hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
白血病細胞薬剤耐性への単分子輸送活性に基づく個別トランスポーターの寄与率の解明

トランスポーターは、白血病における薬剤耐性機序に重要である。本研究では、質量分析計を用いてトランスポータータンパク質の定量法を開発し、vincristine(VCR)耐性白血病細胞株における薬物トランスポーターの発現量を明らかにした。VCR耐性細胞では、ABCB1の発現量が感受性細胞の67倍に上昇しており、薬剤耐性に重要であることが示唆された。他のVincristine排泄トランスポーターであるABCCfamilyは発現しておらず、ABCB1を主体とした薬剤耐性であることが明らかとなった。本研究課題では、白血病の薬物耐性獲得における薬物トランスポーターの寄与をタンパク質定量プロファイルに基づいて定量的に解明することを目標としている。本年度実施研究において、白血病の薬剤耐性獲得に重要な関与が示唆されるABCトランスポーター8分子(ABCB1, ABCC1, ABCC2, ABCC3, ABCC4, ABCC5, ABCC6, ABCG2)を対象に質量分析計を用いたタンパク質同時定量法を開発した。開発した定量法は10fmolからlpmol/assayの高感度かつ広範囲な定量法であり、申請書記載の初年度技術目標を達成している。本定量法を用いることで、これまで困難であった難溶性細胞膜であるABCトランスポータータンパク質の同時定量解析が可能となった。本定量法を用いて、ヒト白血病細胞株であるVincristine感受性および耐性K562細胞の細胞膜のABCトランスポータープロファイルを測定した。高圧窒素充填法と密度勾配遠心法を用いて調整した細胞膜試料を測定した結果、耐性株においてABCB1タンパク質発現量が感受性株の40倍増加していることが明らかになった。ABCB1以外にvincristineを基質とするABCC1, ABCC7の発現量は変化しておらず、vincristine耐性の獲得にはABCB1が重要な役割を担っていることが示唆された。本年度開発した質量分析計を用いたトランスポータータンパク質同時定量法は、白血病を含む癌細胞の薬剤耐性メカニズムの解明に大きく寄与することが期待できる。本研究課題では、白血病の薬物耐性獲得における薬物トランスポーターの寄与をタンパク質定量プロファイルに基づいて定量的に解明することを目標とした。昨年度の成果として、vincristine耐性白血病細胞株のトランスポーター発現プロファイルから、P-gpの薬剤耐性における重要な関与を定量的に示した。本年度は、臨床検体の解析を目的とし、vincristine耐性を示したイヌの白血化したリンパ腫におけるP-gpの発現解析を行った。免疫染色の結果、薬剤耐性を示した5例中3例のリンパ腫でP-gpは腫瘍内の毛細血管内皮細胞の血管腔側膜への発現し、腫瘍細胞に発現していないことを明らかにした。この結果は血管内皮細胞が薬剤耐性に重要な役割を担っていることを示しており、薬剤耐性を獲得した腫瘍組織内では血液腫瘍関門が構築され、薬物の組織移行を制限していることが示唆された。本研究の結果は血液腫瘍関門の重要性を示唆するものであり、臨床検体における薬剤耐性獲得機序の解明につながる重要な成果である。さらに本年度はトランスポーター定量法を発展させ、350種類以上に分類されているトランスポータータンパク質の迅速な定量法確立システムを構築した。本定量法では高感度なペプチドを測定対象とすることが重要である。そこで、高感度ペプチドのアミノ酸配列を解析し、ペプチド選択クライテリアを設定した。本クライテリアで選択したペプチドを定量解析したところ、10fmolまで定量可能な高感度ペプチドであることが示された。本クライテリアをヒトおよびイヌにおけるトランスポータータンパク質に適応し、高感度ペプチドのアミノ酸配列ライブラリーを構築した。このライブラリーはトランスポータータンパク質の大規模定量システムの基盤となる情報であり、網羅的トランスポーター定量システムを迅速に確立することが可能となった。
統計的データ解析とコンピュータ利用の接点における諸問題

昭和62年9月に開催される国際統計会議の後に予定されているIASC会議の準備を兼ねて、コンピュータの積極的導入によるデータ解析の進め方に関して研究・討論を行った。まずモンテカルロ法に関しては、パイプラインマシン向きの高速擬似乱数発生法が開発されているので、今後はパラレルマシン上でのシミュレーシヨンを実現するための効率的方法の研究を進めることが肝要である。統計解析における数値アルゴリズムの研究では、最尤法や最小2乗法の計算で必要となるコレスキー分解・グラムシュミット分解の軸の選択に関する新しい方法を考察した。大規模モデル、最適化に関する研究では、大次元数値積分のための新しい方法を開発し、非線形計画問題などを解くための統一的解法を考案した。さらに、いろいろな解析事例を集めるための方策やそれを計算機上にどのように記録させるかについての検討を行い、統計的エキスパートシステムを構築する準備段階の研究を行った。コンピュータグラフィックスとデータ表現に関しては、非対称親近性データとグラフィカル表現法について、特に多次元尺度構成法との関連において研究討論を行った。さらに統計情報資源を活用するために、統計分析のための各種方法論に関するソフトウェアの組織化を図る方策に関して議論し、また各分野での利用に供するためのデータベース構築の体系化に関する検討を行った。その他、マイクロコンピュータ上で動く対話型データ解析のプログラムを開発し、大学等での統計教育に活用した。
星と隕石の組成解読を基軸としたr過程元素の起源・進化の解明

星の化学組成に関しては以下の4つの実績を積むことができた。(1).矮小銀河Sextansのr過程元素(バリウム)の化学組成を測るという観測提案がすばる望遠鏡で採択され、観測を遂行し、無事にデータを取得することができた。現在データ解析中であるが、その結果をすでに取得している矮小銀河Dracoとの組成パターンと比較検証することから、r過程元素天体(有力候補の一つが中性子星合体である)に備わった特徴(頻度、元素合成量、頻度率、delay time)を同定する。(2).太陽近傍でのユーロピウムの化学組成的特徴が、単純な化学進化モデルでは説明できないことを明らかにした。これを説明するには銀河系ディスクの星が渦状腕との相互作用で動径方向に移動するというradial migartionという力学的過程が必要であることを突き止めた。本研究成果を論文としてまとめることが次年度の目標の一つである。(3).銀河系における亜鉛の化学進化を説明できるモデルを研究協力者である西村氏とともに構築した。これより亜鉛の合成天体が高速回転星を親星として持つ強磁場超新星であることを明らかにすることができた。その結果はApJLの論文としてまとめられている。(4).球状星団Omega Centauriのr過程元素を含めた特異な化学組成を説明する化学力学モデルの構築を、海外研究協力者である戸次氏との共同研究として着手した。この共同研究のため代表者である辻本は西オーストラリア大学に1ヶ月ほど滞在することで、集中的に検討を進めた。本テーマについても、その成果を次年度に論文にまとめ受理されることを目指す。さらに、隕石分析に関しては高精度Nd・Sr同位体分析を行い、その結果をApJに公表した。隕石を高圧分解装置で完全分解し測定したところ、Sr・Nd同位体比は均質で、地球よりr-核種に富む同位体異常を示すことを明らかにした。筆頭著者の論文(Tsujimoto & NIshimura, ApJL)の受理、競争が激しいすばる望遠鏡観測提案におけるプロポーザルの採択、および次年度にまとめるべき論文を2編周到に準備したという実績から、極めて順調に進展しているという判断が妥当と思われる。研究実績の概要でも掲げた、すばる観測成果の論文化および球状星団Omega Centauriの化学力学進化に関する論文の投稿を目指す。さらに、r過程元素起源に関する新たな研究展開を遂行する予定である。これは、r過程元素の起源として中性子星同士の合体が有力視されているなか、これまでの検討から、中性子星とブラックホールの合体によるr過程元素合成の重要性が浮上してきた。今後この考察を深め、その結果を論文にまとめるまでも目標の一つに加えたい。同時に隕石分析も前年度同様に進め、星と隕石の両者からの組成解読を引き続き実行していくことで、r過程元素起源全貌に関する理解を深めていく。
眼内炎症・眼内新生血管における性差とその病態機序・治療におけるエストロゲンの役割

