hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微量元素-同位体比マルチプロキシーによる堆積物-水境界のpHプロファイルの復元

海底の堆積物-水境界(SWI)のpHプロファイルを、底生有孔虫殻に含まれる同位体比と微量元素組成に基づいて復元し、物質循環の議論を行うことを目的に研究を行った。1)深海におけるSWIのpH, DOプロファイル取得手法開発と現場観測に成功。2)未撹乱堆積物表層の化学プロファイルと有孔虫生息分布との相関を解明。3)精密培養装置を作成し、培養・観察。4)以上から得られた有孔虫殻の安定同位体比(炭素、酸素、ホウ素)および微量元素測定に基づき、pH proxyを提案。本研究は海底の堆積物-水境界(SWI)のpHプロファイルを、底生有孔虫殻に含まれる同位体比と微量元素組成を用いて復元し、物質循環の議論に応用することを目的としている。平成18年度の研究は以下の項目について行った。1)Sediment-WaterInterfaceの化学プロファイルの現場観測:ROVで支援した自立型Lander systemに搭載したmicroelectrode systemを用いて、海底現場のSWIのDO, pH, Ehプロファイル測定を相模湾中央部で行った。また、昨年度末に完成したoptode systemを用いて初島沖深海ステーションとケーブルで直結して電源の供給を受け、4日間におよぶ速続観測を世界で初めて実施した.2)表層未撹乱堆積物試料の採集による化学プロファイルの測定と有孔虫群集の相関:マルチプルコアラーを用いて採取した海底表層未撹乱堆積物試について間隙水中のDO, pHプロファイルをmicroelectrodeを用いて測定した。また,柱状コア試料は表層から5mmずつ切り分け、各分画毎に有孔虫群集を分析した。3)精密培養実験:表層未攪乱堆積物試料から底生有孔虫類を拾い出し、底層水とともに実験室内で温度、塩分、DO、pH, DICなどをコントロールした培養実験を行っている。環境要因を精密に制御するために、閉鎖系で培養海水を循環させるインテリジェント培養水槽を製作した。温度、塩分、溶存酸素量、pH、pCO_2,などをコントロールすることができる。4)有孔虫殻の安定同位体測定および微量元素測定:海底表層部のさまざまな深度から採取した有孔虫個体および実験室で精密飼育実験の過程で成長した個体はそれぞれ最終室を対象に、炭素および酸素同位体比を測定した。炭素同位体比は堆積物の深度と共に大きく変化し、pHとの相関が見られた。pHの指標と考えられるホウ素同位体測定は、微量で精度良く測定できるように測定法を検討している。平成19年度の研究は以下の項目について行った。1)Sediment-WaterInterfaceの化学プロファイルの現場観測:ROVで支援した自立型Lander systemに搭載したmicroelectrode systemを用いて、海底現場のSWIのDO,pH,NO3-プロファイル測定を相模湾中央部で行った。また、昨年度末に完成したoptode systemを用いて初島沖深海ステーションとケーブルで直結して電源の供給を受け、5ケ月間におよぶ連続観測を世界で初めて開始した。2)表層未撹乱堆積物試料の採集による化学フロファイルの測定と有孔虫群集の相関:マルチプルコアラーを用いて採取した海底表層未撹乱堆積物試について間隙水中のDO,pHプロファイルをmicroelectrodeを用いて測定した。3)精密培養実験:表層未撹乱堆積物試料から底生有孔虫類を拾い出し、底層水とともに実験室内で温度、塩分、DO、pHなどをコントロールした培養実験をインテリジェント培養水槽を用いて実施した。細胞内のpH分布の可視化法を確立し、石灰化部位でpHが9.5まで上がることを確認した。pHの指標と考えられるホウ素同位体測定は、微量で精度良く測定することに成功した。平成20年度の研究は以下の項目について行った。1)Sediment-WaterInterfaceの化学プロファイルの現場観測:optodesystemを用いてアラビア海酸素極小層における堆積物-水境界の二次元DO変動を測定した。そのための超高感度

センサーを開発した。2)表層未撹乱堆積物試料の採集による化学プロファイルの測定と有孔虫群集の相関:プッシュコアラーを用いて採取した海底表層未攪乱堆積物について間隙水中のDO,pHをmicroelectrodeで測定した。また,柱状コア試料は表層から5mmずつ切り分け、各分画毎に有孔虫群集を分析した。3)精密培養実験:表層米攪乱堆積物試料から底生有孔虫類を拾い出し、底層水とともに実験室内で温度、塩分、DO、pHなどをコントロールした培養実験をインテリジェント培養水槽で実施した。細胞内pH分布の可視化法を確立し、石灰化部位でpHが9.0まで上がることを確認した。4)有孔虫殻の安定同位体測定および微量元素測定:海底表層部のさまざまな深度から採取した有孔虫個体および実験室で精密飼育実験の過程で成長した個体はそれぞれ最終室を対象に、炭素および酸素同位体比を測定した。炭素同位体比は堆積物の深度と共に大きく変化し、pHとの相関が見られた。pHの指標と考えられるホウ素同位体測定は、微量で精度良く測定することに成功した。
微小球圧子押し込みによる脆性薄膜の破壊強度評価法の研究

