hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
瞑想に頼らない新しいマインドフルネスに基づく認知行動プログラムの提案と効果の検討

本研究の目的は,瞑想に頼らない新しいマインドフルネスに基づく認知行動プログラムを提案し,その効果を検討することであった。そのために,6つの実験研究と7つのアナログ介入研究を実施した。実験研究においては,これまであまり注目されてこなかった腑に落ちる理解,身体性,自慈心などを効果の要因として検討した。また,介入研究においては,38セッションの,大学生や一般成人を対象とした,様々なプログラムを考案し,その効果を検討した。ある研究では,瞑想とレクリエーションに基づくプログラムの効果は同等であることが示された。マインドフルネス認知行動プログラムにおいては,何をするかよりも如何に行うかが重要となる。本年度は、マインドフルネスの効果のメカニズムに関する二つの実証的研究を行った。一つは、マインドフルネスがもたらす効果の核概念として申請者が提唱している、「腑に落ちる理解」が、実際に心理療法の治療効果を高めるかどうかに関わる基礎研究であった。マインドフルネストレーニングがコールドプレッサー課題における苦痛耐性時間を遅延させるかどうかを検討したが、その際、トレーニングの心理教育と、実際のエクササイズのそれぞれに対して、「腑に落ちた」かどうかをそれぞれの参加者に尋ね、落ちたものと落ちていないものの効果量を比較した。その結果、エクササイズに対して腑に落ちたものは、そうでない者と比して耐性時間の遅延量が大きかった。また、心理教育に対しての腑に落ちる程度は直接的な遅延効果は示されなかったものの、エクササイズが腑に落ちた人には、心理教育が腑に落ちているものが多く見られた。この結果から、心理教育を十分行った上でエクササイズを行い、そのエクササイズの意味が腑に落ちている場合、エクササイズの効果が十分に現れることが示唆された。二つ目は、マインドフルネスの効果における特性と状態の交互作用に関わる研究であった。Watkins(2004)の研究を参考に、失敗経験中のdoingモードとbeingモードの誘導を行い、失敗経験に対する囚われの程度を従属変数として、その効果に対するマインドフルネス特性の交互作用を検討した。その結果、短期的には状態操作の影響が色濃く見られるが、翌日には特性の影響も現れ始めることが示された。これらの結果から、マインドフルネスの効果を検討する際には、特性と状態の交互作用に注目する必要があり、また、マインドフルネストレーニングといえど、やれば必ず効くわけではなく、その意義が腑に落ちて理解できる時に、効果が発揮されることが明らかとなった。本年度は,マインドフルネスの効果メカニズムを検討する実験研究2つと,マインドフルネストレーニングの効果をもたらす構成要素としてself-compassionに注目し,その概念を検討する研究を3つを行った。マインドフルネスの効果メカニズムについては,前年度の研究を発展させ,「腑に落ちる理解」と認知的柔軟性との関連を検討した。認知的柔軟性が高いと「腑に落ちる理解」を得やすい,という仮説のものと,研究1では,認知的柔軟性が高い者と低い者を対象に,「腑に落ちる理解」の程度とそれが行動に及ぼす影響を検討した。研究2では,ホワイトノイズによって認知的柔軟性を低下させる操作が,「腑に落ちる理解」に及ぼす影響を検討した。2つの研究から,認知的柔軟性は必ずしも「腑に落ちる理解」をもたらす要因でなく,認知的柔軟性を低下させるとむしろ「腑に落ちる理解」を得やすいことが示された。ここで得られた理解は,「盲信」に近いものであると考えられた。次に,Self-compassion (SC)については,(1)尺度作成,(2)Neff & Vonk(2009)の追試,(3)-構成概念妥当性に関する実験研究を行った。研究1は,Self Compassion Scale Short Form (Raes et al.,2011)の日本語版を作成した。これを用いて,研究2では,自尊心とSCの相互の影響を検討した。先行研究では自尊心はSCを統制すると精神健康との関連が消失したが,本研究では,怒りを除いてそうした効果は示されなかった。少なくとも怒りの鎮静に対しては,自尊心はSCを介して関連していることが示された。そこで研究3では,他者から拒絶される怒りに対する自尊心とSCの影響を実験的に検討した。その結果,通常怒りが喚起される場面においても,自尊心が低くSCが高い入は怒りの表出反応が見られないことが明らかとなった。本年度は,2つの介入プログラムの効果研究と,一つの効果のメカニズムに関する実験研究を行った。研究1では,医療,教育,福祉領域で人の支援に携わる専門家を対象としたマインドフルネスに基づく8週間プログラムを策定し,その効果を検討した。インフォームドコンセントに同意した16名の参加者に対して,MBCTに準拠した瞑想中心の2時間×8週間のプログラムを策定し,介入を実施した。8週間継続的に参加できたものは10名(M=44.4,SD=7.13)あった。

この10名を対象に効果の分析を行ったところ,マインドフルネス,セルフコンパッション,ワークストレスの各指標において有意な低減が示され,1ヶ月後のフォローアップでも効果は維持されていた。研究2では,中学生の学校適応感を対象に,学級活動の中で瞑想によらないプログラムを展開し,その効果を検討した。1年生4クラスの生徒に対して,週1コマ×4回,遊びやゲームを通してマインドフルネスやコンパッションを高めるワークを導入して,その効果を検討した。その結果,学校適応感に有意な変化は見られなかったものの,マインドフルネス,セルフコンパッションの指標,また,生徒が感じるクラスの「温かさ」の指標において有意な改善が見られた。さらに,瞑想であれレクリエーションであれ,マインドフルネストレーニングに不可欠な要素として,身体性の重要性が指摘されている。そこで,マインドフルネストレーニングの効果における身体への気づきの影響を検討する実験研究を行った。その結果,道徳判断に及ぼすマインドフルネスの影響を,身体への気づきが部分的に媒介することが明らかとなった。近年のマインドフルネスブームの影響か,瞑想に対する抵抗感は一般に減っているようであるが,特に子どもを対象とする場合にはレクリエーションの方が有効と考えられる。その際,身体への気づきの要素は不可欠と言える。本年度は,2つのアナログ介入研究を含む3つの研究を実施した。研究1と2は,self-compassion(SC)の可能性を見極めるため,大学生の居場所感の向上を目的とした研究を実施した。まず研究1として,大学生809名を対象に居場所感とSCの関連について調査研究を行った。その結果,両者の間には正の相関があり,階層的重回帰分析によってSCが居場所感の向上に寄与する可能性が示唆された。この結果を受けて研究2では,居場所感の低い大学生8名を対象に,2週間/3セッションからなるSCトレーニングプログラムを作成し,その効果を検討した。プログラムは,SCの構成要素である1)mindfulness,2)common humanity,3)self-kindnessに焦点を当て,Gilbert(2010)などを参考に作成した。その結果,SCトレーニングは,居場所感の向上には影響を与えなかったが,SCの向上をもたらし,その効果は1ヶ月後follow-upにおいても維持されていることが明らかとなった。さらに研究3として,マインドフルネストレーニングには瞑想訓練が不可欠なのか,あるいはマインドフルネスの構成要素である注意や気づきを高める要素が含まれていれば,同等の効果をもたらしうるのかを検討するため,従来の坐る瞑想を中心とした「瞑想群」,瞑想と同様の要素を持つがより現代の若者に受け入れられやすい「ヨーガ群」と,全く瞑想の要素を含まず,楽しみながら注意や気づきの涵養を目指す「レクリエーション群」の3群を設定し,3週間/4セッションからなるプログラムを作成して,精神健康が高くない大学生28名を対象に効果を検討した。
室温からの連続駆動可能な脱レアアース形高温超伝導誘導同期回転機の研究

