hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不活性な乱流火炎面からの局所消炎発生機構の解明

本研究では、混合気の希薄燃焼にも適応可能な予混合乱流燃焼モデルの作成の基礎とするため、層流燃焼速度を揃えた各種混合気に対して、レーザトモグラフ法により定容燃焼器内を伝播する火炎の断層写真を得、それを新規設備のパーソナルコンピュータで画像解析を行った。火炎形状特性の解析から、少なくとも乱れの弱い領域では、層流燃焼速度を揃えた混合気の火炎表面積は、若干燃料の種類に依存するもののルイス数の影響はほとんど受けず乱れ強さに支配されていることがわかった。また、乱流火炎の挙動の解析から、火炎の局所的な形状特性により伝播特性に差異があることがわかった。即ち、新たに火炎面拡大に有効な活性な火炎部分と新たに火炎面拡大にほとんど関与しない不活性な火炎部分が存在し、前者が未燃ガス側に凸な火炎部分に、後者が既燃ガス側に凸な火炎部分に当たることが確認できた。この不活性な部分は、条件によるが、火炎進行とともに押しつぶされ既燃ガス部に筋状に残ったり消滅するのが観察された。さらに、2次元断面である火炎周長のうち未燃ガス側に凸な領域の占める割合は、当量比に対し依存性が見られるものの概ね既燃ガス側に凸な領域より大きいことがわかった。次に、伸張による消炎の議論に利用されるカーロビッツ数を用いて、局所消炎の度合いの定量化を試みた。ここでは、既に研究者らが明らかにしている選択拡散効果量を考慮したカーロビッツ数Ka_Lを用いて、この消炎との関係を整理してみた。その結果、Ka_Lが増加するに従い火炎構造は変化し、Ka_Lが0.5付近を境に局所消炎の領域が急増し、Ka_Lが1.0付近で全体消炎に至ることが明らかになった。
メタボリックシンドローム発症における脂肪細胞特異的な体内時計機能の破綻

近年、生活リズムの乱れが、肥満やメタボリックシンドロームのリスクファクターであることが疫学調査より明らかとなってきた。我々は、サーカディアンリズムのマスターレギュレーターである転写因子Brain and Muscle Arntlike protein1(BMAL1)が脂肪細胞の機能を調節することを報告した(Shimba et al PNAS 2005)。また、メタボリックシンドローム患者の脂肪組織においてBMAL1機能の異常が報告されており、さらにはSNP解析によりBMAL1機能不全と糖尿病ならびに高血圧発症との関係が疑われている。これらの結果は、BMAL1が代謝調節に積極的に関与していること、さらにはその機能異常がメタボリックシンドローム発症へと通ずることを示唆している。そこで本研究ではBMAL1機能の異常とメタボリックシンドローム発症との関係を明らかとすることを目的として、BMAL1ノックアウト(KO)マウスの解析を行った。雄性C57B1/6JマウスならびにBMAL1 KOマウスを通常あるいは高脂肪食下において5週間飼育した。常法に従い、インスリン感受性、耐糖能ならびに血液生化学検査を行った。遺伝子発現の変化はGeneChipを用いて解析した。通常餌飼育下においてBMAL1 KOマウスは野生型マウスに比較して低体重の傾向を示したが、高脂肪食給餌により野生型マウス以上に著しい体重の増加を示した。またそれに伴い脂肪肝、高コレステロール血症ならびに顕著な皮脂の分泌を示した。またBMAL1 KOマウスの耐糖能は、通常ならびに高脂肪食飼育下のいずれにおいても低下を示した。また各組織における遺伝子発現の変化はこれら表現系を支持するものであった。以上の結果よりBMAL1の機能異常が、メタボリックシンドローム発症へのリスクファクターとなることが示唆された。体内時計調節因子であるBrain-Muscle Arnt Like Protein 1 (BMAL1)は明期に低く暗期に高い発現を示す転写因子である。我々はBMAL1が脂肪組織に高く発現しており、高脂肪食により脂肪細胞特異的にその発現が増加すること、さらにはBMAL1が脂肪細胞分化を制御することを明らかにした。そこで明期ならびに暗期のそれぞれにおけるBMAL1の脂肪細胞機能調節における役割を明らかにする目的でBMAL1ノックアウト(KO)を作製し、その解析を試みた。BMAL1 KOマウスは、野生型マウスに比較して低体重を示した。各臓器重量を比較したところBMAL1 KOマウスにおける精巣上体ならびに皮下における脂肪組織量が顕著に減少していた。このような組織重量の減少は他の組織においては軽微であるか、もしくは観察されなかった。さらには血液生化学検査においてBMAL1 KOマウスは、野生型マウスに比較して高い血中遊離脂肪酸量を示した。これらの結果より脂肪組織におけるBMAL1機能の重要性が示された。脂肪細胞機能のひとつにアディポサイトカイン類の産生・分泌が挙げられる。アディポサイトカイン類の量的バランスがメタボリックシンドローム発症に強く関わることから、アディポサイトカイン類の発現におけるBMAL1の役割を検討した。その結果、BMAL1がNF-κBの発現調節を介してアディポサイトカイン、特にMCP-1の発現に影響を与えることを明らかにした。このようにBMAL1により制御される体内時計のかく乱は、メタボリックシンドローム様症状の発症につながると考えられ、生活習慣とメタボリックシンドローム発症とを結ぶ分子メカニズムの一端が明らかにされた。現在上記の減少を遺伝子発現レベルで検討すると共に脂肪細胞特異的にBMAL1を欠損したマウスを用いてさらに詳細な検討を行っている。
戦前戦後の日本政治における選挙地盤とクライコンテリズムの形成・変化の研究