本研究は,基板上に作製した脆性薄膜に微小球圧子を押込むことにより薄膜の破壊強度を評価する方法を確立することを目的としたものである.主な研究成果は次の通りである.1.膜厚2μmのパ-マロイ薄膜とSiO_2薄膜の2種類の十字型試験片を用いて,薄膜単体の破壊強度とヤング率を評価することを試みた.その結果,両供試材共に本評価法により破壊強度とヤング率をほぼ評価できることがわかった.2.WC基板上に膜厚2μmのTiN薄膜またはAl_2O_3薄膜を蒸着した試験片に対して微小球圧子押し込み試験を行った.その結果,両供試材共に,微小破壊強度は球径依存性を示すこと,または有効面積の概念を用いて微小破壊強度からバルク材の曲げ強度を推定した結果,ほぼ妥当な値が得られた.3.薄膜・基盤接合体に対して微小球圧子押し込み試験を適用する前に,Si_3N_4バルク材への微小球圧子押し込み試験を行い,微小破壊強度と四点曲げ強度の関係を有効面積の概念を用いて調べた.その結果,微小破壊強度は曲げ強度より大きくなり,球圧子径が小さくなるほど大きくなった.また,有効面積の概念を用いて曲げ強度と微小破壊強度の関係を結びつけることは困難であることがわかった.4.Si_3N_4バルク材への微小球圧子押し込み試験から得られた微小破壊強度と曲げ強度の関係を有効面積の概念で説明できない原因を明らかにするために,表面き裂からのリングクラック発生モデルを導入し,これにより微小破壊強度の分布と曲げ強度の分布の違いを定性的に説明できることを確認した.本研究は,基板上に作製した脆性薄膜に微小球圧子を押込むことにより薄膜の破壊強度を評価する方法を確立することを目的としたものである.主な研究成果は次の通りである.1.膜厚2μmのパ-マロイ薄膜とSiO_2薄膜の2種類の十字型試験片を用いて,薄膜単体の破壊強度とヤング率を評価することを試みた.その結果,両供試材共に本評価法により破壊強度とヤング率をほぼ評価できることがわかった.2.WC基板上に膜厚2μmのTiN薄膜またはAl_2O_3薄膜を蒸着した試験片に対して微小球圧子押し込み試験を行った.その結果,両供試材共に,微小破壊強度は球径依存性を示すこと,または有効面積の概念を用いて微小破壊強度からバルク材の曲げ強度を推定した結果,ほぼ妥当な値が得られた.3.薄膜・基盤接合体に対して微小球圧子押し込み試験を適用する前に,Si_3N_4バルク材への微小球圧子押し込み試験を行い,微小破壊強度と四点曲げ強度の関係を有効面積の概念を用いて調べた.その結果,微小破壊強度は曲げ強度より大きくなり,球圧子径が小さくなるほど大きくなった.また,有効面積の概念を用いて曲げ強度と微小破壊強度の関係を結びつけることは困難であることがわかった.4.Si_3N_4バルク材への微小球圧子押し込み試験から得られた微小破壊強度と曲げ強度の関係を有効面積の概念で説明できない原因を明らかにするために,表面き裂からのリングクラック発生モデルを導入し,これにより微小破壊強度の分布と曲げ強度の分布の違いを定性的に説明できることを確認した.本研究は基板上の脆性薄膜に微小球圧子を押し込むことにより薄膜の破壊強度を評価する方法を確立することを目的としたもので,本年度は3年継続の第1年度である.本年度の主な研究成果は次の通りである.1.薄膜単体の強度を求めるために,微小な十字型の薄膜試験片の十字の交点に荷重をくわえ試験片に張力を負荷する試験を行うこととし,この試験法の妥当性を検討するために,まず厚さ10100μmのSUS304薄板を用いて模擬実験を行い,上記の方法が妥当であることを確認した.2.ついでイオンビームスパッタリングによりシリコン基板上に厚さ2μmのパーマロイ薄膜を作製し,これよりエッチングで微小な十字型試験片を作り,上記の方法で破壊強度を測定し,妥当な値を得ることができた.現在別の薄膜の作製に取り組んでいる.3.基板上の薄膜に球圧子を押し込んだときのリングクラック発生荷重と理論解析を組み合わせて薄膜の破壊強度を求める方法の検討のために,まずこの方法で窒化硅素バルク材表面層の強度評価を試みた.その結果,有効面積の概念に基づく方法の限界について重要な知見が得られた.4.球圧子押し込みにより薄膜の破壊強度評価を行う場合に残留応力を考慮する方法について,上記3と同様にまず窒化硅素バルク材を用いて検討した.このためにラッピングとポリッシングにより表面層を厚さ数十μm除去した試験片を作製し,除去しない試験片との比較実験を行った.これより残留応力の有無により見かけのリングクラック発生強度が異なることが確認された。5.動的押し込みの場合について応力解析とひずみ測定に着手した.本研究は基板上に作成した脆性薄膜に微小球圧子を押し込むことにより薄膜の破壊強度を評価する方法を確立することを目的としたもので,本年度は3年継続の2年目である.本年度の主な研究成果は次の通りである.

1.パ-マロイ薄膜(単体)について,十字型微小試験片を用いて破壊強度を評価する実験に成功した.2.SiO_2薄膜(単体)についても,十字型微小試験片を用いて破壊強度を評価する実験に成功した.その結果求められたSiO_2薄膜の破壊強度は,以前に行ったSiO_2薄膜の(SUS440Cステンレス鋼基板)に対する微小球圧子押し込み試験の結果より推定したSiO_2薄膜の破壊強度とほぼ一致することを確認した.3.TiN薄膜(WC基板)についてX線による残留応力の値を知ることができた.4.TiN薄膜(WC基板)について球圧子の球径をかえた微小球圧子押し込み試験を行い,微小破壊強度(リングクラック発生強度)を測定できた.その結果,微小破壊強度は2母数ワイブル分布にほぼ従うことを確認した.5.3および4の結果より,微小破壊強度の実験値とワイブル分布に基づく有効面積の概念を用いて推定した薄膜の破壊強度は球圧子の球径依存性がみられた.6.窒化硅素平板への微小球圧子押し込み試験から得られた微小破壊強度と通常の曲げ試験で得られる強度の関係を有効面積の概念で説明できない原因を明らかにするために,表面き裂からのリングクラック発生モデルを導入し,これにより微小破壊強度の分布と曲げ強度の分布の違いを定性的に説明できることを確認した.7.球圧子押し込み試験から得られたリングクラック発生荷重P_fと球圧子半径Rの関係を破壊力学的に考察した結果,リングクラック発生モデルとき裂進展抵抗の下限値を考えることにより説明できることを確認した.本研究は基板上に作成した脆性薄膜に微小球圧子を押込むことによるリングクラックの発生現象を利用して薄膜の破壊強度を評価する方法を確立することを目的としたもので、本年度は3年継続の最終年度である。本年度の主な研究成果は次の通りである。1.前年度のTiN薄膜・WC基板接合体(膜厚2μm)に対する微小球圧子押込み試験(4種類の球圧子径)より求めたTiN薄膜のリングクラック発生荷重とリングクラック半径を使って、リングクラック半径(接触円半径より515%大きい)の位置の半径方向引張応力を微小破壊強度と再定義して求めた(前年度は接触円境界における半径方向引張応力の最大値を微小破壊強度と定義)。その結果、微小破壊強度は2母数ワイブル分布に従うこと、接触円境界の応力をパラメータとして求めた場合に比べて平均値は3740%小さく、変動係数は2286%大きくなることがわかった。また球圧子径が小さいほど大きくなる球圧子径依存性を示すことがわかった(前年度の場合も微小破壊強度は2母数ワイブル分布に従い、球圧子径依存性を示す)。2.1で求めた微小破壊強度を使って、有効面積の概念に基づいて一様応力状態における薄膜の破壊強度を推定した。その結果、推定値は球圧子径に対してほぼ一定であり(前年度の場合の微小破壊強度は球圧子径依存性を示す)、さらにTiNのバルク材の強度とほぼ一致することがわかった。ただし、推定はX線応力測定法より求めた薄膜の残留応力を考慮して行った。3.新たにAl_2O_3薄膜・WC基板接合体(膜厚2μm)に対して球圧子押込み試験(3種類の球圧子径)を行って、微小破壊強度を測定した。その結果、Al_2O_3薄膜の微小破壊強度はTiN薄膜と同様に2母数ワイブル分布に従うこと、球圧子径依存性を示すことがわかった。4.3で求めた微小破壊強度を使って、有効面積の概念に基づいて一様応力状態の薄膜の破壊強度を推定した。その結果、推定値は球圧子径に対してほぼ一定となったが、Al_2O_3のバルク材の強度より小さいことがわかった。ただし、推定は薄膜と基板の熱膨張係数の違いから求めた残留応力を考慮して行った。
細菌の反復配列遺伝子の相同組換えはどのように抑制されているか

