hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メタボローム解析から俯瞰するシロアリの高効率セルロース分解・代謝系

本研究では消化管内に存在する分解産物や代謝物の多様性と分布について一次元(^1H)および二次元核磁気共鳴法(^1H,^<13> C NMR)を応用し、シロアリ類による消化システムの全貌を明らかにするための実験系を確立することを目的とした。オオシロアリの消化管内容物を解析した結果、多様な代謝物を検出することができた。同時に、シロアリ消化系におけるセルロース分解やアミノ酸代謝についてバクテリアの関与を示唆する新たな結果が得られた。シロアリ類による効率的な木材分解の仕組みは多くの研究者の注目を集めてきた。本研究では消化管内に存在するセルロース分解産物や代謝物の多様性と分布を一次元(1H)および二次元核磁気共鳴法(^1H,^<13>C NMR)を用いて調べることによって、セルロース分解に関連する新規の代謝系の探索とそれらが関与する消化管部位の推定を試みた。実験材料として屋久島にて採集されたオオシロアリを用い、^<12>Cセルロース摂食個体群(コントロール)と酢酸菌に合成させた^<13>Cセルロース(ナタデココ)摂食個体群を用意し、同一条件下で飼育した。摂食開始後は24時間まで3時間おきに解剖を行い、各消化管部位別(前腸・中腸・後腸前半部・後腸後半部)にNMR用サンプルを調整した。また24時間後以降は24時間おきに解剖を行い、1週間にわたるサンプル調整を行った。これらのサンプルの間でNMRスペクトルの比較を行い、消化管内におけるセルロース分解・代謝産物分布の経時変化を記録する。さらに一定期間の^<13>Cセルロース摂食後、通常のセルロースを摂食させ、経時的に消化管内に残存する^<13>Cセルロースの代謝物変化を記録した。この際、餌として用いたセルロースについてもNMRスペクトルを記録した。その結果、摂食直後から前腸におけるセロオリゴ糖濃度が急激に上昇し、中腸では高濃度のアミノ酸蓄積が認められた。後腸においては、通常のセルロース分解系以外に加リン酸分解による代謝系の存在も示唆された。興味深いことに、土壌と常に接触していたシロアリは木材のみを摂食させたシロアリに比べて、消化管各部におけるアミノ酸を含む各種代謝物濃度が高くなる傾向があることが認められた。前年度は^<13>C-セルロースを摂食させたオオシロアリの消化管を解剖し、経時的に代謝物のNMRスペクトルを観察した。本年度は最終年度であることから前年度の解析によって蓄積されたデータの解析と補強に努め、研究結果の取りまとめを行った。具体的には前年度に同定された代謝物データの多様性を解析し、経時データにおける各代謝物の量的変動をセルロース分解・代謝に関連する因子を中心に明らかにした。特に統計的解析の結果、セルロース分解に沿って現れるセロビオースやグルコース、グルコース6リン酸やフルクトース6リン酸に加えて、グルコース1リン酸が同様の挙動を示していることが明らかとなった。また、一部のアミノ酸は他の代謝物とは異なる挙動を示すことも明らかとなった。さらに、本年度は追加的実験としてデータの再現性を確認するために、通常の摂食状態にあるオオシロアリと、^<13>C-セルロースを24時間接触させたオオシロアリについて、それぞれ3グループずつ2次元NMRによる代謝物解析を行った。その結果、いずれの場合でも糖類は前腸で、その他の代謝物は後腸で強いシグナルが得られた。以上の結果から、シロアリセルロース消化系におけるセルロース初期代謝経路とそれにともなう微生物の関与、特にアミノ酸生合成について極めて重要な知見を得ることができた。今後、さらにデータ整琿を行い、原著論文にまとめる予定である。
浮遊性かいあし類における化学物質による休眠卵産生の誘因

休眠卵から飼育した浮遊性かいあし類Eurytemoraaffinisの後期ノ-プリウス幼生3,000個体を10mlの蒸留水中(1)で、また成体400-800個体を20mlの蒸留水中(2)でそれぞれすり潰し、4,500rpmで10分間遠心分離し、その上澄みをかいあし類抽出液とした。実験には、400mlのガラス瓶を用い、濾過湖水に餌としてCryptomonas tetrapyrenoidosaを充分量加えたものを飼育水とした。これに、孵化直後のノ-プリウス幼生50個体を入れ、先のかいあし類抽出液を適宜加え、3-4日間隔で飼育水を交換した。なお、新しい飼育水に交換した際には、再びかいあし類抽出液を加えた。対照区としては、抽出液と同量の濾過湖水を加えた。対照区と、ノ-プリウス幼生からの抽出液(1)ではどちらも全く休眠卵を作らなかったのに対して、成体からの抽出液(2)では90%以上の雌が休眠卵を作った。これらの結果は、コペポ-ダの体成分のうち水溶性の物質が明らかに休眠卵産生を誘引することを証明した。また、一度に加えた抽出液は、乾重量に換算すると、ノ-プリウス幼生からのものが0.12mgであるのに対して、成体からのものが0.32mgであり、(1)と(2)の結果の違いは、おそらく抽出液中の誘引物質の濃度に依存したためと考えられる。
微生物酵素を用いた革新的な糖鎖付加技術の開発とその機能性糖鎖複合体の合成への応用