今年度は昨年度に続き、網膜血管内皮細胞の培養系におけるエストロゲンの作用の検討と、新たに未熟児網膜症モデルマウスにおけるエストロゲンの効果の検討、さらに、Idiopathic choroidal neovascularization(CNV)やmyopic CNVは50歳以下の女性に優位なことからラットのCNV形成の過程におけるエストロゲンの影響と性差についての検討を行った。通常酸素濃度では網膜血管内皮細胞においてエストロゲンがVEGFR2及びVEGFの発現を増加させ、細胞増殖を促進することを前回報告した。一方で、エストロゲンは病理的な虚血状態に対して保護的な効果を持つことが知られていることから、培養系の実験では、血管内皮細胞を用いて低酸素により誘導されるVEGFの発現に対するエストロゲンの効果とその機序を検討した。低酸素刺激により増加したVEGF mRNAの発現はエストロゲンにより9、24時間後に有意に抑制された。この抑制効果は10^<-9>10^<-7>Mの間で濃度依存性に認められ、タモキシフェンにより拮抗された。またgel shift assayにて、エストロゲンはHIFのVEGFのプロモーター部への結合を抑制するとともにHIF-1 mRNAの発現も濃度依存性(10^<-9>10^<-7>M)に抑制していた。エストロゲンは、エストロゲンレセプターを介して低酸素によるVEGFの誘導を遺伝子レベルで抑制したが、抑制経路の1つとしてHIFによるVEGFの誘導を抑制すると考えられた。このエストロゲンの通常酸素濃度と低酸素濃度下での働きの違いから、未熟児網膜症モデルマウスにおいてエストロゲン投与実験を行ったところ、エストロゲンで12,19日目では無血管野が非投与群に比べて有意に減少し、19日目では新生血管の減少が見られた。また、光凝固による脈絡膜新生血管(CNVモデル)の実験では蛍光眼底造影のスコアは光凝固1、2週間後雌の方で有意に高く、VEGFR-2の発現は光凝固7日後雌及びエストロゲンを投与された雄において増加していた。これらのことからエストロゲンは低酸素下と通常酸素濃度下でVEGFに対して二面性の作用があり、またCNVの性差を説明する可能性をもつことが示唆された。今年度は、昨年度に引き続き、臨床的に男性優位にみられる著明な細胞浸潤を特徴とする前眼部ブドウ膜炎におけるエストロゲン作用の検討と、新たに網膜血管内皮細胞の培養系を利用して、エストロゲンレセプターの存在及びその作用を検討した。エンドトキシンぶどう膜炎は、オス>卵巣摘出後メス>メスの順に浸潤細胞が多く、エストロゲン投与により細胞浸潤は有意に抑制されるが、この機序として、エストロゲンによるE-selectinの発現が抑制される他に、IL-6の発現が遺伝子レベルで抑制されることが示された。また、この抑制はタモキシフェンによるreverse効果はみられず、レセプターを介する反応では無いと思われた。培養系における実験では、血管内皮細胞にウェスタンブロッティング及び免疫組織学的検討においてエストロゲンレセプターが存在すると思われた。また、生理的濃度である10-100nMの17beta-estradiolにより血管内皮細胞のDNA合成能は有意に増加し、VEGF存在下でも、VEGFによる細胞のDNA合成能の増加をさらに有意に増強した。

また、同濃度のエストロゲンの投与に血管内皮に有意なVEGFR2の発現増加がみられ、VEGF下の血管内皮のDNA合成能の増加の一つの機序と考えられた。VEGFR2の発現の増加はエストロゲン添加後6時間後からみられた。また、間接的な反応とは考えられるがエストロゲン投与24時間後には血管内皮細胞において有意なVEGFの発現増加がみられた。これらのことより、エストロゲンは眼内血管の維持、増殖に関与している可能性が示唆された。今年度は昨年度に続き、網膜血管内皮細胞の培養系におけるエストロゲンの作用の検討と、新たに未熟児網膜症モデルマウスにおけるエストロゲンの効果の検討、さらに、Idiopathic choroidal neovascularization(CNV)やmyopic CNVは50歳以下の女性に優位なことからラットのCNV形成の過程におけるエストロゲンの影響と性差についての検討を行った。通常酸素濃度では網膜血管内皮細胞においてエストロゲンがVEGFR2及びVEGFの発現を増加させ、細胞増殖を促進することを前回報告した.一方で、エストロゲンは病理的な虚血状態に対して保護的な効果を持つことが知られていることから、培養系の実験では、血管内皮細胞を用いて低酸素により誘導されるVEGFの発現に対するエストロゲンの効果とその機序を検討した。低酸素刺激により増加したVEGF mRNAの発現はエストロゲンにより9、24時間後に有意に抑制された。この抑制効果は10^<-9>10^<-7>Mの間で濃度依存性に認められ、タモキシフェンにより拮抗された。またgel shift assayにて、エストロゲンはHIFのVEGFのプロモーター部への結合を抑制するとともにHIF-1 mRNAの発現も濃度依存性(10^<-9>10^<-7>M)に抑制していた。エストロゲンは、エストロゲンレセプターを介して低酸素によるVEGFの誘導を遺伝子レベルで抑制したが、抑制経路の1つとしてHIFによるVEGFの誘導を抑制すると考えられた。このエストロゲンの通常酸素濃度と低酸素濃度下での働きの違いから、未熟児網膜症モデルマウスにおいてエストロゲン投与実験を行ったところ、エストロゲンで12,19日目では無血管野が非投与群に比べて有意に減少し、19日目では新生血管の減少が見られた.また、光凝固による脈絡膜新生血管(CNVモデル)の実験では蛍光眼底造影のスコアは光凝固1、2週間後雌の方で有意に高く、VEGFR-2の発現は光凝固7日後雌及びエストロゲシを投与された雄において増加していた。これらのことからエストロゲンは低酸素下と通常酸素濃度下でVEGFに対して二面性の作用があり、またCNVの性差を説明する可能性をもつことが示唆された。
形状記憶ナノ空孔を有する高分子超薄膜を利用した立体規則性テンプレート重合