申請者らが独自に発見した接着蛋白質AtaAの遺伝子には、相同組換えの標的となる反復配列が複数存在する。ataAは不安定な遺伝子構造であるにも関わらず、宿主であるAcinetobacter属細菌Tol 5では相同組換えが起こることなく維持されている。本研究では、Tol 5がataA遺伝子の相同組換えをどのように抑制しているかを明らかにする。本研究を通じて、「生物は反復配列遺伝子をどのように維持しているか」という謎に迫り、応用面としては効果的な遺伝子改変やゲノム編集、望まない遺伝子改変抑制の技術開発に重要な知見を提供する。
模擬国連を中心としたグローバル教育における国際交渉力の調査研究

国際交渉力をグローバル人材育成の重要な要素と捉えて、その教材として活用されている模擬国連に参加する異なる学生の変化を実証的に分析しながら、国際交渉力の発達に相応しい学修環境の特徴を調査する。検証の結果からグローバル教育における体系的な学習評価指標を開発し、得られた評価指標をもとに、合理的なグローバル教育の方向性や指針を社会に提示する。以下の項目の調査研究を行う。1グローバル人材コンピテンスを事前に設定し、そのアンケート調査を実施する。2代表演説やポジションペーパー等の収集が容易な言語データを主な分析対象にする。3異なる種類の参加者を比較し、国際交渉力と学習環境の関連性を探る。4国内外の異なるMUNを視察し、参加者の国際交渉力の観点から比較する。5MUN参加を通して得る学びを事後アンケートで調査する。また、国内外の異なる枠組みの模擬国連を比較しながら、模擬国連が国際教育ために高大連携や学内連携のツールとして果たし得る潜在性を検証し、我が国における高等教育における模擬国連の具体的な役割や位置付けを明確にする。この中で2018年度の実績は以下の通りである。1模擬国連の開催:TEMUN(筑波大)およびJUENUN(京都外大)、2模擬国連参加者へ対するアンケートの実施、3国内外で開催された模擬国連の視察・実地調査:TEMUN、JUEMUN、MUEMUN(マレーシア)、NMUN(ニューヨーク)等、4研究集会の開催:Research Forum on Global Education and International Communication (GEIC)2018、5国内外の研究集会や会議での研究成果の発表。
顎関節症の治癒経過に伴う咬合接触と咬合力分布の変化

筆者らは,バイオフィードバックを利用した咬合診査法を顎関節症患者に応用し、良好な成績を治めている.本研究では,咬合調整のみで治癒した.すなわち歯牙接触の異常のみによって発症した顎関節症患者40症例を対象に,治療前後の咬合接触状態と,咬合力の歯列上の分布様式の変化を検索した.その結果,以下のことが明らかとなった.1.咬合接触点数の増加(治療前4.2±2.3治療後12.2±4.0)2.咬合接触点数の左右差の減少(|R-L|/R+L治療前0.54±0.32治療後0.11±0.11)3.咬合接触面積の増加(治療前1.8±1.3mm^2治療後7.0±3.4mm^2)4.咬合接触面積の左右差の減少(|R-L|/R+L治療前0.55±0.33治療後0.15±0.13)5.第一大臼歯と第二大臼歯の咬合接触面積比が大きくなり,正常有歯顎者との差が認められなくなった.(治療前0.24±0.43治療後1.30±1.30正常有歯顎者1.23±0.25)6.咬合力の歯列上分布における左右差の減少以上より,咬合接触状態と咬合力の歯列上分布の変化が,顎関節症の治癒に関与していることが明らかとなった.筆者らは,バイオフィードバックを利用した咬合診査法を顎関節症患者に応用し、良好な成績を治めている.本研究では,咬合調整のみで治癒した.すなわち歯牙接触の異常のみによって発症した顎関節症患者40症例を対象に,治療前後の咬合接触状態と,咬合力の歯列上の分布様式の変化を検索した.その結果,以下のことが明らかとなった.1.咬合接触点数の増加(治療前4.2±2.3治療後12.2±4.0)2.咬合接触点数の左右差の減少(|R-L|/R+L治療前0.54±0.32治療後0.11±0.11)3.咬合接触面積の増加(治療前1.8±1.3mm^2治療後7.0±3.4mm^2)4.咬合接触面積の左右差の減少(|R-L|/R+L治療前0.55±0.33治療後0.15±0.13)5.第一大臼歯と第二大臼歯の咬合接触面積比が大きくなり,正常有歯顎者との差が認められなくなった.(治療前0.24±0.43治療後1.30±1.30正常有歯顎者1.23±0.25)6.咬合力の歯列上分布における左右差の減少以上より,咬合接触状態と咬合力の歯列上分布の変化が,顎関節症の治癒に関与していることが明らかとなった.
ES細胞のアイデンティティー形成に関与するmicroRNAの同定とその機能解析