糸状菌Mucorhiemalisが生産するエンドグリコシダーゼEndo-Mの特異な糖転移活性を活用して化合物に糖鎖を付加する技術を開発した成果を踏まえて、Endo-Mの変異酵素を利用した機能性糖鎖複合体の合成を行った。すなわち、加水分解活性が抑制され糖転移生成物が効率的に得られる変異酵素N175Hを取得し、シアロ糖ペプチドを糖鎖供与体として糖転移反応を行うことにより、酵母で発現したバイオ医薬品ヒトIgGの酵母型糖鎖をヒト型糖鎖に変換することに成功した。また、コアフコースを有する糖鎖に特異的に作用する変異酵素W251Nを取得し、抗がん剤リツキサンから糖鎖を遊離して細胞傷害活性の促進を試みた。我々は土壌より単離同定した糸状菌(Mucor hiemalis)が生産するエンド型のグリコシダーゼであるエンド-β-N-アセチルグルコサミニダーゼ(Endo-M)の特異な糖転移活性を活用することにより糖鎖をさまざまな化合物に転移付加して、多くの機能性糖鎖複合体を酵素合成するとともに、その糖転移生成物の収率を高めることを目的として、糖転移活性が促進され、加水分解活性が抑制された変異酵素の取得を、触媒中心付近のアミノ酸残基を改変することによって試みた。その結果、本酵素の反応中間体であるオキサゾリン型糖鎖を合成し、これを糖鎖供与体基質として用いて糖転移反応を行うことにより、糖転移生成物の加水分解が抑制され、糖転移生成物が蓄積されて高収率で糖転移生成物が得られる変異酵素“グライコシンターゼ"を取得した。本研究では、“グライコシンターゼ(N175Q)"の糖転移反応について検証し、オキサゾリン型糖鎖を用いることなく、N-結合糖鎖を有する糖ペプチドを糖鎖供与体として用いることによって糖転移反応が可能であることを見出した。そこで、より容易な糖転移反応法を他の変異酵素を用いて検討した結果、N175Q変異酵素の他に、N175H変異酵素についても、シアロ糖ペプチドを糖鎖供与体として糖転移反応が可能であることを見出した。しかも、長時間の糖転移反応により、N175Q変異酵素よりも高収率で糖転移生成物が得られることを見出した。そこで、本変異酵素を用いて糖タンパク質の糖鎖のリモデリングを試みた。すなわち、酵母で発現させたヒトIgGの特異な高マンノース型糖鎖をEndo-Hで加水分解した後、N175H変異酵素とシアロ糖ペプチドを用いて糖転移反応を行うことにより、ヒト型糖鎖であるシアロ複合型糖鎖を有するヒトIgGに変換することに成功した。すなわち、酵母によって大量生産したIgG糖タンパク質をヒトに適合した抗体医薬に変換する実用レベルの生産技術を開発した。本研究の目的の一つであるタンパク質に糖鎖を付加する糖転移活性が促進され、加水分解活性が抑制されたEndo-Mの変異酵素を取得することを試みた結果、従来、取得していたN175Q変異酵素の他にN175H変異酵素が効率的な糖転移活性を有することを見出した。すなわち、N175Qと同様に、オキサゾリン型糖鎖を供与体として用いることによって、効率的に糖転移生成物を得ることができる酵素であった。さらに、オキサゾリン型糖鎖のみならず、シアロ糖ペプチドのシアロ糖鎖を受容体に転移付加することも見出した。そこで、N175Hを用いて、組換え糖タンパク質の糖鎖のリモデリングを試みた。すなわち、組換え酵母由来のヒトIgGについて、酵母型の高マンノース型糖鎖をヒト型糖鎖(シアロ複合型糖鎖)にN175H変異酵素を用いて変換することを検討した。まず、組換えIgGについてEndo-Hを作用させ、糖鎖の切断効率をヒトIgG抗体を用いたウェスタンブロッティングで調べたところ、ヒトIgGの重鎖の糖鎖が遊離したタンパク質が、SDS-PAGEによってもとの重鎖のタンパク質に比べて下方に移動していることを確認した。すなわち、Endo-Hを作用した組換えIgGについてはほとんど全ての糖鎖が遊離したことが確認された。そこで、このような糖鎖を除去したヒトIgGを用いて、糖鎖のすげ替えを行った。シアロ複合型二本鎖糖鎖を有する卵黄由来糖ペプチドを糖鎖供与体としてN175H変異酵素を用いて酵素反応を行い、ヒトIgG抗体を用いたウェスタンブロッティングによって調べた結果、シアロ糖鎖が付加された組換えIgGが見出された。また、シアル酸を認識するSNAレクチンを用いたブロッティングによってもシアロ糖鎖が付加されたことが確認され、これらの結果から、酵母で生産された組換えIgGの糖鎖がヒト型糖鎖に変換されたことを明らかにした。前年度までにバイオ医薬品であるヒトIgGの糖鎖の挿げ替えについて、組換え酵母由来のヒトIgGの糖鎖をEndo-Mの部位特異的変異酵素Endo-M-N175Hとシアロオキサゾリン糖鎖を用いてヒト型糖鎖にリモデリングすることに成功している。そこで、本年度はヒトIgG糖鎖のすげ替えと応用性の拡大を諮るために、Endo-Mの基質特異性の改変を試みた。Endo-Mは動物細胞によって生産される糖タンパク質に多く見出されるコアフコースを有する糖鎖に対しては全く加水分解活性を示さない。しかし、抗体医薬ヒトIgGのコアフコース含有糖鎖を除去すると細胞傷害活性が飛躍的に高められることが知られており、Endo-Mがこのような糖鎖に対して加水分解活性を発揮することができれば有用性が増大する。

そこで、コアフコースを有する短い糖鎖(M3N2F)に対して加水分解活性を有するEndo-Dと全く活性を有しないEndo-Aの酵素タンパク質の構造比較より、コアフコースを有する糖鎖に対して作用するEndo-Mの取得を試みた。すなわち、Endo-Mと基質特異性が類似しているEndo-Aは活性中心ポケットが狭くて深い構造をしており、一方、Endo-Dは活性中心が広くて浅い。そこで、ポケットを縮めているEndo-AのW244に相当するEndo-MのW251に対する部位特異的変異酵素W251Nを作成して、マンノース3糖を結合したジアセチルキトビオースにフコースが結合したビオチン化合物(M3N2F-biotin)に作用したところ、加水分解活性を示した。得られた生成物はMALDI-TOF/MS分析によりフコシルN-アセチルグルコサミニルビオチン(FN-biotin)であることを同定した。さらに、コアフコースを有する糖鎖を持つ糖タンパク質である抗がん剤のリツキサンやヒトラクトフェリンの糖鎖をも遊離することを確認した。糸状菌Mucorhiemalisが生産するエンドグリコシダーゼEndo-Mの特異な糖転移活性を活用して化合物に糖鎖を付加する技術を開発した成果を踏まえて、Endo-Mの変異酵素を利用した機能性糖鎖複合体の合成を行った。すなわち、加水分解活性が抑制され糖転移生成物が効率的に得られる変異酵素N175Hを取得し、シアロ糖ペプチドを糖鎖供与体として糖転移反応を行うことにより、酵母で発現したバイオ医薬品ヒトIgGの酵母型糖鎖をヒト型糖鎖に変換することに成功した。また、コアフコースを有する糖鎖に特異的に作用する変異酵素W251Nを取得し、抗がん剤リツキサンから糖鎖を遊離して細胞傷害活性の促進を試みた。糖鎖付加技術の高度効率化と糖タンパク質の糖鎖のリモデリングの実現という目標について、おおむね大きな進展があった。すなわち、本研究の応用に向けた目標であるEndo-Mの変異酵素を用いた組換え糖タンパク質の糖鎖のヒト型糖鎖への変換に関して、未だプレリミナリーな段階ではあるが、リモデリングに成功することができた。とりわけ、バイオ医薬品として重要な抗体医薬であるヒトIgGを酵母で生産させて得られた組換え糖タンパク質の糖鎖をヒト型糖鎖に変換することに成功したことは今後のバイオシミラー医薬品の製造に向けて大きな貢献をすることになったと考える。今後はこのヒト型糖鎖を有する組換え糖タンパク質を大量に取得する方法を考えなければならない。すなわち、バイシミラー医薬品は安全性が担保されることが重要であり、厳密な安全性の諸問題をクリアーする必要があるが、その際に問題となるのが糖鎖の抗原性である。この問題を解決するためには抗原性を持たないことが既に知られている糖鎖をタンパク質へ付加する技術が重要になって来る。本研究において、Endo-Mの変異酵素により、ニワトリ卵黄から比較的に容易に得ることができる糖ペプチドの糖鎖を組換えヒトIgGに転移付加して、糖鎖をリモデリングできる技術を開発できたことは目標の達成に近づいたと考えられ、医薬や医療の分野への波及効果は大きいと考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。応用微生物学平成27年度の本研究の実施推進方策としては、Endo-M酵素を改変して、その基質特異性を拡大するために結晶化を行い構造解析を行って、基質が入り込むポケットを大きくした変異酵素を得ることを目的としている。先ず、(1)Endo-M酵素の結晶化を試みる。
消化器癌における術中リアルタイムがん診断自動解析システムの新規開発