本研究では、高温超伝導誘導同期回転機について、非超伝導状態においても駆動可能な最適構造・制御方法の実験的かつ解析的検討を実施した。本研究によって、超伝導回転機運転の際の「常に冷却しなければならない」という制約が緩和される可能性を示した。まず、20 kW級試作機について、超伝導状態から非超伝導状態まで連続して運転することに成功した。次に、上記回転機特性を電磁界解析および非線形等価回路によってモデル化し、室温から超伝導状態までの最大効率制御特性を明確化した。さらに、積層電磁鋼板の熱通過率を定量化し、冷凍機駆動周波数可変運転時冷却特性も検討して、温度可変駆動の可能性を示した。本年度は、まず既設の高温超伝導誘導同期回転機(固定子:Cu巻線、回転子:ビスマス系高温超伝導巻線、3相8極、最大出力:50kW、定格出力:10kWを想定)につき、Cu巻線構成の見直し、設計変更、および改造を完了し、回転数1800 rpmまでの無負荷連続運転に成功した。また、超低速(75 rpm)から最高回転数1800 rpmまでの急加速試験を実施し、その十分な加速性能を実証した。次に、上記回転機の電磁界解析モデルを正確に作成し、有限要素法によってその諸特性を明確化するとともに、例えばミドルクラス自動車についてダイレクトドライブ(トランスミッションを省略する運転)が可能な高トルクが得られることを解析的に示した。さらに、上記電磁界解析結果に基づいて漏れインダクタンス他のパラメータを決定するとともに、高温超伝導/常伝導ハイブリッド2重かご形巻線の抵抗-温度特性を考慮した非線形等価回路解析コードを構築した。高温超伝導/常伝導ハイブリッド巻線の抵抗-温度特性の定式化に際しては、上記した改造機に用いているロータバーを直接冷凍機伝導冷却し、その実測値を用いた。なお、超伝導ロータバー抵抗の評価式にはWeibull関数を適用し、また常伝導ロータバーの抵抗にはOhmの法則を用いた。上記等価回路解析の結果、非超伝導状態における停動トルク(最大すべりトルク)の大きさが、超伝導状態の最大同期トルク(同期回転状態における最大トルク)に比較して極端に小さくならないことを明らかにした。この結果から、始動時に短時間必要とする大きなトルク特性について、非超伝導状態では停動トルクを、また超伝導状態では左記停動トルクと同等の同期トルクを利用することにより、高温超伝導誘導同期回転機の温度が変化してもスムースな運転切り替えの可能性を見出すことができた。本年度は、これまで試作機について実施した超伝導状態と非超伝導状態における回転特性試験をさらに詳細に進め、その電磁界解析に基づく再現を通して、非線形等価回路定数の温度特性を明確化した。また、上記結果をもとに、冷却効率を優先すべき定常時特性と、冷却パワーを優先すべき過渡時特性について検討した。さらに、温度可変時に必要な昇降温時間を短縮するため、鉄心スロット内の高温超伝導固定子巻線のみを冷却する構造(鉄心は冷却しない)を提案した。次に、超伝導巻線の駆動温度を可変とした場合について、最大効率制御時の効率マップを非線形等価回路に基づいて示した。本結果によって、例えば定常時は77 K程度の臨界電流(ゼロ抵抗状態を維持する最大の電流)のかご形巻線でありながら、始動時などに温度少し下げることによって上記臨界電流を上げることができ、その結果大きなトルクを得ることが可能になる。さらには、室温やあるいは110 K程度の温度から定常運転温度(77 K)に冷却するための時間を、GM冷凍機を接続したダミー負荷について詳細に測定した。特に、本研究では当該冷凍機の駆動周波数を積極的に変化させ、上記冷却時間との関係を検討した。本検討によって、例えば回転機を駆動していないスタンバイ状態では冷凍機COPの高い110 K程度に温度を維持しておき、運転時に短時間で駆動温度まで冷却することにより、冷却系まで含めても高効率な超伝導回転機システムを実現できる可能性がある。最終的に、現状の実績をベースに冷凍機COPを仮定して、超伝導回転機システム全体の効率を等価回路解析したところ、既存の常伝導永久磁石回転機システムよりも高効率システムを実現できる可能性を明らかにした。以上を総合し、非超伝導状態を含む温度軸の超伝導線材特性を積極的利用した最適冷却法・最適駆動法の基礎を確立することに成功した。本研究では、研究代表者らが先導研究を推進している高温超伝導誘導同期回転機について、非超伝導状態においても駆動可能な構造・制御方法の検討を実施した。本年度は、まず20 kW級機について、超伝導状態から非超伝導状態への連続回転試験を実施し、問題なく駆動できることを実証した。次に、上記に加えて超伝導状態においても温度可変駆動の可能性の検討を実施する発想に至ったため、回転機特性の温度変化を中心に検討した。