多能性幹細胞を含む初期胚及び生殖細胞のみが、次世代にゲノムを伝承する事が可能な細胞系列である。この多能性ー生殖細胞系列サイクルの細胞には、多能性/全能性の維持とともにゲノム情報の保全が必須である。小分子RNA (microRNA, siRNA, piRNA)は、これらの現象に深く関与することが示唆されているが、詳細な分子メカニズムは明らかにされていない。これまで、多能性幹細胞であるES細胞において高発現するmiRNA (miR-293)を同定した。miR-293は、発現量の高さゆえ機能解析が困難とされているが、ゲノム編集技術を用いて発現抑制する方法を提案している。また、霊長類精巣を用いて、生殖細胞特異的に発現する小分子RNA (piRNA)と、piRNAと結合するタンパク質PIWIL1/MARWIの解析を進めたところ、特定のtRNAより多くのpiRNAが産生されることが明らかとなった。また、遺伝子間領域にpfRNAのホットスポット(piRNAクラスター)を見出した。piRNAクラスター内には、転移因子や偽遺伝子等が含まれる。piRNAは、その配列と相補的なRNAを抑制するので、相補鎖の転移因子や親遺伝子の発現制御に関わる事が示唆される。さらに、マウスには存在せず霊長類でみられる小分子結合タンパク質PIWIL3の発現解析を行ったところ、卵細胞特異的に発現することを見出した。これは、未解析の小分子RNAの存在を示唆する。(抄録なし)microRNA(miRNA)は、Argonaute(AGO)タンパク質と結合することでmiRNA-induced silencing complex(miRISC)を形成する。miRISCは、配列特異的に標的RNAと結合し、その遺伝子発現を抑制する。これらにより、細胞内トランスクリポトームを制御することで、細胞運命決定やアポトーシス等の様々な生命現象に関与する。申請者はこれまで、ES細胞の多能性維持に関わるmiRNAの同定を計る為に、ES細胞で発現する主要なAGOタンパク質であるAGO2タンパク質を、特異的なモノクローナル抗体を用いて免疫沈降した。免疫沈降産物より、AGO2と結合する小分子RNAの配列決定を、次世代シーケンサーを用いて行ったところ、miR-293が約33%と最も多く含まれていることを明らかにした。miR-293はmir-290クラスター(mir290mir295)miRNA群のひとつに属している。Mir-290クラスターmiRNA群は、発生初期や生殖組織等の多能性/全能性細胞を含む組織のみで発現が認められる。よって、miR-293はES細胞における多能性維持に関与することが示唆される。しかし、ES細胞におけるmiRNAの機能抑制が困難である為、miR-293の機能解析はこれまでなされていない。ES細胞におけるmiR-293の機能を解析する為、Tough decoy(TuD)を用いたmiR-293の機能抑制を検討したところ、有為にmiR-293機能を抑制出来ることを明らかにした。以上より、とれまで困難であったES細胞におけるmiRNAの機能抑制法を確立した。ES細胞や生殖細胞などの細胞種は、次世代を形成する事が可能な多能性/全能性を有する(または獲得する過程の)細胞である為、他の細胞種とはその点で一線を画す。近年、小分子RNAが細胞の状態の維持や運命決定に重要な役割を果たす事が明らかになりつつある。そこで私は、ES細胞におけるmicroRNA(miRNA)の解析、及び霊長類生殖組織におけるPIWI-interacting RNA(miRNA)とそれと結合するPIWIタンパク質に関する解析を進めている。ES細胞におけるmiRNAに関して、これまでmiR-293が非常に多く発現していることを明らかにした。しかし、ES細胞の特質上、これまでmiRNAの機能阻害が困難であることが知られている。現在、miRNAをコードするゲノムDNAを、TALENsを用いて改変することで、発現抑制を行う方法を試みている。また、霊長類PIWI-piRNAの解析では、コモンマーモセットを用いたPIWIL1(MARWI)-piRNAの配列解析を行い、遺伝子間領域やトランスポゾン、遺伝子mRNA 3'UTRより生じるpiRNAのみでなく、特定のtRNAからもpiRNAが産生されることをみいだした。さらに、これまでにPIWIタンパク質は精巣でのみ発現が報告されていたが、霊長類のみがもつPIWI(PIWIL3)の解析を進めたところ、ヒト及びマーモセットにおいて、精巣ではなく卵巣で発現していることをみいだした。

また、遺伝子間領域にpfRNAのホットスポット(piRNAクラスター)を見出した。piRNAクラスター内には、転移因子や偽遺伝子等が含まれる。piRNAは、その配列と相補的なRNAを抑制するので、相補鎖の転移因子や親遺伝子の発現制御に関わる事が示唆される。さらに、マウスには存在せず霊長類でみられる小分子結合タンパク質PIWIL3の発現解析を行ったところ、卵細胞特異的に発現することを見出した。これは、未解析の小分子RNAの存在を示唆する。これまでに、ES細胞におけるmicroRNAの機能解析が困難であった。申請者はまずES細胞におけるmiRNAの機能抑制法を確立する為に試行錯誤を繰り返した為、やや遅れが生じている。霊長類におけるPIWI-piRNAの解析を、世界に先駆けて行った。さらに、マウスには存在しないPIWI(PIWIL3)に対するモノクローナル抗体を作製し、解析を進めたところ、マウスや霊長類オーソログのPIWIは精巣で発現がみられるが、霊長類特異的PIWIL3は卵巣でのみ発現することをみいだした。解析に必要な抗体等の道具も揃えており、今後の解析の基盤は確立している。miRNAは、3'末端から2-8塩基目の7塩基をシード配列といい、この配列がmiRNAの標的遺伝子の決定に関与する。ES細胞において、miR-293と同一のシード配列をもつmiRNAは存在しないが、RNA配列として類似のmiRNAが多数存在する為、アンチセンスオリゴを用いたmiR-293の機能抑制法では、正確にmiR-293単独の抑制効果であるかを判断することは重要である。これらが困難な場合、タンパク質とRNAをUV照射によってクロスリンクし、AGO2で免疫沈降することで、直接miRNA標的RNAを取り、配列決定を行う(CLIP-seq)。ES細胞における、TALENを用いたmiRNA抑制法を確率していく。また、霊長類特異的PIWIL3と、それに結合するpiRNAの配列解析を行い、PIWIL3-piRNA複合体の機能を明らかにする。また、PIWIL3が卵発生にどのように関与するのかに関しても、明らかにする。特に、マーモセットは霊長類で唯一遺伝子操作が可能である。PIWIL3変異マーモセット作製を試みる予定である。(抄録なし)
多段階発癌に於ける低酸素応答機構と癌抑制遺伝子のクロストークに迫るオミクス解析