水晶発振子(QCM)上に形成されたアイソタクチックポリメタクリル酸メチル(it-PMMA)の多孔性超薄膜を用いてのメタクリル酸のテンプレート重合データ(昨年度)を基に,QCM基板の代わりにシリカコロイド粒子上にit-PMMAの多孔性超薄膜を形成させ、その空孔内でのテンプレート重合について検討した。QCMの場合と同様に、シリカコロイド粒子上のit-PMMA/st-PMAA(1:2)ステレオコンプレックス超薄膜からst-PMAAを選択的に抽出して多孔性薄膜を作製し、メタクリル酸モノマーを重合させた。重合終了後、膜内で重合したポリメタクリル酸を抽出し、メチル化後に1^H NMRを測定した。α-メチルプロトンのシグナルから立体規則性を算出すると、ほぼ100%の規則性をもつst-PMAAが合成されていることが明らかになり、極めて高い立体規則性で進行するフリーラジカルテンプレート重合系の開発に初めて成功した。一方、多孔性膜外で重合されたポリメタクリル酸の規則性はmm:mr:rr=8:68:23となったことから、コンホメーション固定された膜内のit-PMMAがテンプレートとして働き、立体規則性重合が進行したことが分かった。さらに、得られたポリメタクリル酸をメチルル化後、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)により分子量を測定したところ、テンプレートとして用いたst-PMAAの分子量とほぼ同じ分子量をもつことが明らかとなり、立体規則性のみならず分子量の制御も達成できた。また、it-PMMA/st-PMAA(1:1)からなるステレオコンプレックス超薄膜から調製した多孔性st-PMAA超薄膜を用いることで、同様にフリーラジカル重合によりit-PMMAをテンプレート重合できた。この場合も、得られたit-PMMAの分子量がテンプレートの分子量とほぼ同じであることが分かった。このように、立体規則性メタクリレート高分子の交互積層により調整したステレオコンプレックス超薄膜から、片方の成分を選択的に抽出することで反応場を構築し、その膜内で効率良くテンプレート重合が達成されることを見出した。まず、アイソタクチックポリメタクリル酸メチル(it-PMMA)とシンジオタクチックポリメタクリル酸(st-PMAA)からなるステレオコンプレックス超薄膜から片方の高分子を選択的に抽出することにより、重合の反応場となる多孔性超薄膜が調製可能かどうか検討した。1:2のユニット比をもつit-PMMA/st-PMAAステレオコンプレックス薄膜をアルカリ水溶液に浸した時の抽出挙動を水晶発振子(QCM)を用いて調べた結果、5分以内にst-PMAAの積層量に相当する重量減少が観察された。得られた超薄膜の赤外吸収スペクトルを測定したところ、st-PMAAに由来するカルボニル伸縮振動ピークが消失し、it-PMMAに由来する吸収ピークのみとなったことから、st-PMAAが選択的に薄膜から抽出されていることがわかった。この時、it-PMMAのピークはコンプレックス形成時の位置を保持しており、そのコンホメーションが保持されていることが示唆された。また、抽出前後での膜厚に変化がなかったことから、分子鎖レベルで構造規制された空孔をもつ超薄膜が形成されていると考えられる。このit-PMMA多孔性薄膜をst-PMAA溶液に浸すと飽和型の再取り込み挙動が観察された。一方、立体規則性の低いポリメタクリル酸(rr58%)はこの膜内に取り込まれなかったことから、ポリメタクリル酸の立体構造を識別し、ステレオコンプレックス形成を駆動力として取り込みが起こっていることが明らかになった。次に、QCM上に形成させた多孔性i-PMMA超薄膜を用いてメタクリル酸の重合を行った。この多孔性薄膜をメタクリル酸モノマー水溶液に浸した後、ラジカル開始剤を添加して重合を行ったところ、薄膜の重量増加ならびにFT-IRによるステレオコンプレックス形成が確認できた。重量増加の値から約80%のコンプレックス効率でステレオコンプレックスが形成されていることがわかった。今後、シリカコロイドを基板担体に用いて同様の操作により多孔性薄膜を作製し、これを用いてメタクリル酸のラジカル重合を行い、得られる生成物の立体現則性ならびに分子量を解析する計画である。

さらに、得られたポリメタクリル酸をメチルル化後、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)により分子量を測定したところ、テンプレートとして用いたst-PMAAの分子量とほぼ同じ分子量をもつことが明らかとなり、立体規則性のみならず分子量の制御も達成できた。また、it-PMMA/st-PMAA(1:1)からなるステレオコンプレックス超薄膜から調製した多孔性st-PMAA超薄膜を用いることで、同様にフリーラジカル重合によりit-PMMAをテンプレート重合できた。この場合も、得られたit-PMMAの分子量がテンプレートの分子量とほぼ同じであることが分かった。このように、立体規則性メタクリレート高分子の交互積層により調整したステレオコンプレックス超薄膜から、片方の成分を選択的に抽出することで反応場を構築し、その膜内で効率良くテンプレート重合が達成されることを見出した。
脊髄上行性投射ニューロンにおける痛覚伝達関連物質とその制御機構に関する研究