超伝導回転機特性について、その温度変化は、大きな熱容量を有する熱心材料によって制約される。従って、GM冷凍機によって伝導冷却する実験システムを構築し、回転子鉄心材料を熱負荷とした冷却特性(主として熱拡散率)を各種初期温度に対して実験的かつ解析的に検討した。まず、GM冷凍機コールドヘッドと熱負荷との間の熱抵抗を評価するため、熱物性値が既知の純銅を標準熱負荷として設置し、当該負荷末端部に設置したヒータ入熱に対する温度変化を測定した。そして、得られた結果を一次元熱伝導方程式でフィッティングすることによってコールドヘッドと熱負荷間の熱抵抗を定量化した。次に、標準熱負荷と同一体格の積層珪素鋼板を被測定対象としてコールドヘッドに設置し、同様の入熱を与えた場合の温度変化を測定した。その結果、入熱方向(珪素鋼板の積層方向)の温度変化率が、入熱と垂直方向に比較して数桁も低いことが明らかになった。積層方向の熱拡散率が低いことは経験的にも理解されるが、本研究によって通常の常識を超える低温度変化率であることが明確になったことから、長手方向の抜熱は殆ど期待できず、即ち径方向から抜熱しなければならないことが分かった。本成果は、本研究で検討している高温超伝導誘導同期回転機の熱設計だけでなく、広く珪素鋼板を極低温度で使用する際に重要な知見になると考えられる。本年度の当初目標は、試作機の設計までであった。しかしながら、既試作機を有効利用して、本研究テーマの目標に合致するように改造したところ、その諸特性を含めて試験結果を得ることに成功した。さらに、その実験結果を利用して非線形等価回路解析コードを構築することで、最大トルクに関して超伝導状態と非超伝導状態でスムースな運転の切り替えの可能性を解析的に示すことに成功した。従って、本研究は当初計画以上に進展していると考えられる。25年度が最終年度であるため、記入しない。20 kW級機について、超伝導状態と非超伝導状態において連続駆動に成功した。また、超伝導状態ならびに非超伝導状態における連続最適制御方法を、非線形等価回路に基づいて解析し、その実現可能性を明確化した。また、当該駆動を定量的に実現するために、鉄芯材料の熱拡散率の温度変化を実験的ならびに解析的に明確化し、温度可変駆動特性の検討に生かした。今後は、まず超伝導状態と非超伝導状態におけるスムースな回転モードの切り替えを行うため、平成23年度の解析的成果を実験的に検証していく。また、室温付近から極低温度(超伝導状態)至るまでの連続運転を想定し、効率最大化を目的とした最適な冷却方法や駆動方法を研究していく。さらに、開発した高温超伝導誘導同期回転機の具体的応用システムを検討していく。今後は、これまでの研究成果に基づき、超伝導状態ならびに非超伝導状態の両状態について、高温超伝導誘導同期回転機の温度特性を積極的に利用した最適設計を実施していく予定である。特に、始動時・過負荷時などは大きなトルクを要するが、定常運転時に比較してその必要継続時間は短い。従って、そうした始動時・過負荷時に若干温度を下げて超伝導特性(臨界電流値)を改善し、定常状態では温度を上げて運転することによって、冷凍機COPまで含めたシステム効率を最適化できると期待される。
グローバル都市とトランスナショナル勢力蓄積(東京・Zurich-Berlinの比較研究)

この研究プロジェクトはグローバル都市に関する歴史・政治的プロジェクトです。グローバル都市はグローバルな国際システムについて影響ある都市です。今年度でグローバル都市と国際システムの関係とそのシステムの変化について研究をしていました。その変化の一番大切な点は新しいアクター(トランスナショナルなアクター)の形成です。そのトランスナショナルなアクターはグローバル都市で仕事すると可能性が高いです。19世紀と20世紀では国家の政府は一つのトランスナショナルなアクターだけでした。しかし21世紀ではそのトランスナショナルなアクターは会社、市民社会グループと非常組織形成して国際システムに強い影響を与えました。この変化についてまず理論的な研究をしました。Kleinschmidtは20世紀の国際関係理論について研究をして発表しました。その発表をドイツのエルランゲン大学とハムブルグ国防大学でしました。この発表の論文は出版されました。Kleinschmidtも都市の歴史と活動の理論史について研究論文を出版しました。KleinschmidtとBehrは平成16年11月東京大学総合文化研究科で国際シムポシウムをやりました。このシムポシウムは神話と国家政治についてでした。このシムポシウムの発表者は,ドイツのエルランゲン大学、ドイツのミュンヘン大学、オーストリアのウィーヌ大学、東京大学と筑波大学から出席しました。Behrはドイツのエルランゲン大学、イギリスのシント・アンドルーズ大学、筑波大学(つくば市)と筑波大学(東京)グローバル化の政治学的を発表しました。その発表について二つの論文を書いていまは印刷中です。
神経系における細胞接着分子特異的糖鎖抗原の役割

単クローン抗体HNK-1によって認識されるHNK-1糖鎖抗原は、3-スルホーグルクロン酸という特徴的な糖鎖構造をエピトープとし、神経系特異的糖脂質、および、NCAMなどの神経接着分子に特徴的に発現している。本糖鎖抗原は神経の初期発生段階、神経回路の形成段階および神経回路の維持など様々な過程において重要な働きを持つことが示唆され注目されている。我々は、HNK-1糖鎖抗原の生合成に関与する酵素遺伝子(GlcAT-P,GlcAT-S)を単離し、これらを利用して分子生物学的手法により細胞レベル、及び個体レベルで本糖鎖抗原の役割を総合的に解明することを目指している。今年度の研究において以下に示す知見が得られた。1)HNK-1糖鎖発現による細胞接着分子の機能的変化の解析。GlcAT-P遺伝子を安定導入したCOS-1細胞を利用して、HNK-1糖鎖を発現する細胞接着分子を調製し、HNK-1糖鎖発現による細胞接着分子の機能的変化を解析した結果、HNK-1糖鎖を発現しているNCAMの同種親和性が顕著に減少することが明らかとなった。GlcAT-P遺伝子欠損マウス脳におけるHNK-糖鎖の発現について詳細に解析した結果、大部分のHNK-1糖鎖の発現は消失しているものの、一部特徴的な領域に残存するHNK-1糖鎖発現が観察された。これらHNK-1糖鎖の減少に伴い脳の空間認知などの高次機能への影響が観察された。3)第2のグルクロン酸転移酵素遺伝子(GlcAT-S)欠損マウスの作成2)で述べた残存するHNK-1糖鎖を完全に消失させることを目的として、第二のHNK-1糖鎖生合成酵素であるGlcAT-S遺伝子を単離し、その遺伝子構造を明らかにした後、GlcAT-S遺伝子ノックアウトマウス作製用のターゲッティングベクターを構築することに成功した。
格子QCD計算による極限状態QCDの研究