我々はHIF-1を活性化する新規遺伝子を同定し、そのHIF-1活性化能がp53による抑制を受ける可能性を見出していた。この様な状況下、本研究で我々は、この新規遺伝子・p53・HIF-1の3者を遺伝子工学的に操作した細胞を準備し、新規遺伝子がHIF-1を活性化することによって、HIF-1下流のマトリックスメタロプロテアーゼ群の発現が誘導されることを、定量的RT-PCR法で確認した。DNAマイクロアレイによっても、この結果の正当性が裏付けられた。以上の結果を受け、当該新規遺伝子の過剰発現によって実際にがん細胞の浸潤能が亢進するのかを、ウェットの実験系で検証した。trans-well plateを用いてinvasion assayを実施したところ、新規遺伝子の過剰発現によってがん細胞の浸潤能が亢進すること、そしてそれがHIF-1αのノックダウンでキャンセルされることを見出した。また、このp70-HIF-1依存的な浸潤能の亢進が、p53ノックアウト細胞ではみられるが、野生型p53の存在下では抑制されることを見出した。当該新規遺伝子の系統的欠失変異体を作成し、HIF-1を活性化するために必要なドメインを同定した。公開されているマイクロアレイデータベースを対象にした解析を通して、新規遺伝子の腫瘍内発現量が高い場合にがん患者の予後が不良であることを見出した。そこで、京都大学医学部附属病院で収集したヒト肺がん256症例を対象にTissue Micro Arrayを作成し、当該遺伝子を対象にした免疫組織化学染色を実施、患者の予後不良との相関を検証した。その結果、新規遺伝子のコードする蛋白質が腫瘍組織内で過剰に発現しているほど、肺がん患者の生存期間が短いことが明らかになった。29年度が最終年度であるため、記入しない。正常組織ががん化する過程で、がん遺伝子やがん抑制遺伝子に徐々に変異が蓄積する多段階発がんモデルが提唱されている。その最終段階ではがん抑制遺伝子p53の機能が低下することでがんの悪性形質が誘導されるが、その詳細なメカニズムは解明されていない。本プロジェクトで私は、多段階発がん過程でp53の機能不全を引き金に活性化する新規遺伝子p70を同定した。そしてp70が低酸素誘導性転写因子HIF-1の活性化を介して、がん細胞の糖代謝経路をリプログラミングし、さらに転移・浸潤能を亢進することを見出した。ここで機能する遺伝子ネットワークを解明するべく、p70、p53、HIF-1の3者を遺伝子工学的に操作した細胞を準備し、そこからトランスクリプトーム、およびプロテオーム解析用の生体試料を抽出する系を確立した。次年度以降に各種オミクス解析を実施する準備を整えた。p70によるHIF-1の活性化がp53によって抑制されるメカニズムを解明することを目指し、分子細胞生物学的実験を実施した。その結果、p70がHIF-1の主要制御サブユニットHIF-1αと複合体を形成して活性化する機序が明らかになった。また3者が相互作用する病態生理学的な意義として、p70-HIF-1経路の活性化によってがんの浸潤能が亢進すること、またこれがp53によって抑制されることを明らかにした。最後に、京大病院呼吸器外科で根治的手術を受けた肺がん患者250例から腫瘍サンプルを入手し、p70の発現レベルと肺がん患者の生命予後との関係を解析した。その結果、腫瘍内のp70発現レベルが高いほど、患者の生命予後が不良であることが明らかになった。オミクス解析用のサンプルを調整することには成功したものの、機器の故障からオミクス解析自体を実施できていない。逆に臨床検体を対象にした研究は当初の予定を大幅に上回って完了させることが出来た。総じて若干予定が遅れていると判断した。

その結果、新規遺伝子のコードする蛋白質が腫瘍組織内で過剰に発現しているほど、肺がん患者の生存期間が短いことが明らかになった。大腸がんの多段階発がんにおけるがん抑制遺伝子と低酸素応答機構のクロストークに着目し、p53・p70・HIF-1を遺伝子工学的に操作した細胞、及び遺伝子改変マウス(発がんモデルマウスを含む)を対象にオミクス解析を展開する。もって、正常組織と腫瘍組織の差異を生み出す遺伝子ネットワークを解明し、創薬につながる礎を築く。29年度が最終年度であるため、記入しない。
人体解剖実習におけるホルムアルデヒド暴露状況の把握と軽減対策への検討

研究実績医学部解剖実習に使用するホルムアルデヒド(以下FAと記載)固定を施した、防腐遺体を作業場及び学生実習中に大気へ放出されるFA濃度を様々な条件下で測定した。従来通りFA固定した防腐遺体を作業場における換気システムを稼働しない状況では、1.3ppm、換気システムを稼働した条件下では、0.08ppmと非常に効果的に激減した。作業場では換気システムにより、遺体従事者へのFA暴露対策には十分な効果が認められたと思われる。学生実習室においては、強力な換気装置は備わっておらず、常時0.25ppm-0.35ppmと基準値より高めに測定された。FA中和剤を施した遺体では、0.1-0.15ppmと軽減され、ほぼ基準値をクリアできる値となり、特に高濃度FAで固定を行う脳組織においては、1.3ppm-1.5ppmの測定値が0.3ppm-0.5ppmと軽減できた。しかし、解剖実習が内蔵など体内深部まで解剖が進むと、FA濃度が0.3ppm-0.5ppmと濃度が上昇し、学生にも不快感があるとの指摘も散見された。解剖実習が進むにつれ、FA濃度が上昇し学生の実習環境としてはまだ改善の余地が多いと思われた。FA中和剤を使用した遺体については、肉眼的所見ではほとんど変わりなく,また組織の変形や、神経・血管の走行性など問題になるほどの欠点は認められなかった。筋肉にやや硬化がみられるが、学生の解剖実習としては十分に使用出来る改善方法だと思われる。組織硬化模型においては、FAは全く検出されず、衛生的に取り扱う事ができ,また遺体の状態が悪く実習に不向きな臓器であっても勉強する事ができる実習の補助教材としては有意な素材であった。引圧器機など模型作成に必要な機器が無かったため、壊れやすい欠点もあり、今後の課題である。コスト面や日常的なFA濃度測定が不可欠な点が今後の課題と思われたが、換気システム・FA中和剤の使用及び、組織硬化模型の併用を組み合わせることで、解剖従事者及び、様々な学生に対するFA暴露軽減を達成することができる結果であった。
児童養護施設退所者のつながり支援に関する研究

本研究の目的は、児童養護施設退所者の人的ネットワークの実態、及び「退所児童等アフターケア事業」の実施状況について明らかにし、その結果を用いて退所者のつながり支援の在り方について考察することにある。この目的を達成するため、本研究は、1)児童養護施設退所者の人的ネットワークの実態について明らかにする(退所者調査)。2)「退所児童等アフターケア事業」の実施状況について明らかにする(事業所調査)。3)児童養護施設退所者のつながり支援の在り方を考察する(支援の在り方を考察)。という三つの柱から構成されている。研究期間は三年であり、一年目は、先行研究の検討・調査項目の作成、二年目は、退所者調査・事業所調査の実施、三年目は、分析・成果発表を行う予定である。一年目にあたる2018年度は、当初の予定通り、先行研究の検討と調査項目の作成を行った。そのうえで、二年目に予定されている、退所者調査・事業所調査を一部先行して実施することができた。具体的には、二名の児童養護施設退所者を対象に複数回インタビューを実施することができた。また、児童養護施設退所者の支援を行う事業所、一か所について訪問調査を行うことができた。二名の児童養護施設退所者のうち一名は、2013年度より継続してインタビュー調査に協力いただいており、今回の調査により、大学在籍時、卒業時、就職二年目、出産時の人的ネットワークの変化を確認できるようになった。一年目に計画していた、先行研究の検討と調査項目の作成を行ったうえで、二年目に計画されている、退所者調査・事業所調査を一部先行して実施することができたため。研究計画の二年目は、退所者調査・事業所調査の実施、三年目は、分析・成果発表を行う予定である。インタビュー協力者の都合により、2015年度採択課題(課題番号15K17391)を一年間延長した。2018年度は、二つの科研費を執行する状態となり、当初予定していたほどには、本研究に関連する先行研究の検討を進めることができなかった。先行研究の検討については、研究計画の二年目の早い段階に終え、退所者調査・事業所調査を実施することとする。
液体砒素・カルコゲン混合系における非金属・金属転移の第一原理シミュレーション