痛覚伝達系における活性物質の研究の中で、含有量の問題でこれまであまり検索されてこなかった,脊髄上行性投射ニューロンにおける神経ペプチドの詳細な検討が本研究の目的である。本研究の結果、研究代表者らにより、タキキニン類(サブスタンスPなど)が上行性の脊髄中脳路における痛覚刺激により著明な遺伝子発現の増加を示すことが明らかにされた。そこで引き続き侵害受容線維の終末部位として知られている視床各亜核における、上行性投射ニューロンの神経ペプチド陽性線維や終末の分布を検索してきた。サブスタンスP陽性反応は頚髄半切実験により、視床のVPL(ventroposterolateral nucleus)の外側部、PO(posterior complex)の特に内側膝状体の内側部、CL(central lateral nucleus)など特定の核で減少を示した。ガラニンでは視床後角群(PO)において、具体的には内側毛帯の外側部から、より尾側では内側毛帯の背側を内側に向かい、さらに束傍核へかけて明かな左右差を呈していた。エンケファリンとコレシストキニンもガラニンとよく似た分布を示し、切断側で免疫反応の減少が観察された。ダイノルフィンに関しては明かな左右差を生じる部位は視床には存在しなかった。これらの神経ペプチド含有終末や線維の起源に関して、脊髄各層における逆行性トレーサーとの二重染色法により、上行性投射ニューロンにおける神経活性物質の共存関係について検索した。特に中心管周囲のSTTニューロンはGAL、CCK、ENK等を共存し、脊髄後角第I層、第IVV層、及びLSN(lateral spinal nucleus)などではSP、DYNなどが共存していた。また、脊髄後索を上行する一次知覚ニューロンにおいて、神経傷害等でそのペプチド分布の劇的な変化が生じる事が明らかとなり、今後の新たな研究テーマとしてその意義の解明と共に注目されるところである。ラット足底にCFAなどを注射して作成した末梢炎症モデルに対して、RNAブロットやin situハイブリダイゼーション法にてタキキニン、ダイノルフィン、ガラニン及びCRFなどの神経ペプチドmRNAの変化を検索した。腰髄レベルではダイノルフィンやタキキニンmRNA発現は、末梢炎症側で有意に増加し、後角表層(I.II層)と深層部(V.VI層)で顕著であった。しかし、腰髄レベルのガラニンやCRFは発現量、及び炎症による変化量とも比較的少ないことが明らかになった。Fluoro-goldという逆行性トレーサーを用いた二重標識法による検索は、タキキニンに関しては中脳レベルへ投射する腰髄第1.5層のニューロンにおいて明確に二重標識を証明することが出来た。つまり脊髄から中脳へ投射するニューロンにおいて、末梢の炎症によってタキキニンの発現が増加することが明らかとなり、本経路におけるタキキニンの関与が示唆された。タキキニンやダイノルフィンのように、発現量の多い神経ペプチドではそのmRNAレベルの変化は捉えやすく、二重標識による投射ニューロンの解析も進んでいる。しかし、発現量の少ない神経ペプチドに関しては、トレーサーとの二重標識法におけるin situハイブリダイゼーション法の感度が、通常よりも低下する。現在、二重標識法について改良を加えている。中脳脚傍核部以外に視床各亜核、視床下部などにもfluoro-goldを注入して脊髄中脳路以外の経路についても検討してきた。特に視床に関してはこの経路に関与するニューロンの数が他の経路に比ベて少なく、特に腰髄第1層では少ないことが明らかとなった。中脳、視床その他脳内各部位における各種神経ペプチドを含有する神経終末はそれぞれ脳内の多くの領域より投射しており、特に腰髄の上位投射ニューロンの寄与はかなり低いと考えられる部位が多い。そこで、二重標識法の前にまず上行性伝導路の切断実験により、脳内各部位における神経ペプチドの変化を検索中である。痛覚伝達系における活性物質の研究の中で、含有量の問題でこれまであまり検索されてこなかった、脊髄上行性投射ニューロンにおける神経ペプチドの詳細な検討が本研究の目的である。研究代表者により、タキキニン類(サブスタンスPなど)が上行性の脊髄中脳路において痛覚刺激により著明な遺伝子発現の増加を示すことが明らかにされている。そこで侵害受容線維の終末部位として知られている視床各亜核における、上行性投射ニューロンの神経ペプチド陽性線維や終末の分布を検索してきた。これらの神経ペプチド含有終末や線維の起源は脊髄第1層、IVV層の外側部、第X層などと考えられるが、特に中心管周囲のSTTニューロンはGAL、CCK、ENK等を共存し、視床後部に投射していると考えられる。SP含有ニューロンは脊髄後角第1層、第IV層第V層、及びLSN(lateral spinal nucleus)などが起源と考えられる。

脊髄での分布がSPと類似しているダイノルフィンの変化が視床で観察されなかった事は、感度の問題以外に疼痛刺激で大きく発現が誘導されるダイノルフィンmRNAの特性を考慮して、今後末梢炎症モデルなどで検索を進める必要があると考えられる。痛覚伝達系における活性物質の研究の中で、含有量の問題でこれまであまり検索されてこなかった,脊髄上行性投射ニューロンにおける神経ペプチドの詳細な検討が本研究の目的である。本研究の結果、研究代表者らにより、タキキニン類(サブスタンスPなど)が上行性の脊髄中脳路における痛覚刺激により著明な遺伝子発現の増加を示すことが明らかにされた。そこで引き続き侵害受容線維の終末部位として知られている視床各亜核における、上行性投射ニューロンの神経ペプチド陽性線維や終末の分布を検索してきた。サブスタンスP陽性反応は頚髄半切実験により、視床のVPL(ventroposterolateral nucleus)の外側部、PO(posterior complex)の特に内側膝状体の内側部、CL(central lateral nucleus)など特定の核で減少を示した。ガラニンでは視床後角群(PO)において、具体的には内側毛帯の外側部から、より尾側では内側毛帯の背側を内側に向かい、さらに束傍核へかけて明かな左右差を呈していた。エンケファリンとコレシストキニンもガラニンとよく似た分布を示し、切断側で免疫反応の減少が観察された。ダイノルフィンに関しては明かな左右差を生じる部位は視床には存在しなかった。これらの神経ペプチド含有終末や線維の起源に関して、脊髄各層における逆行性トレーサーとの二重染色法により、上行性投射ニューロンにおける神経活性物質の共存関係について検索した。特に中心管周囲のSTTニューロンはGAL、CCK、ENK等を共存し、脊髄後角第I層、第IVV層、及びLSN(lateral spinal nucleus)などではSP、DYNなどが共存していた。また、脊髄後索を上行する一次知覚ニューロンにおいて、神経傷害等でそのペプチド分布の劇的な変化が生じる事が明らかとなり、今後の新たな研究テーマとしてその意義の解明と共に注目されるところである。
ボーリング掘削による水戸市周辺の中部更新統見和層の堆積過程の推定と年代の決定