1)格子ゲージ理論における非可換渦。一般に超伝導体に磁場を印可すると量子渦が生成されるが、QCDにおけるカラー超伝導体の場合には、非可換な内部自由度のために、磁場中で非可換渦と呼ばれる特異な量子渦が生成される。本研究では、格子ゲージ理論の数値シミュレーションを実行し、カラー超伝導体中の非可換渦の性質を調べた。まず、単一の非可換渦が存在する場合に、非可換渦の証拠となる分数トポロジカル電荷を確認した。さらに、複数の非可換渦が存在する場合の空間分布から、渦と渦の間には斥力が存在することを明らかにした。本研究内容は、学術誌Progress of Theoretical and Experimental Physicsに出版され、台湾で行われた国際会議で招待講演を行った。2)強磁場下におけるハドロンの変形。ハドロンを構成するクォークは荷電粒子であり、外部の電磁場の影響を受ける。特に、強磁場下におけるハドロンの性質の変化は、原子核衝突実験や中性子星現象論の観点から重要である。本研究では、ハドロン中のクォーク密度相関によってハドロンの形状を定義し、それが強磁場中でどのように変化するかを調べた。数値計算の結果、ハドロンは磁場の方向に沿って長く伸びることが明らかになった。また、種類の異なるハドロンの結果を定量的に比較することによって、変形の理由を直感的に理解できるように考察を行った。本研究内容は、学術誌Progress of Theoretical and Experimental Physicsに掲載決定済みである。外重力場系の研究として、ブラックホール周辺の対称性の自発的破れを解析した。対称性の自発的破れの度合いは秩序変数の値によって記述される。ブラックホールがその周辺領域の秩序変数にどのように影響を与えるかは様々な議論がなされてきたが、秩序変数の厳密な量子計算が困難であるために、最終的な結論は得られていなかった。そこで今回の研究では、外重力場下での量子モンテカルロシミュレーションによる厳密な量子計算を試みた。従来の格子スカラー場理論の計算にブラックホール周辺領域の計量を導入し、スーパーコンピュータを用いて数値シミュレーションを実行した。シミュレーションの結果、ブラックホール周辺では秩序変数が増大し、対称性の自発的破れが強まることを明らかにした。回転系の研究として、回転する粒子の対称性の自発的破れに関する理論的考察を行った。対称性の秩序変数がスカラー量の場合、静止系から回転座標系への数学的な座標変換だけでは秩序変数が変化しないことが知られているが、中心力ポテンシャルを系に加えた場合は秩序変数は変化しうる。非相対論の場合にはこの中心力ポテンシャルは向心力ポテンシャルに相当し、粒子を一定半径で回転させるために必要であることが直感的に理解できる。この研究では、この考察を相対論の場合に応用し、中心力ポテンシャルによって回転する粒子の固有モードがどのように変化するかを、相対論的スカラー場の場合について具体的に示した。計画していた2つの研究テーマ(外重力場系と回転系)の両方を進めることができ、それぞれの論文を発表することができた。論文は学術雑誌に投稿中である。1)ベリー位相の格子QCD計算。ベリー位相は、量子系におけるトポロジカル現象を記述する普遍的概念である。ハドロン物理学においても、カラーの閉じ込めやカイラル磁気効果などを説明するためにベリー位相の概念が用いられてきたが、これまでの多くの研究ではベリー位相に対する相互作用の影響は無視されてきた。本研究では、相互作用の影響を厳密に取り入れる事ができる格子QCDによってベリー位相を数値計算する手法を開発した。この計算手法を相互作用する相対論的フェルミ粒子系に適用し、実際にベリー位相が計算できることを確認した。本研究で開発した計算手法によって、ハドロン物理学におけるトポロジカル現象が相互作用によってどのように影響を受けるかを明らかにできると期待される。2)トポロジカル相転移の量子モンテカルロ計算。上記のベリー位相の格子QCD計算を物性系の量子モンテカルロ計算に応用し、トポロジカル相転移の解析を行った。まず初めに、2次元のトポロジカル絶縁体の解析を行い、電子間のクーロン相互作用がトポロジカル絶縁体のチャーン数に与える影響を明らかにした。同様に、3次元のワイル半金属の解析を行い、クーロン相互作用が引き起こす絶縁体への相転移を解析した。本研究によって、開発した計算手法がハドロン物理学だけではなく物性物理学におけるトポロジカル現象に対しても有用である事が示された。3)昨年度学術雑誌に投稿中であった2本の論文が出版された。1)マヨラナ正定値性に基づいたフェルミオン符号問題の分類。モンテカルロ法は、量子系の理論研究において広く用いられる有用な計算手法であるが、符号問題という潜在的な問題が存在する。特に、電子やクォークなどのフェルミオンを含む系では符号問題が起こりやすい。本研究では、マヨラナ正定値性という考え方に基づいて、フェルミオンの符号問題を分類した。2)物性系におけるマヨラナ有効模型の量子モンテカルロ計算。物性系に現れる特定のマヨラナ有効模型に符号問題が存在しない事を、マヨラナ正定値性を用いて示した。さらに、数値計算によって2次元有効模型の相構造を解析し、低温・強結合領域では時間反転対称性が自発的に破れることを明らかにした。3)相対論的量子論における1次元エニオンの研究。エニオンは、ボゾンともフェルミオンとも異なる特殊な交換関係に従う粒子である。

元々は2次元の量子論において提唱された粒子であるが、現在では1次元の非相対論的量子論でも定式化できることが知られている。本研究では、1次元エニオンを相対論的量子論へ拡張し、数値計算によってその性質を調べた。4)ベリー曲率の格子QCD計算。クォークの波動関数によって定義されるベリー曲率は、カイラル磁気効果やカイラル運動論と密接な関わりがあり、数多くの理論研究の対象となっている。しかし、そのほとんどの場合では相互作用の効果は無視されている。これに対して我々は、格子QCDによってベリー曲率を数値計算し、グルーオンとの強い相互作用が大きな量子揺らぎを引き起こすことを定量的に明らかにした。本年度は、4件のテーマに関する研究を行い、内3件は論文が出版・掲載決定された。1)格子ゲージ理論における非可換渦。一般に超伝導体に磁場を印可すると量子渦が生成されるが、QCDにおけるカラー超伝導体の場合には、非可換な内部自由度のために、磁場中で非可換渦と呼ばれる特異な量子渦が生成される。本研究では、格子ゲージ理論の数値シミュレーションを実行し、カラー超伝導体中の非可換渦の性質を調べた。まず、単一の非可換渦が存在する場合に、非可換渦の証拠となる分数トポロジカル電荷を確認した。さらに、複数の非可換渦が存在する場合の空間分布から、渦と渦の間には斥力が存在することを明らかにした。本研究内容は、学術誌Progress of Theoretical and Experimental Physicsに出版され、台湾で行われた国際会議で招待講演を行った。2)強磁場下におけるハドロンの変形。ハドロンを構成するクォークは荷電粒子であり、外部の電磁場の影響を受ける。特に、強磁場下におけるハドロンの性質の変化は、原子核衝突実験や中性子星現象論の観点から重要である。本研究では、ハドロン中のクォーク密度相関によってハドロンの形状を定義し、それが強磁場中でどのように変化するかを調べた。数値計算の結果、ハドロンは磁場の方向に沿って長く伸びることが明らかになった。また、種類の異なるハドロンの結果を定量的に比較することによって、変形の理由を直感的に理解できるように考察を行った。本研究内容は、学術誌Progress of Theoretical and Experimental Physicsに掲載決定済みである。対称性の自発的破れだけではなく、量子異常による対称性の破れによって引き起こされる現象の研究に取り組む。また、これまでの研究では簡単のためにスカラー場理論を考えていたが、今後はフェルミオン系やQCD系での理論的枠組・数値シミュレーションに挑戦する。今年度行ったトポロジカル現象の解析を、極限状態や外場中の物理系の研究へ応用する。また、従来のディラック型フェルミ粒子だけではなく、マヨラナ型フェルミ粒子の数値計算にも挑戦する。最終年度は、本研究課題でこれまでに得られたトポロジカル現象や符号問題などに関する知見・経験に基づいて、極限状態QCDの格子QCD計算を遂行する。
造血因子による細胞接着・増殖・細胞死調節のシグナル伝達機構