第一原理分子動力学法による計算機シミュレーションを用いて、液体砒素・カルコゲン混合系おける非金属・金属転移の機構を調べた。本年度は、特にAs_2Se_3、As_2Te_3に対して計算を行い、平成12年度に行ったAs_2Se_3の計算結果との比較検討も行った。本研究により、以下のことを明らかにした。As_2S_3における金属化の機構は、As_2Se_3におけるものと類似である。温度上昇に伴い、三次元ネットワーク構造から、1配位をとる硫黄と2配位をとる砒素を多く含む一次元的鎖構造へと変化する。このような構造変化と同時に、低配位数のイオンの周りにフェルミレベル近傍の電子状態が出現し、金属化が起こる。また、硫黄から砒素へ電荷移動が見られる点もAs_2Se_3と同様である。これに対し、As_2Te_3における金属化の機構は、As_2S_3、As_2Se_3とは異なっている。温度上昇に伴う構造変化においては、鎖構造への転移は見られず、高温まで2配位をとるテルルと3配位をとる砒素が多く存在する。フェルミレベル近傍の電子状態に対しては、テルルの周りの状態が大きく寄与し、砒素へ電荷移動はほとんど起こらない。2)化学量論的組成にない液体砒素・カルコゲン混合系の非金属・金属転移についてAs_xS_<1-x>(x=0.4,0.5,0.75,1.0)に対する計算を行い、砒素濃度の増加に伴う構造と電子状態の変化を調べた。砒素-砒素間の共有結合は、砒素-カルコゲン間または、カルコゲンーカルコゲン間の共有結合よりも弱い。従って、砒素の導入は、共有結合の切断を容易にし、金属化への転移温度を下げることになる。液体砒素・カルコゲン混合系(As_2S_3、As_2Se_3、As_2Te_3)は、2配位をとるカルコゲンと3配位をとる砒素からなる三次元ネットワーク構造を持つ。低温で半導体的性質を示し、温度を上昇させていくと非金属・金属転移を起こし金属状態になる。この金属化の機構を解明することを目的として、本年度は、まず、比較すべき実験データが豊富な、As_2Se_3に対して第一原理分子動力学法による計算機シミュレーションを実行した。計算によって求められた静的構造因子や配位数の温度変化は、X線回折やEXAFSの実験結果を良く再現する。本研究により、明らかになったことは、以下の通りである。1.液体As_2Se_3の非金属・金属転移とイオンの構造変化の関係について温度上昇と共に、液体内の共有結合が切断され、1配位をとるセレンと2配位をとる砒素が増加する。このことは、この液体の構造が、三次元ネットワーク構造から一次元的鎖構造へ変化していることを意味する。また、この構造変化と同時に、異種イオン(As-Se)間の結合が減り、同種イオン(As-As,Se-Se)間の結合が増加する。2.液体As_2Se_3の非金属・金属転移と電子状態の関係について温度上昇と共に増加した2配位をとる砒素の周りには、カルコゲン鎖と同様に、共に2重に宿退した結合、非結合状態が(pバンドに)出現する。砒素のp電子は3個しかないため、これらの状態を全て占有することができない。このことが、As_2Se_3における金属化の主な機構である。また、砒素の周りの空いた非結合状態を占有するために、セレンの周りから電荷移動が起こることもわかった。1)液体As_2S_3、As_2Te_3の非金属・金属転移およびAs_2Se_3との比較についてAs_2S_3における金属化の機構は、As_2Se_3におけるものと類似である。

砒素-砒素間の共有結合は、砒素-カルコゲン間または、カルコゲンーカルコゲン間の共有結合よりも弱い。従って、砒素の導入は、共有結合の切断を容易にし、金属化への転移温度を下げることになる。
気象衛星画像を用いた台風の形態解析および台風画像データベースの構策

本研究の特徴は、情報学の視点から台風という気象現象を眺めることで、大規模な気象学的データに潜む統計的性質を明らかにするというテーマに挑戦するところにある。特に「ひまわり」気象衛星画像に出現する台風雲パターンに対して、パターン認識、画像解析、機会学習等の情報学的手法を適用し、従来気象学では知られていなかった知識の発見を目標とする。このような目標を実現するために必要な技術として、本研究では以下のテーマについて研究し、それぞれ以下の研究成果を得た。1.大規模台風画像データコレクションの構築および公開:本研究では北半球および南半球の台風画像を網羅的に蓄積した34,000件規模の画像データベースを構築した。このデータベースは世界的にもユニークな画像データベースであり、さらにアメダス気象データなどを統合することで有用なデータベースに発展する可能性もある。そして上記の画像データベースはhttp://www.digital-typhoon.org/においてWWWを用いて一般に公開しており、本研究の研究成果を広く伝えることにも努めている。2.台風データマイニング:大量の台風雲パターンデータコレクションに潜む統計的性質を明らかにするために、多様なパターン認識手法をこのデータコレクションに適用し、その有効性を検討した。例えば主成分分析、クラスタリング、自己組織化マップ、カオス時系列解析、等の手法を実際に適用し、特に台風の統計的性質を可視化するという点で、気象学とは異なる従来にない新たな視点を提供することができた。3.台風に関する予兆の発見:台風の進路等を単に予測するだけではなく、台風にこれから重大な変化が起きようとしているときにその前兆を発見する、という挑戦的課題にも取り組んだ。まずはこの課題に関連して解決すべき問題をまとめ、それらの問題に対する接近法を検討した。また例えば、サポートベクトルマシンなどの手法を実際に適用し、重大な変化が起こりそうなケースとそうでないケースとの識別を試みた。本研究の目的は、衛星画像に現われる台風の雲パターンを情報学的手法によって解析し蓄積することにより、台風解析や予測など気象学的な問題の解決に有用な台風画像データベースを構築することにある。すなわち、現在おこなわれているように台風雲パターンの解析を気象専門家の目視検査に依存するのではなく、パターン認識やコンピュータビジョン等の情報学的手法の適用によって、より高速でより安定した台風解析手法を確立することを目指している。そのような技術を確立したうえでの将来的な目標は、台風に起因する災害の軽減や防止に有用な情報を検索し提供できるような技術を確立することにある。本年度は研究の初年度として、基礎データの収集および各種形態解析アルゴリズムの比較について検討した。まず研究の基礎データとして約20,000件(500GByteのデータ)に及ぶ大量の気象衛星「ひまわり」画像を収集し、このデータセットから約30,000件の台風画像を生成した。この台風画像は南北両半球の台風画像を含む独自のデータセットであり、台風の中心と台風画像の中心とを常に一致させることで、雲パターンの解析に適当な形となるよう前処理された画像コレクションである。このコレクションを用いて、本年度は以下のような個別テーマについて研究を進めた。1)台風雲パターンへの変形楕円当てはめによる日変化の解析-台風雲パターンにエネルギー関数に基づく変形楕円を当てはめ、台風に見られる積乱雲領域の大きさが1日ごとに周期的に変化することを突き止めた。2)全体論的解析による類似台風雲パターンに基づく台風予測-画素値配列などの低レベルな画像特徴量を用いた特徴空間の主成分分析により、台風の全体的なパターンを次元削減した形で簡潔に表現した上で高速な類似検索が可能であることを示したが、大気のカオス的性質により雲パターンの単純な類似度のみを用いた予測は困難であることがわかった。
先制鎮痛による術後痛予防機序の電気生理学的解析