【研究目的】本研究の目的は,茨城県水戸市周辺の台地の地下の地層の構造,年代を明らかにすることである.そのため,水戸市南東部の台地縁で深度40mのボーリング掘削を行なう.水戸周辺の那珂台地,東茨城台地は約12.5万年前の海成段丘(海岸段丘)からなり,その地下にはそれより古い中期更新世の見和層と呼ばれる地層がある.見和層の泥,砂礫は海面変動に影響して堆積したと考えられるが,その重なり方,堆積した年代は不明確である.申請者は産業技術総合研究所の植木岳雪研究員,首都大学東京の鈴木毅彦准教授と協力して,昨年度,サイエンス・パートナーシップ・プロジェクト(SPP)の「那珂台地のなりたち"水戸一高のある台地の生い立ちを探る"」というテーマで,高校生を対象とした地学の講座を行った.そして,高校のある水戸市中心部の台地上で深度30mのボーリング掘削を行い,台地の地下の見和層のコア試料を採取した.そのコア試料からは1回の海進・海退を示す堆積シーケンス(地層の重なり)が認められ,約15万年前のテフラ(火山灰)が同定された.このように,本研究は昨年度のSPPに付随する研究を発展させるものである.【研究方法】従来,見和層は地下の谷を埋める2つの堆積シーケンスが認められている.SPPで採取されたコア試料では1つの堆積シーケンスしか見いだされなかったが,それはボーリング掘削を行った地点が見和層分布域の縁辺であったためと思われる.したがって,見和層全体の堆積過程,堆積年代を明らかにするためには,見和層分布域の中心部でボーリングコアを採取する必要がある.しかし研究計画調書よりも研究経費が減額されたため,ポーリング掘削地点を水戸市南東部からより上流川の水戸市北部に変更し,ボーリング掘削深度を40mから25mに縮小する.これをふまえて本研究を以下のように計画した.(1)文献調査(2)地形分類(3)ボーリング資料収集(4)ボーリング掘削(5)コア試料の処理・解析(6)堆積過程の推定,堆積年代の決定(7)成果の発信,教育への還元【研究成果】文献調査,地形分類,ボーリング資料収集作業の後,ボーリング掘削に着手した。上記の理由により掘削深度が40mから25mに縮小されたため,掘削地点を「勝田凹地」と呼ばれるひたちなか市勝倉に決定し,ボーリング(M1-HNKK-1)掘削を行った。文献調査から基盤の中新統に到達できる場所と考えて掘削したが,25m掘進しても基盤岩は現れず,掘削業者の厚意によりさらに3m伸長したが基盤の多賀層群には到達できなかった。その後,コア試料の処理・解析を産業技術総合研究所で行いコアを観察した。しかし堆積年代を決定的に裏づけるテフラは検出されず,MIS(酸素同位体ステージ)による堆積年代は残念ながら同定できなかった。堆積過程についても,コアの堆積物が見和層下部層のものと思われるが,明瞭な堆積シーケンスが確認できず不明である。今後,さらにコアの詳細な観察を進め,堆積過程および年代の検証を進めて行きたいと考える.教育への還元としては,申請者の勤務する高校にコアを寄付したので,地学の授業でコア試料の観察や研究成果の紹介を行なっていく予定である.【研究目的】本研究の目的は,茨城県水戸市周辺の台地の地下の地層の構造,年代を明らかにすることである.そのため,水戸市南東部の台地縁で深度40mのボーリング掘削を行なう.水戸周辺の那珂台地,東茨城台地は約12.5万年前の海成段丘(海岸段丘)からなり,その地下にはそれより古い中期更新世の見和層と呼ばれる地層がある.見和層の泥,砂礫は海面変動に影響して堆積したと考えられるが,その重なり方,堆積した年代は不明確である.申請者は産業技術総合研究所の植木岳雪研究員,首都大学東京の鈴木毅彦准教授と協力して,昨年度,サイエンス・パートナーシップ・プロジェクト(SPP)の「那珂台地のなりたち"水戸一高のある台地の生い立ちを探る"」というテーマで,高校生を対象とした地学の講座を行った.そして,高校のある水戸市中心部の台地上で深度30mのボーリング掘削を行い,台地の地下の見和層のコア試料を採取した.そのコア試料からは1回の海進・海退を示す堆積シーケンス(地層の重なり)が認められ,約15万年前のテフラ(火山灰)が同定された.このように,本研究は昨年度のSPPに付随する研究を発展させるものである.【研究方法】従来,見和層は地下の谷を埋める2つの堆積シーケンスが認められている.SPPで採取されたコア試料では1つの堆積シーケンスしか見いだされなかったが,それはボーリング掘削を行った地点が見和層分布域の縁辺であったためと思われる.したがって,見和層全体の堆積過程,堆積年代を明らかにするためには,見和層分布域の中心部でボーリングコアを採取する必要がある.しかし研究計画調書よりも研究経費が減額されたため,ポーリング掘削地点を水戸市南東部からより上流川の水戸市北部に変更し,ボーリング掘削深度を40mから25mに縮小する.これをふまえて本研究を以下のように計画した.(1)文献調査(2)地形分類(3)ボーリング資料収集(4)ボーリング掘削(5)コア試料の処理・解析(6)堆積過程の推定,堆積年代の決定

(7)成果の発信,教育への還元【研究成果】文献調査,地形分類,ボーリング資料収集作業の後,ボーリング掘削に着手した。上記の理由により掘削深度が40mから25mに縮小されたため,掘削地点を「勝田凹地」と呼ばれるひたちなか市勝倉に決定し,ボーリング(M1-HNKK-1)掘削を行った。文献調査から基盤の中新統に到達できる場所と考えて掘削したが,25m掘進しても基盤岩は現れず,掘削業者の厚意によりさらに3m伸長したが基盤の多賀層群には到達できなかった。その後,コア試料の処理・解析を産業技術総合研究所で行いコアを観察した。しかし堆積年代を決定的に裏づけるテフラは検出されず,MIS(酸素同位体ステージ)による堆積年代は残念ながら同定できなかった。堆積過程についても,コアの堆積物が見和層下部層のものと思われるが,明瞭な堆積シーケンスが確認できず不明である。今後,さらにコアの詳細な観察を進め,堆積過程および年代の検証を進めて行きたいと考える.教育への還元としては,申請者の勤務する高校にコアを寄付したので,地学の授業でコア試料の観察や研究成果の紹介を行なっていく予定である.
廃金属を電子源とした革新的二酸化炭素変換システムの構築

固体金属から電子を獲得し、二酸化炭素を固定しながら生育する金属腐食微生物の能力を活用することで、他の独立栄養生物とは異なる革新的二酸化炭素変換システムを構築できる可能性がある。本研究では、環境中より酢酸生産能を有する新規腐食微生物を単離するとともに、既報の酢酸菌から腐食能を示す株の特定に成功した。腐食能を有する酢酸菌のうちClostridium carboxidivoransを対象として固体鉄を電子供与体とした際の転写解析により、固体鉄からの電子獲得に関与する遺伝子を絞り込んだ。今後、これらの情報を活用することで、鉄を電子源とした二酸化炭素変換システムの確立ならびに効率化が可能と考えられる。金属腐食微生物の中には固体金属から電子を獲得し、CO2を炭素源として利用する微生物が存在する。そのCO2変換能を活用した革新的CO2変換システムの構築に向けて、本年度はまず金属腐食性酢酸生産菌を環境試料から単離すること、ならびに既報の酢酸菌から金属腐食能を有する種を選抜し、その生産速度を評価することを試みた。その結果、下記の成果を得た。1.湖沼底泥試料由来の腐食微生物群集より、固体金属を電子源、CO2を炭素源として酢酸を生成する新種の金属腐食性酢酸生産菌を単離した。さらに、得られた微生物の詳細な特性解析を実施し、酢酸生産能を明らかにした。2.既存の代表的な酢酸菌および類縁菌種6株での固体金属の電子供与体としての利用可能性を検討すると共に、酢酸生成速度の評価を行った結果、鉄を電子源、CO2を炭素源として酢酸やエタノールを効率的に生産可能な菌種を1株見出した。当初の予定通り、固体鉄を電子供与体として生育することができる腐食性酢酸生産菌の単離に成功するとともに、これまで知られていなかった既存の酢酸菌における腐食能を評価することで、鉄を電子供与体とした酢酸生産に適した菌株を見出すことに成功した。よって、順調に進展していると区分した。固体金属から電子を獲得し、二酸化炭素を固定しながら生育する金属腐食微生物の能力を活用することで、他の独立栄養生物とは異なる革新的二酸化炭素システムを構築できる可能性がある。最終年度までに、環境中より酢酸生産能を有する新規腐食微生物を単離するとともに、国内外の菌株保存機関に登録されている酢酸菌から腐食能を示す株の特定に成功した。これら腐食微生物を用いた効率的な酢酸生産のためには、電子獲得=腐食能力の増強が必要である。しかし、これまでに酢酸菌の金属腐食メカニズムに関する情報はない。そこで、腐食能を有する酢酸菌のうちゲノムが公開されており、高い活性を示すClostridium carboxidivoransに対象を絞り、鉄腐食に関する遺伝子を明らかにするために、H2/COを電子源として培養を行った場合と、鉄を電子源として培養を行った場合で網羅的な転写比較解析を行った。その結果、全遺伝子5167個の中で、鉄を電子源とした場合に10以上転写量が特異的に上昇した遺伝子が44個見出された。これらの遺伝子はC. carboxidivoransの腐食反応において重要な役割を果たす遺伝子群と推定された。これらの遺伝子群には固相表面でのバイオフィルム形成に関与する多糖合成酵素をコードする遺伝子や細胞表面に局在する膜タンパク質をコードする遺伝子が含まれており、特に膜タンパク質については固体鉄からの電子獲得に寄与している可能性が推定された。これらの情報を活用することで、今後、鉄を電子源とした二酸化炭素変換システムの高効率化が可能と考えられる。H27年度に絞り込まれた腐食微生物を対象として、遺伝子組換え、もしくは複数種の微生物混合による二酸化炭素からの有用物質(バイオ燃料)生産系の構築へ向けて研究を推進する。応用微生物学
D_<6h>-対称性をもつ[18]および[30]アヌレン誘導体の合成と反応に関する研究