術前がん診断は医療技術の進歩により診断精度の向上を認める一方、手術前に良悪性の診断がつかない場合や手術中に切除断端診断を補助する場合は手術中の迅速病理診断が推奨され、この診断に基づき臓器切除範囲が決定される。この迅速病理診断は時間的制約や凍結処理の二次的変化による診断の困難性・切片の限定的検索範囲から,迅速診断の結果が最終病理診断と異なることがあり、根治性を保つ手術施行に克服すべき課題となる。本研究は、消化器がんにおいて細胞レベルでの観察が可能である共焦点レーザー内視鏡を用いた術中リアルタイムがん診断法を構築し、さらに細胞・組織形態情報を基盤としたがん自動診断解析システムの開発を目標とする。
前周期遷移金属錯体と14族化合物との反応

第14族元素ハロゲン化物もしくはスタノキサン類、すなわち様々なクロロシラン、クロロゲルマン、クロロスタナン類ならびにアルコキシスタナン類はビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウム・エチレン錯体と速やかに反応し、ベータ位に第14族元素をもちエチレンがシグマ架橋した興味深いジルコノセン錯体が収率よく生成することがわかった。その中でトリフエニルシリルクロライトとの反応で生じる生成物を重水で加水分解すると(2-デューテロエチル)トリフェニルシランが収率82%、D化率93%で得られた。また、この一連の反応によって生成する第14族元素をベータ位にもつジルコニウム錯体のプロトン、炭素ならびにスズNMRスペクトルを詳細にわたって検討した。これら錯体の反応を種々検討した結果、いくつかの興味深い反応を見いだすことができた。ジルコノセン・エチレン錯体とトリブチルスズクロライドとの反応で生成するクロロビス(シクロペンタジエニル)(2-トリブチルスタニルエチル)ジルコニウム錯体は、トリフェニルゲルマニウムクロライドとの反応で、スズ部位とゲルマニウム部位が交換した錯体である(2-ゲルミルエチル)ジルコニウム錯体を高収率で与えた。また、ジルコノセン・エチレン錯体とトリフェニルスズクロライドとの反応で生成するクロロビス(シクロペンタジエニル)(2-トリフェニルスタニルエチル)ジルコニウム錯体のTHF溶液を、エーテルもしくはヘキサンを加えて静置したところ、炭素-スズ結合が切断されスズがジルコニウムと結合し、かつエチレンがサイドオンでミュー2-配位した複核錯体であるビス(トリフェニルスタニルジルコニウム)エチレン錯体の結晶を与え、この錯体の構造をエックス線結晶構造解析により決定した。
タブレットPCを用いた理科の実験技能育成のための反転授業教材の開発

本研究の目的は、教員志望大学生が理科を指導する教員として実験技能を身につけるためのマンガ反転授業用教材を開発し、その学習効果を明らかにすることである。本教材は、気体検知管の操作方法がマンガで描かれており、タブレットPCを用いて操作するもので、2年間をかけて2回の改良を加えた。加えて、Webベースでの配信に向けたデジタルコンテンツの基礎準備も完了した。本研究の目的は,教員志望大学生の理科嫌いの克服と指導力を養成するために,タブレットPCを用いた理科の実験技能育成のための反転授業教材を開発することであった。具体的には小学校教員志望大学生が苦手とする粒子領域の気体検知管の操作に着目し,児童実験の場面で起こる実験道具の誤操作をマンガでタブレットPC上に表示し,学習者が誤操作を見つけ,正しい操作と比較することができるWeb教材としてシステム開発した。これにより,学習者は,単に操作を覚えるのではなく,操作の意味を意識しながら操作技能の習得が期待できる。26年度は,はじめに,マンガ反転教材の初期版を用いて小学校教員志望大学生を対象にシステムの使用感や操作性の評価を行った。結果はおおむね良好であったが,ここで得られた改善意見を基に改良版を作成した。改良版の開発については,学会においてポスター発表を行った。続いて,この改良版のシステム評価と実験的評価を行った。教員志望大学生を対象に評価実験を行ったところ,次の3点において効果が確認できた。(1)マンガ反転授業教材の操作感や使用感について,質問紙調査を実施したところ,ほぼすべての項目において有意に肯定的な評価を得た。(2)気体検知管の実験操作技能の習得を評価するために,実験操作技能の実技テストを実施した。その結果,7つの調査項目中3項目において正確に実験することができた人数が有意に多かった。(3)実験知識の獲得を事前,事後,遅延テストで評価したところ,事前テストより事後・遅延テストの結果は有意に高かった。これらのことから,学習者は授業前にマンガ反転授業用教材を使用することで,学習内容に対する関心と十分な基礎知識を獲得することが示唆された。また,同時に実施した初期版との比較実験に関しては,操作時間に大きな差が見られた。この結果については学会において口頭発表を行った。本研究の目的は、小学校教員志望大学生が理科を指導する教員として気体検知管の実験技能を身につけるためのマンガ反転授業用教材を開発し、その学習効果を明らかにすることである。研究に至った経緯は、教員志望大学生が気体検知管の操作指導が苦手であることと、教員養成課程を持つ大学で、十分な理科実験指導を行う時間を確保できていない現状に対して、より効果的な学習教材と方法を提案するためである。本教材は、2年間をかけて2回の改良を加え、現在では改良版IIが完成している。本教材の特徴は、タブレット端末を利用したマンガで描かれたコースウエアとして作成されている。学習のながれは、1燃焼後の空気中にある気体の成分を想定する問題提起場面。2二酸化炭素・酸素・窒素で使用する気体検知管を用いた児童実験における誤操作の発見場面。3選択した誤操作と正しい操作を比較検証する場面。4誤操作の再確認場面から構成されている。阪神間の2大学に通う小学校教員志望大学生を対象に、1実験知識習得テスト、2使用感・学習効果に関する質問紙調査、3使用時間に関する評価を行った結果、本教材は反転授業用教材として有効に活用できることが確認できた。これらの研究成果は、5回にわたって学会で発表し、2016年1月には,全体の成果をまとめたものを日本科学教育学会の学会誌「科学教育研究」に投稿し査読中である。また,現在ではWebベースでの配信に向けた準備も完了している。26年度に予定したマンガ反転授業用教材のシステム開発とWeb版での実験研究を行い,教材評価が進んでいる。さらに,改良版の開発と実験研究を行った。科学教育タブレットを用いたマンガ反転授業用教材初期版と改良版で得られた知見をもとに,さらに改良を加え完成版を開発し実践的評価を行う。これにより本教材の有効性と妥当性を明らかにする。開発したタブレットを用いたマンガ反転授業用教材は,まだ改良の必要性があるため、完成後に作成費用の支払いが発生する。これを完成版として,実践的評価を行うことで,本教材の有効性と妥当性が明らかになる。タブレットを用いたマンガ反転授業用教材を完成した後の作成の謝金として支払う。また、反転授業用教材としての実証実験を実施することで評価を行い,その研究成果を国内および国際学会で発表する。
オイル産生藻類の交配育種に向けた有性生殖機構の解明