あらかじめ十分に鎮痛を行い手術を行った時には、術後の痛みが軽減されることが知られているが、そのメカニズムは明らかではない。そこで、末梢神経損傷モデルマウスを用い、あらかじめモルヒネを投与する事によって鎮痛を行ったものと、対照群から脊髄スライス標本を作製し、パッチクランプ法によって脊髄後角細胞のシナプス応答の比較検討を行った。また、免疫組織学的手法を用いて解析した。次いで、シナプス応答に対するモルヒネの抑制作用を先制鎮痛モデルマウスと先制鎮痛を行わなかった対照群で比較検討した。坐骨神経損傷モデルマウスを作製し、von Frey hair testによって明らかに痛覚過敏の状態にあったマウスを用いて以下の実験を行った。(1)神経損傷によって、本来ならばIII層以下の深層に終末している触覚などを伝えるAβ線維が軸索発芽を起こし、痛みの伝達に密接に関わる膠様質にシナプス伝達を起こしていることを明らかにした。このAβ知覚線維の軸索発芽は、神経を障害する前にあらかじめ抗BDNF抗体を投与しておくと阻止されることを見いだした。また、行動薬理学的にも痛覚過敏が抗BDNF抗体によって抑制された。ついで、モルヒネ先制投与を行った後に坐骨神経を障害したものと対照マウスからスライス標本を作製し、同様にAβ線維の軸索発芽が惹起されるか否かを検討した。その結果、対照マウスと比較してAβ線維の軸索発芽が有意に抑制された。また、行動薬理学的にも痛覚過敏の程度が弱まっていた。(2)先制鎮痛をおこなったマウスから得られたスライスでは後根刺激によって誘起されたEPSCに対するモルヒネの作用が強くみられる傾向があった。以上の結果から、あらかじめ痛みをのぞいた状態で手術をすることは、術後にみられる疼痛を抑制するためには有効な方法であると考えられた。四肢の複雑骨折などで切断を行う際、あらかじめ痛みを取った状態で手術を行うと、四肢切断によって惹起される痛覚過敏や幻肢痛などが軽減されることが報告されている。しかし、その制御機序は明らかではない。そこで、末梢神経損傷モデルに発現する神経因性疼痛を指標に、神経損傷の前にモルヒネを用いて鎮痛を行った群と、非投与群に見られる痛覚過敏の程度をin vivoパッチクランプ記録法と行動薬理学的手法を用いて解析した。エーテル麻酔下に、成熟ラットの第5腰髄後根を結紮した後、結紮部位の末梢側を切断して神経因性モデルラットを作製した。まず、von Frey hairテストを用い、行動薬理学的に痛覚過敏の程度を測定した。あらかじめモルヒネを投与した群では、神経損傷後に見られる痛覚過敏の程度が非投与群と比較して軽度であった。次に、末梢からの機械的痛み情報が投射される脊髄膠様質細胞からin vivoパッチクランプ記録を行い、皮膚刺激によって誘起されるシナプス応答を解析した。まず正常ラットでは、触と機械的痛み刺激によってEPSCの発生頻度と振幅が著明に増加したが、その程度は侵害刺激と非侵害刺激で有意差が見られなかった。次いで、神経損傷ラットから記録をおこなった。痛み刺激によって誘起されるEPSCの発生頻度は触刺激のそれと比較して高かった。しかし、その振幅には相違は見られなかった。一方、モルヒネをあらかじめ投与したラットで同様の実験を行ったが、痛み刺激によって誘起されるEPSCの発生頻度が減少する傾向が見られた。しかし、その振幅には有意な変化は見られなかった。今後、記録細胞数を増やし、モルヒネの先行投与によってEPSC発生頻度の減少に有意差が見られるか否かを検討していく。また、モルヒネによる作用がオピオイド受容体のmu-receptorに作用して発現しているか否かを明らかにする。
凝集性光合成細菌による湖底、海底等のヘドロの除去および生分解性プラスチックへの変換

自己凝集性を有する光合成細菌によるヘドロ処理および生分解性プラスチックへの変換を念頭におき、まず、ヘドロの化学分析を行った。ヘドロは、約5%の有機物と95%の砂からなり、多量のリンを含んでいた。ヘドロ200gを1lの人工海水にけん濁し、少量のビタミン液(B1、ニコチン酸、ビオチン)を添加し、30Cで7日間ほど嫌気消化を行うと、約2g/lの酢酸と20mg/lのリン酸イオンが脱離液中に溶出した。この脱離液に光合成細菌を接種し、30C、10kluxの光照射で培養したところ、3日で約3g/lの菌体が生成し、リン酸イオンもほぼ除去された。また、菌体内には最大62%(乾物量)のポリハイドロキシ酪酸(PHB)が蓄積され、このことから、嫌気消化と光合成細菌培養の組合せで、ヘドロの浄化とPHB生産が可能と思われた。さらに、光を用いない好気条件で、ヘドロ脱離液の処理を行うため、新規の自己凝集性光合成細菌、Rhodovulumsp.を用いて、新規のSingle tower bioreactorシステムを開発し、高濃度培養をめざした。酢酸を炭素源としたモデル人工脱離液で高濃度培養を行ったところ、750時間で42.7g/lの最大菌体量に達し、PHBも好気培養にも関わらず約30%蓄積され、約13g/lにも達した。さらに、得られた培養工学的定数(酸素消費速度、基質消費速度)から、菌体およびPHB生産をコンピューターシミュレーションを行うと、実際の実験データとよく一致し、リアクター設計の基礎知見が得られた。このように、自己凝集性光合成細菌により、ヘドロ浄化と生分解性ップラスチックの生産の可能性および実用性が明らかにされた。自己凝集性を有する光合成細菌によるヘドロの処理および生分解性プラスチックへの変換を念頭におき、まず、広島湾のカキ養殖場から採取したヘドロの化学成分の検討を行った。ヘドロは約5%の有機物を含有し、多量のリンも含んでいた。200g/lで人工海水に懸濁した液を30Cで嫌気消化を行うと、7日間で約2g/lの酢酸と約20mg/lのリン酸イオンが溶液中に放出された。ビタミン(B_1、ニコチン酸およびビオチン混合液)の小量の添加が、消化を促進した。NH_4-NとNO_3-Nの蓄積はそれぞれ200mg/lと0.4mg/lで比較的少なかった。この酢酸とリン酸イオンを含む上清に無殺菌のまま光合成細菌Rh odobacter sphaeroides IL106株(耐塩性株)を接種し、30C 10kluxで光照射を行うと、3日で3.1g/lの菌体が生成され、酢酸は約1g/l減少し、リン酸イオンは、ほぼ消失した。光合成細菌を接種しない場合は、3日では光合成細菌の増殖はわずかであった。このリンは菌体の長く保持され、液中に溶出しなかった。リンを菌体に移行させることで、ヘドロから有機物とリンの除去が可能と判断され、光合成細菌による、バイオレメディエーションの可能性が示唆された。このことは、赤潮発生防止のひとつの技術になる可能性がある。さらに、菌体は凝集性が認められ、分離が通常の光合成細菌にくらべると容易であった。さらにはカロチノイド、ユビキノン、ポリハイドロキシ酪酸が菌体内に蓄積されており、菌体を効率よく回収しさらに、菌体から有用物質を回収するべく、生産条件や抽出方法を検討している。