Kekule-Thieleの要請が充足されれば芳香族性が現れるという古典的有機化学構造論の帰結を実証するために、多くのアヌレンの合成と性質に関する研究が行われている。本研究において、アセチレンおよびクムレン結合を構成単位とするベンゼン高級類似体、D_<6h>-対称性をもつ[18]および[30]アヌレン誘導体の合成に成功し、構造および物理化学的性質を明らかにすることが出来た。今回合成された[18]アヌレン誘導体は熱的に安定な分子であり、スペクトルデータおよびX線結晶解析のデータから、6員環を構成する18個の炭素原子は全て同一平面上に配置され、平均の結合長および結合角はそれぞれ3.997Åおよび118.7゚であり、また、分子はD_<6h>-対称性を有し、強い反磁性環電流の誘起を示し、高い芳香族性を示す事が明らかとなった。これに対して、[30]アヌレン誘導体はD_<6h>-対称性を保持し、強い反磁性環電流を誘起し、芳香族性の特性を示したが、熱的安定性は著しく低下することが判った。これらの結果から、今回合成された[18]および[30]アヌレン誘導体は芳香族性(Aromaticity)と化学的芳香族特性(Aromatic Character)の研究の新規なリ-ド化合物としての有用性を示すかもしれない。少なくとも[18]アヌレン誘導体は予期したより化学的に安定な化合物であり、ベンゼン高級類似体として、構造および反応に関する研究および新規な機能性大環状芳香族化合物への展開が期待される。大環状共役π電子系化合物の構造・反応の特性を明らかにし、新規な機能性物質のシ-ド化合物の探索を目的に、本年度は先ず、D_<6h>-対称性をもつ3,9,15-トリ-(p-(t-トリブチル)フェニル)-1,2,4,5,7,8,10,11,13,14,16,17-ドデカデヒドロ[18]アヌレンを合成した。この化合物は空気中、室温で安定な紫色結晶であった。^1H-NMRスペクトルにおいて、環に直結した水素のシグナルは9.8ppmに観察され、反磁性環電流の誘起が強く示唆された。また、^<13>C-NMRスペクトルにおいて、18員環に帰属される炭素のシグナルはsp^2炭素2種類とsp炭素1種類であることから、アセチレン結合とクムレン結合が共役し、ケクレ型共鳴混成体として存在していることが分かった。また、5,10,15,20,25,30-ヘキサ-(p-(t-トリブチル)フェニル)-1,2,3,4,6,7,8,9,11,12,13,14,16,17,18,19,21,22,23,24,26,27,28,29-テトラコサデヒドロ[30]アヌレンを初めて合成することに成功した。この化合物を有機溶媒に溶解すると濃青紫色を示し、そのUVスペクトルは574nmと708nmに鋭い吸収を示した。また、^1H-NMRスペクトルにおいて、置換ベンゼンの2位のシグナルが約9.0ppmに観測され、反磁性環電流が誘起されていることが示され、この化合物が高い芳香族性を持つことが示唆された。しかし、この化合物は不安定であるため、安定な誘導体への変換を検討している。

本研究において、アセチレンおよびクムレン結合を構成単位とするベンゼン高級類似体、D_<6h>-対称性をもつ[18]および[30]アヌレン誘導体の合成に成功し、構造および物理化学的性質を明らかにすることが出来た。今回合成された[18]アヌレン誘導体は熱的に安定な分子であり、スペクトルデータおよびX線結晶解析のデータから、6員環を構成する18個の炭素原子は全て同一平面上に配置され、平均の組合長および結合角はそれぞれ3.997Åおよび118.7°であり、また、分子はD_<6h>-対称性を有し、強い反磁性環電流の誘起を示し、高い芳香族性を示す事が明らかとなった。これに対して、[30]アヌレン誘導体はD_<6h>-対称性を保持し、強い反磁性環電流を誘起し、芳香族性の特性を示したが、熱的安定性は著しく低下することが判った。これらの結果から、今回合成された[18]および[30]アヌレン誘導体は芳香族性(Aromaticity)と化学的芳香族特性(Aromatic Character)の研究の新規なリ-ド化合物としての有用性を示すかもしれない。少なくとも[18]アヌレン誘導体は予期したより化学的に安定な化合物であり、ベンゼン高級類似体として、構造および反応に関する研究および新規な機能性大環状芳香族化合物への展開が期待される。
スタインベルグ群の拡張とその応用の研究