造血前駆細胞の増殖と分化を調節するエリスロポエチン(Epo)等の造血因子受容体は,JAK2等のチロシンキナーゼの活性化を介してSTAT5やRas/MAPキナーゼ経路の活性化をもたらすことが明らかにされてきた.今回私たちは,Epo受容体によりチロシンリン酸化を受ける事を以前に報告したCrkLに関して検討を行い,CrkLはEpo等のサイトカイン受容体によるRas・Raf-1・MEK・Erk経路を介してElk-1の活性化とc-fos遺伝子の発現誘導に至るシグナル伝達経路の活性化に関与しうることを見出した。この経路の活性化は,CrkLのSH2領域およびC3Gとの結合に必要なN末端側SH3領域のみが関与し,cdc25領域を欠失したC3Gにより抑制された事より,CrkL/C3G複合体がCrkLのSH2領域を介して活性化されたサイトカイン受容体複合体に結合することで細胞膜に動員されることによるものと考えられる(Nosaka Y.et al,JBC 274:30154,1999)。さらに,CrkLの機能に付き検討を行い,CrkLの過剰発現にてVLA-4およびVLA-5を介したFibronectinへの細胞接着が亢進することを見出した。細胞接着の亢進はCrkLに結合したC3GのGEF活性を介して生じることが,C3Gとの結合に必要なSH3領域を欠失したCrkLや,cdc25領域を欠失したC3Gの発現により,細胞接着が抑制されることより示された。以上の結果より,CrkLはC3Gを介して,Ras/MAPキナーゼ経路とは別のシグナル伝達系路を活性化し,インテグリンの活性化による細胞接着亢進をもたらすことが示唆された(Arai A. etal,Blood 93:3713,1999)。また,最近EpoやIL-3はCrkL/C3G複合体を介してRap1を活性化し,このことがβ1インテグリンを介した造血細胞の細胞接着の調節に重要な役割を果たすことを明らかにした(Arai A.et al,投稿準備中).造血前駆細胞の増殖と分化を調節するエリスロポエチン(Epo)等の造血因子受容体は,JAK2等のチロシンキナーゼの活性化を介してSTAT5やRas/MAPキナーゼ経路の活性化をもたらすことが明らかにされてきた.今回私たちは,Epo受容体によりチロシンリン酸化を受ける事を以前に報告したCrkLに関して検討を行い,CrkLはEpo等のサイトカイン受容体によるRas・Raf-1・MEK・Erk経路を介してElk-1の活性化とc-fos遺伝子の発現誘導に至るシグナル伝達経路の活性化に関与しうることを見出した。また,最近EpoやIL-3はCrkL/C3G複合体を介してRap1を活性化し,このことがβ1インテグリンを介した造血細胞の細胞接着の調節に重要な役割を果たすことを明らかにした(Arai A.et al,投稿準備中).
複合材料の微視的強度の力学的および分光学的基礎研究

1.ポアソン比,縦弾性系数が異なる二つの材料を用いて,3層積層モデルによる複合材料の力学モデルを作製した.これの引張試験を行い,応力ーひずみ線図を得た.さらに部分片振り荷重の下で疲労試験を行なってSN曲線を得るとともに,試験片破断部を顕微鏡で観察し,破壊様式を論じた.2.複合材料の力学モデルに荷重が作用するときのモデル内に生ずる応力の数値解析を行った.局所的に見ると複合材料内部において材料の縦弾性係数やポアソン比は一定でないと考えられる.そこで,実験的に求められるはりのたわみから,材料内部の縦弾性係数を推定する逆解析手法を提案しその検討を行った.逆解析の基礎式として一般的なはりの式を用い,計算はDFP法を用いた最適化手法によって行った.さらにその結果を有限要素法のプログラムより得られた結果と比較し,解の有効性を確かめた.3.異なって材料を用いてモデル実験を行い,マトリックスの劣化を調べた。それぞれのマトリックスを恒温恒湿度の槽内に一定期間保存した後,引張試験とシャルピ-衝撃試験を行った.そしてその破断面を顕微鏡および電子顕微鏡で観察し破壊様式について論じた.さらに重量の測定と,赤外水分計でマトリックス内の吸水率を測定した.また,前年度購入した赤外分光光度計で劣化によるマトリックスの化学的構造の変化を調べ,マトリックスの機械的な性質の変化と赤外スペクトルの変化の間の関係を認めた.1.ポアソン比,縦弾性系数が異なる二つの材料を用いて,3層積層モデルによる複合材料の力学モデルを作製した.これの引張試験を行い,応力ーひずみ線図を得た.さらに部分片振り荷重の下で疲労試験を行なってSN曲線を得るとともに,試験片破断部を顕微鏡で観察し,破壊様式を論じた.2.複合材料の力学モデルに荷重が作用するときのモデル内に生ずる応力の数値解析を行った.局所的に見ると複合材料内部において材料の縦弾性係数やポアソン比は一定でないと考えられる.そこで,実験的に求められるはりのたわみから,材料内部の縦弾性係数を推定する逆解析手法を提案しその検討を行った.逆解析の基礎式として一般的なはりの式を用い,計算はDFP法を用いた最適化手法によって行った.さらにその結果を有限要素法のプログラムより得られた結果と比較し,解の有効性を確かめた.3.異なって材料を用いてモデル実験を行い,マトリックスの劣化を調べた。それぞれのマトリックスを恒温恒湿度の槽内に一定期間保存した後,引張試験とシャルピ-衝撃試験を行った.そしてその破断面を顕微鏡および電子顕微鏡で観察し破壊様式について論じた.さらに重量の測定と,赤外水分計でマトリックス内の吸水率を測定した.また,前年度購入した赤外分光光度計で劣化によるマトリックスの化学的構造の変化を調べ,マトリックスの機械的な性質の変化と赤外スペクトルの変化の間の関係を認めた.1.高分子材料および複合材料の材料定数に関する調査に基づいて、ポアソン比、縦弾性係数が異なる二つの材料を抽出し、これらを用いて複合材料の力学モデルを作成した。これの引張試験を行い、応力-ひずみ線図を得るとともに、試験片破断部を顕微鏡で観察し、破壊様式を論じた。さらに部分片振り荷重の下で疲労試験を行ない、モデルの破壊過程を観察した。同時に、本研究室で開発した赤外線放射温度計による熱弾性応力分布測定システムを使用して、モデルの温度分布ならびに応力分布を測定し、モデルは複合材の界面強度シミュレ-ションに利用できることを確認した。2.力学モデルの妥当性をさらに検討するために、有限要素法による数値解析を実行した。実験応力分布の表面における結果と数値解析結果とを比較し、両結果はほぼ一致することを示した。実験による観測によれば、モデル内の破断面近くにおいては、かなりの塑性変形が確認されている。数値解析においては、モデル内に生ずる応力分布も算出されたが、塑性変形を考慮した解析は今後の課題と考える。3.平成元年度分設備として赤外分光光度計を購入し、マトリックス材である高分子材料の劣化解明のために、赤外吸収スペクトルの測定に利用した。静的引張荷重のもとで塑性変形を生じると、材料の分子鎖が力学的なダメ-ジをうけ、赤外吸収スペクトルのピ-ク値のあるものは、僅かな波数移動を生じることを確認した。疲労試験材についての観測は、今後の検討課題として残された。1.ポアソン比,縦弾性係数が異なる二つの材料を用いて,3層積層モデルによる複合材料の力学モデルを作製した.これの引張試験を行い,応力ーひずみ線図を得た.さらに部分片振り荷重の下で疲労試験を行なってSN曲線を得るとともに,試験片破断部を顕微鏡で観察し,破壊様式を論じた.2.複合材料の力学モデルに荷重が作用するときのモデル内に生ずる応力の数値解析を行った.局所的に見ると複合材料内部において材料の縦弾性係数やポアソン比は一定でないと考えられる.そこで,実験的に求められるはりのたわみから,材料内部の縦弾性係数を類推する逆解析手法を提案しその検討を行った.逆解析の基礎式として一般的なはりの式を用い,計算はDFP法を用いた最適化手法によって行った.さらにその結果を有限要素法のプログラムより得られた結果と比較し,解の有効性を確かめた.3.異なった材料を用いてモデル実験を行い,マトリックスの劣化を調べた。