自己凝集性を有する光合成細菌によるヘドロ処理および生分解性プラスチックへの変換を念頭におき、まず、広島湾のカキ養殖場から採取したヘドロの化学分析を行った。ヘドロは約5%の有機物を含有し、多量のリンを含んでいた。ヘドロを200g/lほど人工海水に懸濁した液を30Cで嫌気消化を行うと、7日間で約2g/lの酢酸と約20mg/lのリン酸イオンが溶液中に放出された。ビタミン(B_1、ニコチン酸、およびビオチン混合液)の少量添加が、嫌気消化を促進した。この酢酸とリン酸イオンを含む脱離液(上清)に無殺菌のまま光合成細菌Rhodobacter sphaeroides IL106株(耐塩性)を接種して、30C、10Kluxで光照射を行うと、3日で3.1g/lの菌体が生成され、酢酸は約1g/l減少し、リン酸イオンはほぼ消失した。このリン酸イオンは菌体中に長く保持され、再び上清中に溶出することはなかった。更に本年度はこのリンの菌体内分布を詳細に検討したところ、大部分のリンはポリリン酸として菌体中に保持されていて溶出されにくい状況であることが示唆され、ヘドロ嫌気消化脱離液からのリンのバイオレメディエーションに有用であることが確認された。さらに、菌体は凝集性が認められ、菌体分離が通常の光合成細菌に比べると容易であった。また菌体中にはカロチノイド、ユビキノン、が蓄積されており有用物質回収に可能性が見いだされた。一方、菌体中には、生分解性プラスチックであるポリハイドロキシ酪酸(PHB)がかなり多く蓄積されており、この生産条件を詳細に検討した結果、まず窒素源の制限したではPHBが多量の蓄積したが(乾燥重量の62%)リンの制限下でもPHBが多量に蓄積することが明かとなった。また、本菌は窒素制限下で水素を発生していることが確認され、PHB生成とエネルギーの振り分けをしている可能性が認められた。窒素とチンの含有量をコントロールすることにより、水素生産に回すエネルギーをPHB生産に振り分けることで、PHBのより効率的な精査庵を行いうる可能性が認められた。さらに、連続培養法やバイオリアクターを用いた詳細な検討により、ヘドロからのより効率的なPHB生産の可能性を検討中である。自己凝集性を有する光合成細菌による、ヘドロ処理および生分解性プラスチックへの変換を念頭におき、ヘドロを分解して光合成細菌の最適増殖条件と、プラスチック(PHB、ポリハイドロキシプチレート)への生産条件を検討した。ヘドロに少量のビタミン(B1、ニコチン酸およびビオチン混合液)を添加して嫌気条件下で、30C、5日間消化を行うと、約3g/lの酢酸と約20mg/lのリン酸イオンが蓄積した。この脱離液に、光合成細菌、Rhodobacter sphaeroides IL106株を接種し、光合成条件下30C、3日間の培養を行うと、約3.1g/lの菌体が生成され、菌体内には少量のPHBしか蓄積されなかったが、培養を5日間続行すると、菌体内には60%(乾物量)のPHBが蓄積された。このヘドロ消化脱離液によるPHBの生産限界を確認するため、脱離液にリン酸イオンとアンモニアを種々の濃度で添加して、培養を行った。その結果、アンモニアが増加しても、また、リンが増加しても、菌体内PHBは低減することが明らかとなった。最大のPHB生産はリン酸イオンが50mg/l、アンモニアが150mg/lの時認められ、67%に達し、1.2g/lのPHBの生産が可能であった。
水表面の気体輸送過程における乱れの効果に関する研究

水表面近傍の乱れが気体輸送に及ぼす効果を定量的に解明することを目的として基礎的研究を行った。本研究では,乱れの効果のみを抽出するために振動格子乱流場を研究対象としている。乱流気体輸送に関する応力方程式モデルを定式化し,これらの数学モデルと既存の実験データを詳細に検討することによって,水表面近傍の乱れが気体輸送速度k_Lに及ぼす効果について幾つかの知見を得た。振動格子乱流場は,水表面から積分スケール程度の領域でのみ乱れ分布が変形する。この変形特性は,鉛直方向の乱れ強度に対する水表面での境界条件に対称条件を課した解析では再現できない。これは,圧力-歪み速度相関項と境界条件の両者に問題があり,鉛直乱れ強度をゼロに設定した境界条件の計算結果は実験値と良好に一致する。k_Lを正しく算定するためには,濃度境界層を十分な格子点で解像する必要がある。本解析では水表面近傍において積分スケールを200点程度で離散化した。乱流計算から算定されたk_Lは,定量的には実験値よりも大きな値を取ったが,これは解析において界面活性等に関する影響を考慮していないためと推察される。しかし,k_Lが乱流レイノルズ数の-1/2乗に比例するという実験結果の特徴は極めて良好にシミュレートできた。また本研究では,表面更新率を乱れエネルギーとエネルギー散逸率でモデル化し,k_Lの評価式を提案した。水表面での気体輸送機構を解明するためには,水表面近傍の乱流構造を高精度で定量化しなければならない。本研究では,LVDをトラバース装置で昇降させ,水表面近傍の乱流構造やk_Lを高精度で計測するための実験システムを整えた。このシステムにより,モデルと実験値のより詳細な比較検討が可能となった。今後、これらの実験システムを用いて、気体輸送速度の普遍定量化と乱流モデル解析の高精度化について研究をさらに進める予定である。