有限群が多様体に滑らかに作用している状況での同変手術障害は、多様体が偶数次元でかつ境界をもつとき、拡張スタインベルグ群と密接に関係していることを見い出し、以下のように研究した。(1)拡張スタインベルグ群の元のシャープ分解(7要素分解)の各要素と幾何学的変形による交差形式の変形との関連について研究を行い、単純にシャープの理論のアナロジー可能な部分は理論の展開ができた。しかし、多くの困難が今後の研究課題として残った。(2)拡張スタインベルグ群の拡張初等群の完全中心拡大としての定義と相対K-理論とのかかわりについてAnthony Bakらと共同研究を行った。また群が巡回群の場合に拡張K-群の計算をDarius Wilczynskiの協力を得て行った。(3)スタインベルグ群の研究を幾何学的に応用するために、偶数次元の同変多様体について研究した。Errki Laitinenとの共同研究によりオリバー群における特殊な表現空間の存在に関する定理を、柳原守との共同研究により素数巾でない位数の群における特殊な表現空間の存在・非存在に関する定理をKrzysztof Pawalowskiとの共同研究により特殊な表現空間や同変ベクトル束の存在に関する結果を得た。この研究で得られた結果の一部については日本数学会総合分科会や変換群論シンポジウムにおいて発表した。またこの研究を支えて下さった事務の方々、そして研究に理解を示し、協力して下さった他大学の研究者の皆様にこの場をおかりし感謝の意を表します。
革新的な数値計算スキームで挑む多次元恒星進化計算

本研究課題は回転星の準静的進化を従来のような角度平均をとった1次元モデルを用いるのではなく、独自の定式化と数値計算スキームにより軸対称2次元の力学平衡解を数値的に構成することで計算することを目指しており、以下の二つの課題を並行して進めている。1.W4法による恒星の構造・進化計算。2.W4法自体の改良と効率化。以下の各項目について今年度の成果を述べる。1.に関して、前年度に引き続き質量座標系に基づく星の多次元平衡形状解を求める手法の改良を行った。今年度は特に高速で回転してひしゃげている二次元の恒星の構造を計算した。ラグランジュ座標が回転でひしゃいでくると数値計算が困難になってきたため、ひしゃげた座標に対して座標変換を行い計算を行った。その結果、差動回転をして大きくひしゃげた恒星の構造を二次元ラグランジュ座標上で計算することに成功した。2.に関しては、前年度に引き続きW4法の数理的基礎づけとスキームの改良を行った。連立方程式から求まるヤコビ行列を適切な2つの行列に分解し、それぞれを三項間漸化式の一番目の式と二番目の式に用いることで局収的な収束性と大局的な収束性を両立することに成功した。特に、ヤコビ行列を上三角行列Uと下三角行列Lで分解するUL分解法や、下三角行列Lとハウスドルフ行列Hで分解するLH分解法が良い収束性を持つことが分かり、その数理的な解析も行った。これらの結果に関しては現在論文としてまとめており、専門の学会や国際会議の論文として投稿する予定である。さらにW4法を用いた応用として、超新星爆発の中心部における回転と磁場を伴った定常降着流問題を系統的に求めた研究を国際誌で発表した。本研究課題は、我々の研究グループが独自に考案した非線形連立方程式を数値的に解く方法であるW4法に関するもので、(1)W4法による高速自転する恒星の構造・進化計算と、(2) W4法自体の改良と高効率化の2つのサブ課題からなっている。以下、各サブ課題ごとに研究実績の概要をまとめる。(1)軸対称2次元の質量座標系において星の平衡形状を数値的に求める定式化の改良を行った。申請当初からすでに、回転を伴わない球対称1次元の計算に関しては、W4法を適用して平衡解を導くことに成功していたが、初年度はこれを2次元問題へと拡張することに努めた。単純な拡張に思えるが、従来のニュートン法などでは平衡解を求めることができなった問題である。今回W4法を用いることによって、球対称から外れた初期条件から球対称解析解を再現する例をいくつか見出した。現在は解の収束性にまだ問題が残っているため、サブ課題(2)で改良された手法を用いた計算を開始している。(2) W4法の数理的基礎づけとスキームの改良を行った。その結果、連立方程式から求まるヤコビ行列を適切な2つの行列に分解し、それぞれを三項間漸化式の一番目の式と二番目の式に用いることで局収的な収束性と大局的な収束性を両立することに成功した。特に、ヤコビ行列を上三角行列Uと下三角行列Lで分解するUL分解法が良い収束性を持つことが分かり、その収束性に関する数理的な解析も行った。また、他の様々な分解や行列処理を試行錯誤することで数理的な体系化を行った。これらの結果に関しては現在論文としてまとめており、論文として近く投稿する予定である。また、Spin-2の場で作られる星状オブジェクトの形状を求めた論文をPhysical Review Dに出版した他、超新星コアにおいて定在衝撃波を通る回転と磁場を伴った定常降着流を系統的に求めた研究を国際会議で発表した。(1)のサブ課題については、当初の我々の予想通り、動径方向やθ方向のみに解の探索方向を限れば、2次元平衡解が得られることが確かめられ、改めて我々の手法には大きな可能性が秘められていることがわかった。しかし、完全な2次元計算では収束に至っていないため、一層の改善が必要である。またこれとは別に、離散化された各体積要素に関する取り扱いを当初の方針から大幅に変えた。その結果、回転を伴わない球対称星の1次元と2次元における構造計算は完全に一致するようになった。(2)のサブ課題については、当初の計画通りにW4法の収束性の改良と数理的な面での体系化に取り組んだ。ニュートン法などのこれまでのほぼ全ての計算法は、連立方程式から求まるヤコビ行列や近似的なヤコビ行列を漸化式に用いており、ヤコビ行列が正則でなくなる近傍で漸化式が発散を起こしてしまうため解が求まらないことがあった。これに対しW4法は三項間漸化式形式の逐次代入法であるため、ヤコビ行列を分解して一番目の漸化式と二番目の漸化式にそれぞれ用いることが可能であり、適切な行列の分解を用いることでこの発散を回避し収束性を大きく向上できることが明らかになった。さらに、行列の分解という視点で数理的な体系化を行うことが可能となり、様々な分解を試した結果、上三角行列Uと下三角行列Lで分解するUL分解法や、QR分解法に基づいてハウスホルダー行列を用いたLH分解法が特に収束性が良いことを明らかにできた。本研究課題は回転星の準静的進化を従来のような角度平均をとった