それぞれのマトリックスを恒温恒湿度の槽内に一定期間保存した後,引張試験とシャルピ-衝撃試験を行った.そしてその破断面を顕微鏡および電子顕微鏡で観察し破壊様式について論じた.さらに重量の測定と,赤外水分計でマトリックス内の吸水率を測定した.また,前年度購入した赤外分光光度計で劣化によるマトリックスの化学的構造の変化を調べ,マトリックスの機械的な性質の変化と赤外スペクトルの変化の間の関係を認めた.
ディジタルホログラフィを利用したカビ菌糸の迅速自動検出法の開発

本研究では,微細なカビ菌糸の存在を検出する方法としてディジタルホログラフィを取り上げ,これを使ったカビの撮影・再生方法について検討した。振動の影響を受けやすい位相シフト法を用いずに,SN比を確保しやすい光学系について検討した結果,Gabor型が優れていることを示した。また,青カビを培養して成長過程を逐次撮影する実験を行い,再生画像の2値化画像から,約1日の培養でカビの存在を検出可能であることを確認した。H22年度の研究課題は次の(1)から(3)である。(1)ディジタルホログラフィを実現する光学系の構築と調整.(2)エリアセンサで取得したホログラム像からパソコンで画像再生を行うための計算処理プログラムの作成.(3)ディジタルホログラフィを用いた透過物体に対する動作確認実験ならびに再生画像のSN比の評価.これらについて,具体的に以下のように進めた。(1)に関しては,1600万画素のデジタルカメラと位相シフトを実現するためにナノオーダーで位置制御ができるピエゾ素子を新規に購入し,光学系を構築した。脱脂綿を用いてホログラム像の取得実験を行った結果,それまで所有していた光学定盤では防震効果が不足で,床の振動によって再生像の品質に顕著な影響があることがわかった。そこで空気バネ式の防震台を導入し,それによって振動によるホログラム像への影響を約1/30に低減できることがわかった。(2)に関しては,位相シフトディジタルホログラフィの画像再生に必要とされる画像の回折計算プログラム等を作成し,脱脂綿を被写体として動作確認を行い,完成を確認した。計算処理を行うためのソフトウェア言語としてはNI社のLabVIEWを使用し,同社の画像処理関数パッケージであるVisionを購入して利用した。(3)に関しては,寒天培地をシャーレに入れたものをサンプルとして用意し,ホログラムの撮影と再生実験を実施した。現在まだ充分な検討ができていないが,寒天培地の存在によって透過光に位相乱れが生じるため,必要とする再生像が得られていない。以上の結果から,寒天培地の影響による再生像の劣化を改善する方法や条件について検討することが現在最も重要な課題であり,H23年度に早急に検討する必要があることがわかった。H23年度の研究課題は,下記(1)(3)であった。(1)培地中の微小物体サンプルおよびカビ菌糸のホログラム像撮影と画像再生実験.(2)再生画像のSN比の評価およびノイズ低減法についての検討.(3)研究成果のまとめと公表.これらについて,以下のように進めた。課題(1)について,寒天培地に埋め込んだ綿糸をサンプルとしてホログラムの撮影および像再生実験を行った。当初,位相シフト法によって共役像などのノイズの低減を行う予定であったが,撮影系の僅かな振動の影響によって逆にノイズが増加することが多かった。そのため位相シフト法の適用を断念し,それと引き替えに採用が可能なインライン型の光学系の使用によって,高コントラスト化を図った。さらに,培地表面の乾燥に留意して培地の作製をすることによって,著しいノイズの追加なく綿糸像の再生が可能となった。しかし,カビ菌糸そのものの撮影・再生実験では,菌糸1本1本を観測することはできていない。その原因は,CCDイメージセンサの画素サイズが大きく,分解能が不足しているためと考えられるため,今後像の拡大撮影を行う必要が認められた。課題(2)については,解像度不足のためカビ菌糸のSN比の評価はできていない。そこで,通常の透過型ディジタルホログラフィ光学系とインライン型の光学系の両者について,綿糸を被写体としたSN比の比較実験を行った。通常の透過型光学系からの再生像ではSN比が1を切ることがあり検出困難であったが,インライン型を用いた場合には2以上のSN比が得られており,共役像などのノイズ存在下でも綿糸を検出可能であることがわかった。課題(3)については,定量的な実験が遅れていうため,実施されていない。H24度の研究課題は,下記(1)(3)であった。(1)適切な撮影倍率の検討と再生画像のSN比の評価およびカビ識別のための画像処理の検討(2)ディジタルホログラフィを用いた逐次観測実験と計測時間の評価・検討(3)研究成果のまとめと公表これらについて,以下のように進めた。まず,昨年度の結果から,高SN比が得られることがわかったGabor型の光学系を採用した。課題(1)について,寒天培地に青かびの胞子を散布後,一定時間培養した後にホログラムを撮影し,像の再生実験を行った。撮影倍率については,CCDイメージセンサの画素一辺が菌糸の直径よりも数倍大きいが,拡大しなくても菌糸を撮影可能であり,また,5倍以内の拡大では,再生画像のSN比に大きな変化は見られなかった。

