としてもCRISPRが機能することを示す。そして、期間内に可能があれば、老化していない細菌叢を定義すると共に、この細菌叢を制御し、再構築を行うことで、そのニッチとなる宿主の寿命そのものの「加齢を防ぐ」構成を編み出し、また、感染症などへの抵抗性を向上させることが可能かを検証するということを当初の目的として実施した。研究の過程で、CRISPRがこれまで考えられていなかった多くの種において、バクテリオファージ上にコードされていることが判明した。すなわち、バクテリオファージの感染防御システムであるCRISPRがバクテリオファージ上に存在していた。しかも特定の種だけ、環境だけではなく、普遍的なシステムであることが判明した。これまでバクテリオファージ上に存在するとは考えられていなかったことから、この新しい発見は、新たな研究分野を切り開く新たな機能だと考えられる。環境遺伝生態学当初の目的とは多少のズレてしまったものの、当初の目的と同等の成果が得られていること、また、その成果は、当初の目的に還元可能であり、有用な知見を与えるものであることから、問題はないと考えられる。1. GenBankのftpサイトより、全(ドラフト)ゲノム解析が行なわれている細菌、古細菌、プラスミド、ファージの配列データ、さらにShort Read Archiveを中心とした、ヒトに関わるメタゲノムデータ(ファージのメタゲノムを含む)の配列データと種々のメタデータ(生育条件、単離元、臨床データなど)を取得する。2.上記1.で取得したメタデータごとに情報を分類し(分類基準を設定する)、データベースを構築する。従来の分類では、ファージやCRISPRを考慮していないので、データにバイアスのあるファージメタゲノムなどでは、実験手法についても分類する。また、配列取得方法により、非遺伝子領域のCRISPR予測に影響があると考えられるため、これも分類する。3.配列データについて、(ファージ)メタゲノムについては、MetaVelvetなどのメタゲノム専用のアセンブラーにより、コンティグを作成する。そして、ファージ以外のゲノムやコンティグ配列については、ファージ領域を予測する。さらに、これらからCRISPR領域の予測を行う。CRISPRについては、取り込まれている外来因子の種類や量を明らかにする。4.予備的知見から、既に複数の細菌種のプロファージ領域にCRISPRが存在することを発見している。