光合成能力を持った微生物である微細藻類のなかには、脂質や炭化水素などのオイルを作るものがいます。そのような微細藻類(オイル産生藻類)が作る油は「緑の原油」と呼ばれ、再生可能でカーボンニュートラルな次世代燃料となる可能性があります。しかしながら、現在知られているオイル産生藻類は、増殖が遅いなどの問題があり、実用化に必要な屋外大量培養に至っていません。実用化に向けて、農作物などで行われているような品種改良を進める必要があると考え、本研究では、オイル産生藻類の交配育種の実現に必要な有性生殖機構の解明と、有用な形質をもった野生の遺伝資源の探索に関する研究を実施しました。脂質や炭化水素などのオイル成分を作る微細藻類はカーボンニュートラルな次世代燃料となることが期待されている。これまでオイル含量の高い株、増殖速度の早い株、薬剤耐性がある株などが突然変異育種や野生株のスクリーニングによって国内の研究者によって単離されている。今後は、これらの有用形質をあわせもった超優良株の作出が実用化に向けて要求されている。しかしながら、オイル産生藻類では遺伝的に異なる株を交配させるための有性生殖の仕組みが分かっていないものが多く、実用化や研究展開を妨げる一つの障壁となっている。そこで本研究は、炭化水素を作るオイル産生藻類Botryococcusbrauniiを材料とし、今までのところ本種では報告のない有性生殖の実態解明を目的とした。初年度は、実験材料とするため、日本各地の湖沼からB.brauniiの野生株を数十株単離した。また、国際的な基準株の一つなっているshowa株を使い、フローサイトメーターを使って1細胞あたりのDNA量を測定するための方法論の検討を行った。これは、有性生殖が起こった場合、通常の細胞よりもDNA量が倍加した細胞(接合子)が発生することが予測されるためであり、これを定量的に調べる方法論を開発するためである。栄養素欠乏などのいくつかのストレス条件に置かれた場合に、showa株の細胞集団の中から、DNA量の変化した細胞が発生するかどうかをフローサイトメーターを使って調べた。フローサイトメーターによるDNA量の測定は、予測されたよりもバックグランドが高く精度が悪かったこともあり、目的としていたようなDNA量の変化を引き起こす培養条件を特定することはできなかった。オイル産生藻類の有性生殖機構を解明するため、有性生殖時にのみ発現すると考えられている減数分裂を制御する9つの遺伝子について、ゲノム情報をもとに存在を調べた結果、9つ全ての遺伝子を保持していることが分かった。一方、既存のESTデーターベースでは9つのうち2つ(SPO11とDMC1)のみが発現しており、その他の7つの遺伝子は通常の培養条件では発現していない可能性が高いことが分かった。現在、これらの遺伝子の発現を誘導するための培養手法について検討している。オイル産生藻類の交配育種のための遺伝子資源を確保するため、日本各地の淡水湖沼から野生株を単離した。8月と2月にはインドネシアの熱帯泥炭湿地林でも調査を行い、野生株を単離した。単離した野生株の遺伝子情報を簡便に入手するためのダイレクトPCR法を開発した。この手法を使って、野生株の18Sリボソーム遺伝子の情報を取得した。今後は、増殖速度やオイル蓄積能などの性能評価を進めて、有用な形質を持った野生株の特定を進める。オイル産生藻類の細胞数を定量的に測定するためのリアルタイムPCR法を開発した。オイル成分の生合成に関わる酵素遺伝子に着目し、この遺伝子のコピー数をリアルタイムPCR法で測定することで、細胞密度の推定が可能であることを示した。現在、この手法を使って、自然の湖沼から得た環境DNAサンプルをもとに、オイル産生藻類の自然条件下での存在量を推定できるかどうかを検証している。当初計画では、有性生殖が起こる条件を2年目までに特定したうえで、3年目には交雑実験を行って、遺伝的な交雑が起こることを分子マーカーを使って実証する予定であったが、まだどのような条件で有性生殖が誘導されるかを調べている段階にあるため。研究期間を通して、オイル産生藻類の交配育種の実現を目標に有性生殖機構の解明などに取り組んできた。材料は重油相当の炭化水素を生産する緑藻のBotryococcusbraunii(ボトリオコッカス)である。日本各地の湖沼とインドネシアのため池から野生株を単離し、前年度に開発したダイレクトPCR法を使って18Sリボソーム遺伝子を増幅し、品種を推定した。ボトリオコッカスは生産する炭化水素の種類をもとに4品種に分類されており、この分類はリボソーム遺伝子の系統解析からも支持されており、種内に大きな遺伝的変異があることが知られている。異なる品種は同じ湖沼に同所的に生育しているが、遺伝的な分化が見られることから、品種間での遺伝的な交配は起こりにくいと考えられた。そのため、交配実験をする際には同じ品種に属する株を材料とする必要があると考える。そこで、リボソーム遺伝子の系統解析をもとに新たに単離した野生株の品種推定を行った。その結果をもとに、エネルギー価の高い炭化水素を作るB品種を選定し、増殖速度と温度耐性の面から性能評価を行った。