次に,画像処理については,一定時間経過後の再生画面を初期画像で除算することによって,シャーレの微小な窪みにより発生する斑点状のノイズおよびレーザー光の光量の不均一性を低減することができた。しかし,菌糸が糸状をなす形状の特徴を利用して菌糸を識別するアイディアについては,再生像における菌糸の太さが一定ではなく断続的に見えるために,形状の特徴からカビ菌糸を特定することはできていない。課題(2)については,逐次観測のために1時間ごとのインターバル撮影を行うと,シャーレの蓋に結露が生じて逐次撮影困難となる問題が生じた。その問題の解決に長い時間を要したため,充分な逐次観測実験を行うことができていない。このため再現性が十分ではないが,青カビを用いた実験では培養開始後1日程度以内でカビの存在を確認することができた。課題(3)については,H25年3月の応用物理学会春季学術講演会にて,本研究成果の一部を発表した。研究目的のうち,SN比を高くできる光学系の検討と,培地の位相乱れの影響回避法の検討については,計画どおりに進んでいるが,ノイズ低減の画像処理の検討が遅れている。理由は,当初の計画で使用予定だった位相シフト法は主に振動の影響のために適用困難であることがわかったことと,イメージセンサの解像度不足のために菌糸1本1本の撮影がまだできていないためである。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究で使用する大型のCCDイメージセンサの場合,菌糸1本1本まで撮影するためには拡大撮影が必要であることがわかった。そこで,撮影領域を犠牲にして菌糸そのものの検出を目指すのか,あるいは菌糸そのものではなく菌糸の成長に伴う培地表面のわずかな変形に起因する陰影を検出するのとで,どちらがより迅速かつ正確に検出可能なのかを調査する。前者の方法では,背景のノイズ中に存在するカビ菌糸の識別が重要であり,効果的なノイズ低減が最大の課題と考えられる。一方,後者の方法では,拡大撮影をせずにカビの存在を捉えられる可能性があり,撮影範囲を広くできるメリットがあるが,カビと生菌のコロニーとの区別が可能かどうかが問題となるため,その点に留意して検討を進める必要がある。
HIV感染者由来T細胞の体外大量培養法の確立

1) HIVキャリアー由来のT細胞の有効な体外刺激法の開発平成9年の成果に基づきCD3とCD28の共刺激によるHIV患者由来のT細胞の体外刺激を試みた.他のCD分子に対する抗体を用いた共刺激に比較して、CD3/CD28刺激はより有効にHIV感染T細胞を体外で増殖させうることが明らかにされた.2)コレセプターの発現・機能の阻害によるHIV感染防止法のの開発βケモカイン受容体の一つであるCCR3は、HIVのコレセプターとしても機能する.脳のmicrogliaに発現することから、HIV脳症との関連が示唆されている.末梢血では好酸球に強い発現を認め、エオタキシンなどの好酸球走化性因子の受容体として機能するが、その他の血液細胞での役割は明らかにされていない.我々はCCR3に対するモノクローナル抗体を樹立し、レポーター遺伝子を利用した細胞融合系を用いて、この抗体がCCR3を介したHIVの細胞内侵入を阻害することを明らかにした.さらにこの抗体を用いて、末梢血由来の樹状突起細胞(dendritic cell;DC)がCCR3を発現していること、およびHIVのDC感染にCCR3が利用されていることを明らかにした.DCはHIV感染成立に重要な役割を演じていることが最近注目されている.我々の成績はCCR3がHIV感染の予防や治療の標的となりうることを示唆するものである.本研究プロジェクトはHIV感染者からの不細胞を採取し、HIV非感染細胞のみを体外で大早に増やす方策を見い出そうとするものである.すなわち、適当なT細活性化の補助分子に対する抗体による刺激を駆使してHIV感染細胞を有効に増殖させ、さらに最近明らかにされたHIVコレセプターの発現と機能を修飾することによりHIV感染の播種を防ぐ方法を確立することをめざす.本年度はCD26、CD28、CD29、CD82の各抗体によって刺激されたT細胞に対するHIVの感染性を調べ、どの刺激補助分子が本プロジェクトの遂行に適当かを解析した.その結果、CD28で刺激したT細胞はM-tropicなHIVの感染に対し抵抗性を示すがT-tropicなウイルスには感染すること、およびCD28以外の刺激ではHIV感染抵抗性を獲得できないことが明らかにされた.今後、コレセプターの発現を含めて、そのメカニズムを明らかにする予定である.なを、研究の過程でHIVコレセプターの一つであるCCR3に対するモノクローナル抗体が樹立された.本抗体はCCR3依存性のHIV感染を特異的に阻害することが示された.1) HIVキャリアー由来のT細胞の有効な体外刺激法の開発平成9年の成果に基づきCD3とCD28の共刺激によるHIV患者由来のT細胞の体外刺激を試みた.他のCD分子に対する抗体を用いた共刺激に比較して、CD3/CD28刺激はより有効にHIV感染T細胞を体外で増殖させうることが明らかにされた.2)コレセプターの発現・機能の阻害によるHIV感染防止法のの開発βケモカイン受容体の一つであるCCR3は、HIVのコレセプターとしても機能する.脳のmicrogliaに発現することから、HIV脳症との関連が示唆されている.末梢血では好酸球に強い発現を認め、エオタキシンなどの好酸球走化性因子の受容体として機能するが、その他の血液細胞での役割は明らかにされていない.我々はCCR3に対するモノクローナル抗体を樹立し、レポーター遺伝子を利用した細胞融合系を用いて、この抗体がCCR3を介したHIVの細胞内侵入を阻害することを明らかにした.さらにこの抗体を用いて、末梢血由来の樹状突起細胞(dendritic cell;DC)がCCR3を発現していること、およびHIVのDC感染にCCR3が利用されていることを明らかにした.DCはHIV感染成立に重要な役割を演じていることが最近注目されている.我々の成績はCCR3がHIV感染の予防や治療の標的となりうることを示唆するものである.
口腔アンギノーサスレンサ球菌による深部感染症の発症機構の解析と宿主リスク評価法