1次元モデルを用いるのではなく、独自の定式化と数値計算スキームにより軸対称2次元の力学平衡解を数値的に構成することで計算することを目指しており、以下の二つの課題を並行して進めている。1.W4法による恒星の構造・進化計算。2.W4法自体の改良と効率化。以下の各項目について今年度の成果を述べる。1.に関して、前年度に引き続き質量座標系に基づく星の多次元平衡形状解を求める手法の改良を行った。今年度は特に高速で回転してひしゃげている二次元の恒星の構造を計算した。ラグランジュ座標が回転でひしゃいでくると数値計算が困難になってきたため、ひしゃげた座標に対して座標変換を行い計算を行った。その結果、差動回転をして大きくひしゃげた恒星の構造を二次元ラグランジュ座標上で計算することに成功した。2.に関しては、前年度に引き続きW4法の数理的基礎づけとスキームの改良を行った。連立方程式から求まるヤコビ行列を適切な2つの行列に分解し、それぞれを三項間漸化式の一番目の式と二番目の式に用いることで局収的な収束性と大局的な収束性を両立することに成功した。特に、ヤコビ行列を上三角行列Uと下三角行列Lで分解するUL分解法や、下三角行列Lとハウスドルフ行列Hで分解するLH分解法が良い収束性を持つことが分かり、その数理的な解析も行った。これらの結果に関しては現在論文としてまとめており、専門の学会や国際会議の論文として投稿する予定である。さらにW4法を用いた応用として、超新星爆発の中心部における回転と磁場を伴った定常降着流問題を系統的に求めた研究を国際誌で発表した。W4法の実装には解くべき方程式に応じて様々な定式化が考えらるが、初年度にサブ課題(1)において我々が適用したものはそのうちの最も簡略化されたものである。最終年度サブ課題(1)では、初年度にサブ課題(2)において改良されたものを含む色々な定式化を試す予定である。これがうまくいけば、回転の効果や、核反応、熱の輸送などを順次段階的に取り入れていく予定である。一方サブ課題(2)に関しては、W4法自体の収束性の改良と数理的な体系化は初年度でほぼ完了したため、今後は当初の計画通り、計算の高速化と並列化に取り組む。ニュートン法などの直接法は行列の直接的な反転を伴うため計算時間が変数の数Nに対してN^3となり、変数が多い場合には高速化に向いていない。一方でW4法では、LH分解法はN^2の計算時間で行うことができるため、高い収束性を保ちながら高速化を行うことが可能である。さらにUL分解法に関しても、ヤコビ行列が疎行列である場合は近似的な分解を行うことで高速化が可能であることがすでに明かになっており、今後は高速化・並列化と相性の良いような行列分解と前処理を系統的に試していくことでW4法のさらなる高効率化を行っていく。年度末に開催した国際研究集会における招待講師の旅費、滞在費の予測に若干の誤差があったため。少額であるため、次年度の旅費等に組み入れて使用する予定。
琵琶湖深水層で優占する細菌系統ＣＬ５００－１１の生態解明

昨年度までに実施した、全国10の大水深淡水湖の網羅的調査の成果をThe ISME journal誌に発表した。この研究では、これまでの琵琶湖における研究で見つかっていた深水層特異的な細菌系統が他の大水深淡水湖の深水層においても広く分布・優占することを明らかにし、有酸素深水層の生態系および物質循環が表水層とは異なる独自の細菌群集によって駆動されていることを示した。この結果は、有酸素深水層に焦点を当てたさらなる研究の必要性を明示しており、今後は各細菌系統の生理・生態学的な特性を解明し、有酸素深水層の生態系・物質循環プロセスにおけるその役割と重要性を明らかにすることが課題となる。そこで今年度は発展的な研究として琵琶湖微生物サンプルのメタゲノム・メタビローム解析を実施した。メタゲノム解析からは琵琶湖に生息する多数の細菌系統のMetagenome-assembled genomeが構築され、その生理・生態を紐解く情報が得られた。メタビローム解析では、これまでに180個以上の完全長ウイルスゲノム、さらに(完全長ではない)4000本以上のウイルスゲノム断片が得られ、その多くが未知のウイルス系統であったとともに、主要な細菌系統に感染するファージも特定された。これらの成果は、クロアチアで行われたSymposium on Aquatic Microbial Ecologyにて発表した。さらに湖沼の微生物生態学で著名な研究所であるスイス・チューリッヒ大学のLimnological Stationに2か月半滞在し、Lake Zurich, Lake Maggioreをはじめとする、複数のヨーロッパの大水深淡水湖にておいて比較環境ゲノム解析を実施するためのメタゲノムサンプルを収集した。29年度が最終年度であるため、記入しない。CL500-11系統をはじめとする、大型淡水湖沼の有酸素深水層で優占する細菌の生態解明に向け、初年度である今年度は、網羅的な調査を通じ、深水層に出現する主要な系統を特定することを目標とした。具体的には以下の1および2を実施した。1琵琶湖における時空間網羅的な細菌群集組成の調査琵琶湖沖定点において時空間的(3水深×15か月)に採集されたサンプルを用いて、16S rRNA遺伝子をターゲットにした細菌群集組成の解析を行った。その結果、従来研究において淡水の表水層で優占するとされてきた系統とは門レベルで異なる、新規性の高い系統が深水層において多数見つかった。本研究は、有酸素深水層に生息する細菌群集をターゲットに時空間的網羅的に分析した初の調査であり、大型湖沼における今後の生態学的研究に基礎的な知見を与えるものである。本研究の成果は、国内外の学会で発表し、国際学術誌に投稿済み(現在査読中)である。2有酸素深水層を有する日本各地の湖の比較調査琵琶湖で見つかった深水層特異的な系統(研究1)は、琵琶湖以外の湖沼にも広く分布する重要系統であるという仮説のもと、2015年の夏秋にかけ、有酸素深水層を有する国内10湖の湖心にて鉛直的に採水を行い、16SrRNA遺伝子をターゲットにした細菌群集組成の解析を行った。その結果、琵琶湖で特定された深水層特異的系統は、他の複数の湖沼の深水層でも高い現存量を示し、淡水湖沼の有酸素深水層に広く生息することが明らかとなった。さらに各系統とも、全ての湖に同様に分布する訳ではなく、それぞれ現存量が高い湖と低い湖の違いが見られた。このことから、それぞれの細菌系統は、異なる生理的な機能、異なるニッチ(生態学的地位)を有する系統であると考えられる。次年度以降はそれぞれの主要系統の生理的活性や生態系内での機能を明らかにしていくことが課題である。今年度は当初の研究計画通り、有酸素深水層を有する全国の淡水湖沼にて調査を行ったが、各調査地へのアクセスを有する外部研究者と積極的にコミュニケーションをとることで、当初の想定を超える10の湖沼での調査を実現した。その結果、複数湖沼の深水層でCL500-11系統の細菌が優占することを確認し、計画当初より立てていた仮説の立証に成功した。さらに全国調査と並行し、過去に琵琶湖において採取したDNAサンプルを用いて、次世代シーケンサーによる細菌群集組成の解析を行い、深水層特異的に生息するCL500-11以外の細菌系統の特定にも成功した。この成果は、当初の研究計画には無いものであるが、本成果の成果は、国内外の複数の学会で発表(うち2件は受賞)され、すでに論文も投稿済みである。さらに次の研究目標である湖沼深水層に生息する主要細菌系統のゲノム解読やウイルス感染動態の解明に向け、すでに予備実験を開始し、次年度中には本実験を開始できる見込みである。以上の成果より、今年度の研究は当初の計画を超える進展があったと評価できる。昨年度に引き続き大水深淡水湖の深水層に生息する細菌系統の知見の整理(1)を進めるとともに、新たに採集した琵琶湖サンプルを用いてメタゲノム解析(2)およびビローム解析(3)を行った。上記(1)に関しては、CL500-11, CL500-3, CL500-15, CL500-37, Nitrosoarchaeum等の深水層特異的な細菌系統をFISH法を用いて顕微鏡下で特異的に染色・定量することに成功し、日本全国の大水深湖で採集したサンプルを用いて、その量的な重要性を明らかにした。さらに、シーケンスした16S rRNA