これは、株ごとに異なる有用形質(増殖性、オイル含量、ストレス耐性など)を持つことが予測されるためで、将来的には異なる有用形質を持った株を交配することで複数の有用形質をあわせもった優良株の育種や、有用形質を制御する遺伝子座を調べる分子遺伝学的研究の材料となることが期待されるためである。また、平成28年度は、ボトリオコッカスに特異的と考えられる炭化水素の生合成遺伝子の一つに着目し、これを分子生物学的に利用して未知の野生株を検出するためのリアルタイムPCR法の開発を行った。この方法は、湖沼水から抽出した環境DNAからボトリオコッカス野生株の存在量を推定したり、未解明の生活史や分布生態の研究に応用可能であり、有性生殖の仕組みを理解する一助となることが期待される。光合成能力を持った微生物である微細藻類のなかには、脂質や炭化水素などのオイルを作るものがいます。そのような微細藻類(オイル産生藻類)が作る油は「緑の原油」と呼ばれ、再生可能でカーボンニュートラルな次世代燃料となる可能性があります。しかしながら、現在知られているオイル産生藻類は、増殖が遅いなどの問題があり、実用化に必要な屋外大量培養に至っていません。実用化に向けて、農作物などで行われているような品種改良を進める必要があると考え、本研究では、オイル産生藻類の交配育種の実現に必要な有性生殖機構の解明と、有用な形質をもった野生の遺伝資源の探索に関する研究を実施しました。フローサイトメーターを使ったDNA量の変化を調査する手法は、当初想定していたよりも、バックグランドの誤差が多く、稀な確率で発生する可能性のある細胞を高感度に検出することが難しいと考えられたため。存在が確認された減数分裂関連遺伝子の発現を誘導する培養条件を探索する方法で、有性生殖を引き起こす条件の特定を進める。同時に、野生株の性能評価を行い、有用形質を持った株の特定と、交配実験の材料を準備する。また、リアルタイムPCR法による細胞密度の推定法を引き続き開発し、未知の野生株の検出に適用できるよう改良を進める。分子遺伝学フローサイトメーターによるDNA量の分析手法を改良してより高感度に検出できるようにする。有性生殖に関わる遺伝子の単離など、別手法による検証を進める。メタゲノム解析の実施を翌年度に延期したため当年度は、すでにある設備を使った実験と、フィールド調査や学会での情報収集を中心に行ったため、当初予定していたよりも支出額が低く抑えられた。メタゲノム解析、学会の旅費、物品費等に充てる実験の進行状況にあわせて、必要となる設備備品なども購入する計画である。
正電荷ナノワイヤと高感度SNP検出装置による脳腫瘍リキッドバイオプシー遺伝子診断

全自動SNPs解析装置i-Densyで解析した。対象DNAに遺伝子変異を認める場合、1塩基の変化によりdenatureの温度が変化するため、シグナルの温度差を用いて遺伝子変異の有無を解析することができる。本アッセイを用いてIDH1/2診断法を樹立。(2)通常のシークエンス手法を用いて遺伝子異常の確認上記解析の対象となった同一腫瘍組織の残検体を用いて、同定された異常があることを確認した。QIAamp DNA Mini Kit (QIAGEN)を使用して腫瘍からDNAを採取し、IDH1/2遺伝子および各染色体のhetero SNPに対して作成したNotI配列付きプライマーを用いたPCRを行い対象領域のアンプリコンを作成した。アンプリコンをNotIにてdigestionした後、T4 ligaseにてligationを行うことにより長鎖DNAを作成、これを超音波破砕でランダムに切断したあと、次世代シークエンサー用のアダプター配列をligationしHiseq2500でシークエンスを行った。この手法を用いることにより1%までの低アレル頻度の変異を高い正確性をもって判断することができた。染色体コピー数異常についてはさらに正確性を高めるためMLPA法を用いて再解析し、アンプリコンシークエンスの結果を合わせて評価を行った。(3)髄液・尿検体を用いた術前の迅速診断評価神経膠腫が疑われる患者に対し、上記の確立した技術を用いて摘出検体に対するIDH1/2変異の術中迅速診断を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。臨床腫瘍検体、血液検体、髄液、尿を用いたIDH1/2遺伝子変異の迅速診断技術を確立した。検体解析を進めたのちにそれらの結果と、従来法であるサンガーシークエンスやFISH法等の解析を行い、結果を照合した。また術中に腫瘍検体を用いて腫瘍中心部や辺縁部等のマルチサンプリングを行い、解析する検体の部位と解析感度を照合、その後にH3F3A、TERT、BRAF遺伝子等の解析をすすめるため、利用可能な細胞株を検索し過剰発現細胞株を作成した。蛍光プローブであるQプローブを用いて、IDH1/2、1p/19q LOHを全自動SNPs解析装置i-Densyで解析した。IDH1 R132についてはプローブ作成が完了しており、DNAでIDH2 R172に対するプローブ設計を行うとともに、両プローブとも腫瘍組織検体を用いた全自動SNPs解析を行った。同一腫瘍組織の残検体を用いてアンプリコンシークエンスを行い変異を同定し比較対象とし、同定された異常があることを確認できた。染色体コピー数異常についてはさらに正確性を高めるためMLPA法を用いて再解析を行った。IDH1/2変異の術中迅速診断と先述の手法で遺伝子変異を検証し、術前病理診断と術後確定病理診断とも比較し迅速遺伝子診断の有用性を評価した。手術検体のマルチサンプリング検体のばらつきが大きく、解析結果にかなりのバイアスがかかっていると考えられたため。また、臨床業務が占めるエフォートが予想よりも大きくなり、研究業務に割ける時間がかなり限られていることが要因と考えられる。検体採取に関しては関係者内でのルール作成により検体採取時のバイアスを最小限に抑える。解析方法については最大限バイアスを抑える工夫がなされているため、これにより検体格差によるバイアスが最小限にできると期待する。臨床業務での業務分担を進め、研究業務に対するエフォートを確保するように努める。
半導体ナノ構造による光・スピン・電荷複合物性の展開

励起子分子とスピン状態希薄磁性半導体量子井戸で実現する励起子分子状態の強磁場下での挙動を調べた。その結果、交換相互作用によって生じた内部巨大磁場によりスピン一重項励起子分子が不安定になること、また、スピン3重項励起子分子の安定な存在の可能性を示した。この系での励起子分子、荷電励起子(電子+励起子)の結合エネルギーの理論計算を行い、ヘテロ界面擾乱を取り入れた理論と実験値との一致を見出した。希薄磁性半導体量子井戸での励起子磁気ポーラロンの研究希薄磁性半導体非対称量子構造での磁気光学効果を説明するのにモデル計算を行った。その結果界面磁化の特異性、磁性非磁性局在をとりいれた励起子磁気ポーラロンの理論計算と実験結果の比較から、非対称励起子磁気ポーラロン局在の様相を明らかにし、スピン交換により引き起こされた励起子分岐の存在を明らかにし、その局在エネルギーや量子空間シフト等の定量評価を行った。希薄磁性量子井戸での高圧磁気光学効果希薄磁性半導体量子井戸界面での数原子層の磁化をδ型局在ポテンシャルモデルで表し、これを高圧下の磁気光学ゼーマン分裂の結果に適用することにより、量子井戸ヘテロ界面の特異な磁化抽出に成功した。ヘテロ界面磁化の特異性とそこでの交換相互作用の圧力による増大を示した。希薄磁性2次元電子磁気光学希薄磁性半導体量子井戸で実現できた高移動度の2次元電子ガスでの磁気発光と吸収測定から、高密度電子状態での荷電励起子に関するスピン選択性の強い振るまいを明らかにした。ランダウ準位化にともなう電子充填率が関与した多体現象とスピンと電荷更に励起子との関連を明確にした。非対称希薄磁性半導体量子井戸での励起子磁気ポーラロンの研究希薄磁性半導体量子構造での磁気光学効果を説明するのにモデル計算を行い界面磁化の特異性、磁性非磁性局在、非対称励起子磁気ポーラロン局在、励起子分岐の問題について解明した。希薄磁性量子井戸での高圧磁性光学効果希薄磁性半導体量子井戸での高圧強磁場磁気発光測定から、半導体荷電子帯正孔と局在磁気イオンとの交換相互作用機構をp-d混在、d-d間距離との関連で明らかにした。また、簡単なモデル計算と磁気光学測定から量子井戸ヘテロ界面磁化の検出法を提案した。ヘテロ界面磁化特異性とそこでの交換相互作用の圧力による増大を示した。p-d混成に起因する交換相互作用と系の次元性(3次元から2次元)との関連も明らかになりつつある。励起子分子と超高速スピン緩和化合物半導体や希薄磁性半導体量子井戸での励起子分子状態を見出し、その超高速時間分解分光(縮退四光波混合)により励起子分子生成、緩和過渡家庭を明らかにした。特にスピン3重項励起子分子状態が過渡的に現れ、スピン緩和が励起子分子の動的過程に大きく関与していることを示した。励起子分子の磁場効果にもついても知見を得つつある。非対称ゼーマン分裂希薄磁性半導体で見られる非対称なゼーマン分裂について理論的考察を行い、磁性イオン内励起状態と励起子の共鳴状態が起因しているという可能性を示し、これを実証できる測定を提案した。