インターメディウスレンサ球菌を用いて表層線毛を精製した。また、本線毛の1成分である組み換えSaf2、Saf3も用いた。これらをリガンドにしたアフィニティビーズを作成し、マウス肝臓中の結合物質を検索したところ、結合はSaf2で起こっており、カルバモイルリン酸合成酵素が同定された。相同性検索では、レンサ球菌の表層タンパクが抽出され、立体構造の解析から相同性を示すのはSaf2分子の中程よりやや下流域の65アミノ酸の部分に相当した。目的:口腔アンギノーサスグループレンサ球菌は基礎疾患を有しているヒトでは時として肺炎や脳、肝臓の膿瘍をひき起こす。感染の成立には宿主との定着が必須である。我々は以前に表層線毛を介してヒト唾液凝集素と結合することを示したが、同時に分子解析の結果から本線毛の先端の成分であるチップタンパクが臓器との付着に関与すると考えている。本研究の第1の目的:組換えチップタンパクを作成することで宿主側の標的分子を同定して感染機構を解析する。第2の目的:実際の患者さんから分離した菌株について表層線毛を含めた遺伝子診断を行い、主要な病原因子を特定する。第3の目的:これらの病原因子は菌株間で差があり、感染感受性を左右している。ヒトの口腔内検体を用いて主要病原因子を持った常在細菌のスクリーニング法を開発、実施することでリスク評価を行う。この成果としてハイリスク者に対して、より積極的な予防対策が可能となる。平成27年実績菌体表層の付着物質Saf2の全長の同定:使用するインターメディウスレンサ球菌の線毛遺伝子であるsafクラスターは既に同定済である。この中でSaf3はコアタンパクであることが分かっているので、もうひとつの細菌細胞壁結合配列を持つSaf2(AB326213)に注目した。一方で既報の他菌種の情報からsaf2は既知の部分よりも上流にORFが約2kb伸びていることが予想された。このため、PCRにより全長を増幅して遺伝子を同定した。この結果、株間で長さの違うsaf2が機能していることが明らかになり、病原性との関わりが示唆された。当初、今回注目しているsaf2クラスター下流にもう一つ未知のORFがあるものと思っていたが、解析により、それは存在しないことが明らかになった。一方で、既報のデータベースと照合したところ、saf2は我々が考えていたよりも約2倍の長さがあり、上流に伸びている報告があったため、PCRでの確認作業を実施した。その結果、株間でバリエーションがあることが判明した。これは当初の計画で、口腔常在株と深部膿瘍分離株では性質が違うのではないか、という我々の仮設を一部示唆する内容であった。Saf2は宿主の標的組織への付着、感染成立に関与していると考えており、このバリアントの性質の差が今後、注目すべき焦点になる。次にリコンビナントタンパクを作成して標的物質を探すことになるが、パイロット実験として元の菌株から精製した線毛を用いてアフィニティカラムを作成してマウス肝臓抽出液中の親和性物質を同定したところ、肝臓に特異的なミトコンドリア酵素が同定できた。この結果を支持する結果がリコンビナントタンパクで得られることを期待している。このため、基本的な進め方に問題はないものと思われる。現在、問題なのが、リコンビナントsaf2の精製方法で、以前の実績から発現自体はうまくいっているものの、精製時に通常のニッケル結合法ではうまく回収できないようである。この点、工夫が必要である。このタンパクができた段階で、マウスを宿主として特異抗体を作成して菌体表層での局在や、結合試験の詳細な解析を予定している。これらはsaf3タンパクで実績があり、問題はないと思っている。口腔アンギノーサスグループレンサ球菌は基礎疾患を有しているヒトでは時として肺炎や脳、肝臓の膿瘍を引き起こす。我々は以前に表層線毛を介してヒト唾液凝集素と結合することを示したが、同時に分子解析の結果から本線毛の先端の成分であるチップタンパクが臓器との付着に関与すると考えて」いる。平成28年度実績宿主側の標的分子の同定:元の菌株から精製した線毛を用いてアフィニティカラムを作成してマウス肝臓抽出液中の親和物質を同定したところ、肝臓に特異的なミトコンドリア酵素が同定できた。次にSaf2下流半分のリコンビナントタンパクを作成して同様に親和物質を検出したところ同一の物質が標的物質として同定できた。これは、成熟線毛の成分の中でSaf2の下流半分の部分に肝臓の成分と結合する部分が局在することを示す結果であった。また、データベースの相同性試験により、機能部位と類似の配列が他のレンサ球菌のコラーゲン結合タンパクと類似し、3次元構造も同様に類似の構造を呈していることが明らかとなった。

当該年度で本研究の最も主要な部分である、宿主の深部臓器と菌表層の線毛成分との結合が明らかとなり、その機能部分は線毛のチップタンパクであるSaf2、しかもその下流域に存在することが明らかになった。その3次元構造もデータベースで推測できていることから、分子モデルでSaf2とマウス肝臓の標的分子との相互作用を解析することが可能になった。今後、Saf2の機能部分をさらに狭めて、詳細な結合機構を解析することになるが、基礎的な部分はほぼ終了している。今後のアプローチに不安は感じていない。それが終了次第、実際の患者さんからの臨床分離株の解析に入ることになる。前年度に懸案であったSaf2リコンビナントタンパクの精製方法については精製系に変性剤を入れておくことで、通常のニッケルアフィニティービーズによる精製が可能であることが判明し、現在では支障なく進行している。これまでの研究により、口腔インターメディウスレンサ球菌の臨床分離株から線毛を同定、精製し、遺伝子情報まで決定していた。構成遺伝子から線毛の成分としてのタンパク質はSaf2とSaf3の2つから成り立っていることを示した。また、相同性の解析からSaf2は線毛の先端に位置している、付着因子であり、一方でSaf3は線毛本体の繊維状の構造を作るコアタンパクであることが示唆された。同定できた遺伝子情報から作成した変異体の解析からコアタンパクSaf3に唾液成分への結合能が確認できた。本来付着因子であるはずの線毛先端に位置するチップタンパクSaf2の役割は未確認であったので、本研究では、Saf2タンパクが脳、肝臓などへの宿主深部への感染症の成立に重要な働きをしている、との仮説に基づき役割を解析した。その結果として以下の知見が得られた。Saf線毛の構成成分でコアタンパクであるSaf3が唾液のプロリンリッチタンパクと結合することにより口腔内への定着感染が成立することで1次コロニーを形成する。この状態で長期にわたり口腔常在菌として生存する。次に肝炎などに炎症が起きて肝臓の細胞からカルバミルリン酸合成酵素が多量に流出することでチップタンパクであるsaf2が肝臓に定着して2次感染が成立する。その結果として、膿瘍などの感染性病変を引き起こすことが示唆された。この2段階の感染機構はピロリ菌でも示されており、多くの細菌で利用しているものと考えられる。コンピューターによる分子構造解析を行うことで両分子間の結合機構を解析したところ、鍵になるSaf2側の構造は同分子中程に位置する約100アミノ酸からなる領域で、相同配列が他の口腔レンサ球菌の表層タンパクに存在していた。これらは主にコラーゲン結合タンパクとして知られているものであり、結合機序を共有していることが示唆された。インターメディウスレンサ球菌を用いて表層線毛を精製した。また、本線毛の1成分である組み換えSaf2、Saf3も用いた。これらをリガンドにしたアフィニティビーズを作成し、マウス肝臓中の結合物質を検索したところ、結合はSaf2で起こっており、カルバモイルリン酸合成酵素が同定された。相同性検索では、レンサ球菌の表層タンパクが抽出され、立体構造の解析から相同性を示すのはSaf2分子の中程よりやや下流域の65アミノ酸の部分に相当した。