この系での励起子分子、荷電励起子(電子+励起子)の結合エネルギーの理論計算を行い、ヘテロ界面擾乱を取り入れた理論と実験値との一致を見出した。希薄磁性半導体量子井戸での励起子磁気ポーラロンの研究希薄磁性半導体非対称量子構造での磁気光学効果を説明するのにモデル計算を行った。その結果界面磁化の特異性、磁性非磁性局在をとりいれた励起子磁気ポーラロンの理論計算と実験結果の比較から、非対称励起子磁気ポーラロン局在の様相を明らかにし、スピン交換により引き起こされた励起子分岐の存在を明らかにし、その局在エネルギーや量子空間シフト等の定量評価を行った。希薄磁性量子井戸での高圧磁気光学効果希薄磁性半導体量子井戸界面での数原子層の磁化をδ型局在ポテンシャルモデルで表し、これを高圧下の磁気光学ゼーマン分裂の結果に適用することにより、量子井戸へテロ界面の特異な磁化抽出に成功した。ヘテロ界面磁化の特異性とそこでの交換相互作用の圧力による増大を示した。希薄磁性2次元電子磁気光学希薄磁性半導体量子井戸で実現できた高移動度の2次元電子ガスでの磁気発光と吸収測定から、高密度電子状態での荷電励起子に関するスピン選択性の強い振るまいを明らかにした。ランダウ準位化にともなう電子充填率が関与した多体現象とスピンと電荷更に励起子との関連を明確にした。
沈み込むプレートの海溝からスラブ先端までのP波・S波高解像度イメージング

当該研究員の研究意欲はきわめて旺盛であり、前年度に発表した2論文(それぞれ2008年岩手・宮城内陸地震の震源域、2008年四川省大地震の震源域付近の構造異常をトモグラフィー的手法で求めた論文)に引き続き、本年度は台湾における沈み込むスラブに関するトモグラフィー研究の結果を発表した。台湾は台湾を挟んで東西両側からプレートが沈み込む特異な場所であるが、当該研究員は台湾のデータのほか対岸の中国本土のデータを自ら集めて、得意なプレート沈み込み構造を鮮明にイメージすることに成功している。当該研究員は現在第4論文を準備中であるが、これが手法的にも新しく、データ的にもオリジナルなもので本計画の最大成果と言える。手法的には、同じ地震と観測点のペアにおけるP波とS波の到達時刻のみを用い、P波とS波の速度比異常をデータに対して最適化する手法を開発した。またデータ的には、膨大な数のsP波到達時刻を読み取り、これを海底地震観測で決定した地震の震源位置と比較することにより海底下S波速度構造の較正を行った。こうした新しい手法と新しいデータを用いて行ったトモグラフィーによれば、前弧地殻が東北日本全域にわたって高ポアソン比であることが明らかになった。ただ残念なことに、滞在最後の3カ月は高血圧で歩行困難となり且つ強度の頭痛で自宅での研究遂行も困難になったため、この間の進捗(即ち結果を論文にまとめ発表すること)は殆ど見られなかった。中国に戻って症状は落ち着きつつあり、ドラフトを書き上げるまでに回復したので論文の完成も間近いと期待される。本年度は、プレートの海溝付近の分解能を上げるべく、海洋研究開発機構で収集した海底地震探査のデータを地震波トモグラフィーに使えるよう、データの整理とプログラムの改良を行った。また、従来のP波速度とS波速度の3次元分布を先ず求め、両者からP波・S波速度比分布を求める手法がきわめて不安定であることから、これを安定的に求める手法を開発した。既に新しい手法を用いてインバージョンを始めているが、驚くほど安定なP波・S波速度比の3次元分布が得られており、特に沈み込むスラブが一様に高P波・S波速度比異常として特徴づけられつつある。一方、これらの準備研究と並行して、従来手法で2008年に発生した2つの内陸大地震(M7.2岩手宮城地震及びM7.9四川省Wenchuan地震)の震源域にターゲットを当てて高解像度トモグラフィーを実施し大きな成果を得た。特に重要なのは2つの地震の破壊開始点近傍に共通して見られる特徴を見出したことである。両者とも破壊開始点近傍は高ポアソン比異常で特徴づけられその異常は下部地殻から最上部マントルにまで続いていることがわかり、内陸大地震の発生には最上部マントル・下部地殻から上部地殻への水の移動が密接に関わっていることが示唆された。深部から上部地殻に入り込んだ水が破壊強度を引き下げ、そこから破壊が開始する可能性がある。更に、地震時における破壊伝播の過程で、大きく滑った2つ断層セグメントの間は低P波速度・低S波速度及び高ポアソン比で特徴付けられ、延性変形が起きていたため地震破壊が起きなかった可能性が示された。
水素による移植肝包括的保存戦略の構築　～いつ、どこに、いかに作用させるか？～

強力な抗酸化作用を有し、かつ無害である"分子状水素"は虚血再灌流障害IRIを制御するキーマテリアルとなる可能性があるが、臨床応用に至るためには"高い物質透過性"、"水への難溶性"、"可燃性"という3特性を克服する方法を探索する必要がある。可燃性の回避には、分子状水素を水溶液として使用する方法が挙げられる。多くの既報では、溶媒の特殊容器への移し替えや、その後の殺菌目的のγ線照射等が必要となる。我々は、Miz株式会社の開発した"非破壊水素含有法"という、水素分子の"高い物質透過性"を利用"して、点滴バッグを未開封のまま溶解させる方法を用いて、既存の輸液・臓器保存液製剤を開封することなく、安全・容易・かつ無菌的に水素溶液を作成、世界で初めて医療への応用実現可能性を示した。我々は、ラット全肝グラフトを用いて、「冷保存前」、「冷保存中」、「冷保存終了時(移植直前)」の3点で1.0ppm準飽和水素含有液を適用し、酸素化体外灌流装置を用いてグラフト肝に対する虚血再灌流障害を機能的/形態学的に評価した。「冷保存終了時」即ち再灌流直前に水素溶液を直接血管内注入するHydrogen Flush after ColdStorage: HyFACS法が、IRIを有意に軽減させる事が判明した。次に同様の実験系で、ラット全肝グラフトの門脈、肝動脈にcannulationし、HyFACS投与経路の違いによる効能の差異を評価した。すると、門脈からのHyFACSにより肝類洞系が、一方肝動脈からのHyFACSにより肝内胆管系の障害が、機能的にも形態学的にも有意に軽減する事を突き止めた。更に、これらHyFACSの保護機構として、酸化傷害の有意な抑制が関与していることが明らかとなった。HyFACS法は、安全かつ容易に、移植臓器の冷保存/温再灌流傷害を軽減し得る新たな処置法として有用と考えられる。水素分子の臓器保存、移植領域への応用について、幾つかの臓器でそれぞれ異なる方法を用いた既報は散見するものの、臨床応用への実現可能性を考慮できる方法は未だ存在しない。我々は、今回新たに考案したHyFACS法(1ppm分子状水素含有液を冷保存終了時[プットイン直前]に、移植臓器に直接血管内注入する方法)が解決策となる可能性が高いことを実証した。既に国内特許出願を終え、米国などへの国際出願を行っている。また平成29年度には、HyFACS法に加えて、爆発リスクを伴う高圧水素ボンベを用いずに水素ガスの持続吸入(Hydrogen inhalation after transplantation: HyIAT法)を可能とするシステムをMiz株式会社と共に構築することができた。このシステムにより次年度はさらに研究を加速させることができると確信している。H30年度には、現在のHyFACS法をより確立したものとするために、抗酸化作用のみならず、肝細胞ミトコンドリアなどの微細構造の機能的/構造的評価を行う予定である。即ちATP、ADPなど細胞の機能維持に不可欠なエネルギー産生に対する水素分子の効能についての検討を行う。また、水素分子の効能として抗アポトーシス作用が知られており、H29年度に実施した“体外灌流評価系"に加えて、ラット同所性肝臓移植モデルを用いて、種々の保護効果を検討する予定である。更に、冷保存/温再灌流傷害により脆弱である、心停止後摘出臓器、脂肪肝などの拡大適応臓器(Extended Criteria Donor: ECD)の動物モデルを用いて、HyFACS法の保護効果を検討する。これらECDのIRI軽減を、非常に安価でシンプルな本法により可能となれば、世界的規模で進行する深刻なドナー不足を一気に緩和できる可能性を秘めていると考えられる。水素分子は、HydroxyradicalやPeroxynitrite等生体組織に有害な活性酸素種を除去した後に水分子しか生じない、自然界に存在する究極の抗酸化剤であると云える。一方で、"高い物質/組織透過性"、"水への難溶性"、"可燃性"という3つの望ましくない特性を克服しない限り、臨床応用への道は遠い。本研究を通じて、水素の臓器移植領域への応用には、“量的"、“空間的"、“時間的"動態の適正化が鍵となることが明らかとなった。今後は、更なる相加効果を期待して、移植後の水素ガス吸入法(HyIAR法)の併用についても検討を行う予定である。

我々は、ラット全肝グラフトを用いて、「冷保存前」、「冷保存中」、「冷保存終了時(移植直前)」の3点で1.0ppm準飽和水素含有液を適用し、酸素化体外灌流装置を用いてグラフト肝に対する虚血再灌流障害を機能的/形態学的に評価した。「冷保存終了時」即ち再灌流直前に水素溶液を直接血管内注入するHydrogen Flush after ColdStorage: HyFACS法が、IRIを有意に軽減させる事が判明した。次に同様の実験系で、ラット全肝グラフトの門脈、肝動脈にcannulationし、HyFACS投与経路の違いによる効能の差異を評価した。すると、門脈からのHyFACSにより肝類洞系が、一方肝動脈からのHyFACSにより肝内胆管系の障害が、機能的にも形態学的にも有意に軽減する事を突き止めた。更に、これらHyFACSの保護機構として、酸化傷害の有意な抑制が関与していることが明らかとなった。HyFACS法は、安全かつ容易に、移植臓器の冷保存/温再灌流傷害を軽減し得る新たな処置法として有用と考えられる。水素分子の臓器保存、移植領域への応用について、幾つかの臓器でそれぞれ異なる方法を用いた既報は散見するものの、臨床応用への実現可能性を考慮できる方法は未だ存在しない。我々は、今回新たに考案したHyFACS法(1ppm分子状水素含有液を冷保存終了時[プットイン直前]に、移植臓器に直接血管内注入する方法)が解決策となる可能性が高いことを実証した。既に国内特許出願を終え、米国などへの国際出願を行っている。また平成29年度には、HyFACS法に加えて、爆発リスクを伴う高圧水素ボンベを用いずに水素ガスの持続吸入(Hydrogen inhalation after transplantation: HyIAT法)を可能とするシステムをMiz株式会社と共に構築することができた。このシステムにより次年度はさらに研究を加速させることができると確信している。H30年度には、現在のHyFACS法をより確立したものとするために、抗酸化作用のみならず、肝細胞ミトコンドリアなどの微細構造の機能的/構造的評価を行う予定である。即ちATP、ADPなど細胞の機能維持に不可欠なエネルギー産生に対する水素分子の効能についての検討を行う。また、水素分子の効能として抗アポトーシス作用が知られており、H29年度に実施した“体外灌流評価系"に加えて、ラット同所性肝臓移植モデルを用いて、種々の保護効果を検討する予定である。更に、冷保存/温再灌流傷害により脆弱である、心停止後摘出臓器、脂肪肝などの拡大適応臓器(Extended Criteria Donor: ECD)の動物モデルを用いて、HyFACS法の保護効果を検討する。これらECDのIRI軽減を、非常に安価でシンプルな本法により可能となれば、世界的規模で進行する深刻なドナー不足を一気に緩和できる可能性を秘めていると考えられる。水素分子は、HydroxyradicalやPeroxynitrite等生体組織に有害な活性酸素種を除去した後に水分子しか生じない、自然界に存在する究極の抗酸化剤であると云える。一方で、"高い物質/組織透過性"、"水への難溶性"、"可燃性"という3つの望ましくない特性を克服しない限り、臨床応用への道は遠い。本研究を通じて、水素の臓器移植領域への応用には、“量的"、“空間的"、“時間的"動態の適正化が鍵となることが明らかとなった。今後は、更なる相加効果を期待して、移植後の水素ガス吸入法(HyIAR法)の併用についても検討を行う予定である。
数値的手法にもとづいたゲージ理論の非摂動的効果の解明

この研究で、鈴木はQCDの閉じ込め機構におけるトポロジー特にモノポールの役割を調べてきたが、18年度にきわめて精度の高い数値計算を行い、一切ゲージ固定などの人為的な条件を置かずに、可換な双対マイスナー効果で理解できることを発見した。弦定数などの閉じ込めに特徴的な振る舞いや電場が絞られる原因はすべて可換なモノポールの寄与であること、なぜ可換な電荷でなく非可換なカラーの閉じ込めが実現しているかなどがきれいに示された。現在は、カイラル対称性が成立しているoverlap fermion形式を使って、閉じ込め機構とカイラル対称性の自発的破れの関係を研究している。更に軽いクォークの入ったfull QCDでの研究で、軽いクォークのモノポールへの影響を研究している。久保は離散群に基づくフレーバー対称性が低エネルギーで実現されている可能性があり、標準理論やその拡張された理論が持つフレーバー問題を緩和することのできる有力は候補であることを見いだした。さらにフレーバーの対称性と陽子崩壊モード、暗黒物質の関係について調査を行い、フレーバー対称性は様々な形で実験的に検証可能であることを明らかにした。中島らは、Landauゲージの九後・小嶋カラー閉じ込め条件について、非クエンチ数値実験において初めて成立するという数値結果を得た。さらに中島はLandauゲージQCD(SU(3))のゴースト凝縮の可能性を調べた。現在までの解析ではゴースト凝縮は0とコンシステントである。研究目的と実施計画に沿って、以下の研究を実施した。鈴木は、高エネルギー研究所のSR8000共同利用計画及び理化学研究所の共同利用計画に採択され0(a)improved cloverfermion作用でのfull QCDの計算機シミュレーションをはじめた。Full QCD真空におけるものポールなどのトポロジーの役割の研究で、ドイツのDESY、モスクワのITEPのグループとの共同研究である。金沢グループは、SR8000で有限温度系のシミュレーションデータを取っている。すでに、quench近似での結果と顕著な違いが発見されてきており、一部は国際会議で発表された。その他、SU(2)有限温度系で非等方格子を用いて、連続極限でのモノポール作用を導いた、高温非閉じ込め相でこの4次元のモノポール作用が、3次元Georgi-Glashow modelでIattice上で得られるinstantion actionとよく一致していることや高温相ではモノポールがクーロン気体で記述されることを発見した。連続理論でのクーロン気体でのinstanton actionからブロッキングで格子上での作用を理論的に導き上記のシミュレーションの結果と比較したところ、よい一致を得た。高温相では非摂動効果が時間方向のモノポールのクーロン気体でよく記述されることがわかった。久保は、摂動論的にくりこみ不可能な理論を非摂動論的くりこみ群を使って解析し、その予言力について調べた。その結果、理論ができるだけ短い距離まで連続理論として振る舞うように要求すると、摂動論では独立なパラメータとして扱わなければならないものの間に関係が生じ、その帰結として理論の予言力が向上することが分った。中嶋は、QCD連続場理論のFaddeev-Popov量子化であるBRST不変定式化において論じられた九後・小嶋閉じ込め条件の検証は高度に非摂動力学に依存し、解析的方法だけでは容易に解明されない。Landau gauge格子QCDの数値シミュレーションによる中島らの検証では、16^4格子で期待される値u=-1に対して約70%程度の値しか得られなかった(Nucl. Phys. B(Proc. Suppl)94(2001)558-561)。今年度の24^4格子の準備的結果では約80%程度の値に改善され、連続極限の解析に期待がもてる結果が得られた。鈴木は、Nf=2のclover fermion作用のfull QCDで、格子上でのMonte Carlo Simulationを用いて有限温度相転移を研究した。今年度は主として16^3X8の格子で計算を行った。さまざまなパラメーターのデータを調べて、相転移温度を決定し、別の作用で他のグループで得られた結果と同じラインにあることを見つけた。

さらに、重いクォーク間のポテンシャルを測定し閉じ込め相でのスクリーニングを調べた。その結果、弦定数の相転移温度近傍での振る舞いが、quench近似に比べて緩やかであることを見つけた。また、3本のポリアコフループを導入して、3対のクォークが存在しているときのポテンシャルや、電場分布、モノポール磁流の分布を調べ、いわゆるY型の分布であることを確かめた。久保は余分な次元(5次元目)が小さな円にコンパクト化されているSU(2)ゲージ理論を格子上で定式化し、Monte Carlo simutationを使って、スタティクなクォーク間のポテンシャルやストリングテンションを計算した。そして、円の半径が十分に小さいと、ポテンシャルやストリングテンションはスケーリング則を満たしていることを見い出した。半径を小さくしていくとスケーリング則が変化し、5次元の理論がしだいに4次元的に振る舞っていることを示していることを見いだした。中島は、ゲージ理論の非摂動的効果の主要問題であるQCDにおけるカラー閉じ込めの検証にLandau gauge格子QCD(SU(3))の数値シミュレーションにより取り組んだ。QCD連続場理論の九後・小嶋閉じ込め条件とGribov-Zwanziger理論の予想(赤外領域での伝播関数の非摂動的振る舞いとして、グルーオンがsuppressされゴーストがenhanceされること)は相互に密接に関係しており、$16^4$、$24^4$、$32^4$格子のシミュレーションで問題となるパラメータを測定した。連続極限への接近につれて、九後・小嶋条件は期待される値の約80%程度までの値が得られ、Gribov-Zwanziger理論予想の特異性の指数は定性的には予想への接近傾向を示しているがDyson-Schwinger法に依る結果に比し1/5程度の穏やかなものであった(Lattice 2002発表)。Dyson-Schwinger法の近似は制御不能の側面が否めず連続極限のためのより大きな数値実験が期待される。研究目的と実施計画に沿って、鈴木は、高エネルギー研究所のSR8000共同利用計画に採択され、以下の研究を実施した。1)O(a)improved clover fermion作用での有限温度系のfull QCDの計算機シミュレーションを大規模に始めた。16^3×8の研究は、転移温度を決定し、従来の研究と地較した、さらに今年度は、24^3×10の格子でのデータをとった。大変時間のかかる計算で、3点のパラメーターに関してデータをとり、予備的な転移温度のカイラルおよび連続極限の値を求めた。2)有限温度系での真空のデータを利用してメソンとバリオンの系でのカラーフラックスの分布やモノポール流の分布を調べた。その結果、閉じ込め相でも、軽いクォークの影響で、スクリーニングが生じ、同時にモノポール流によるフラックスの絞りが消えていくという理論的な予測が観測された。