資料収集の点では、愛知県の戦前期地方選挙(特に県会議員選挙)のデータを補充できたことにくわえ、予算書時点では想定していなかった第15回(大正13年)選から第32回(昭和44年)選に至る衆議院選挙結果の全国データを入手することができた。これによって、愛知県を中軸にした分析を他府県地域と類型化して比較することが可能になった。ところで、地盤変化を中心にした選挙結果を分析するには、選挙制度の変数をまずもって押えなければならないことを研究課題で指摘しておいた。そこで、本年度は第2次山県内閣で成立した様々な政治行政制度の改正総体を1900年体制の成立と捉え、その一環をなす第1次衆議院選挙法改正が第1次府県制郡制改正と密接に関連するものであったことを、特に議会審議経過を通じて明らかにした。そのため、予定外の文献収集・購入が必要になった。しかしながら、前記した衆議院選挙結果の詳細な全国データを入手したので、現在、愛知県を中心にした明治後期から大正期にかけての地盤変化を基礎にする選挙結果の分析に手がけており、本年度中にその成果を別途発表する予定になっている。そして、それに引き続いて昭和期の分析に入り、いよいよ昭和戦前期と戦後期の連続・不連続分析に入りたいと思っている。愛知県を事例とする本研究の本年度作業課題は,戦前の第一回総選挙から近年時の総選挙結果デ-タ及び選挙活動状況の資料等を収集すること,くわえ政治的クライエンテリズムの探究へ歩を進めるため愛知県政に関する文献・資料等を収集することに重点をおいた。その結果,第1に,戦前・戦後の総選挙結果デ-タはほぼ収集でき,第2に,戦前期の選挙戦状況に関する新聞資料(複写)もそれなりに収集できた。そして第3に,かなり入手困難な戦前の愛知県(名古屋市)政に関する文献・資料も収集補充することができた。そうした中で,愛知県を事例にした第一段階の分析結果を発表することができた。その内容の第1は,小選挙区制期(第16回総選挙)と大選挙区制期(第7回総選挙以降)を比較一後期から前期を照射一し,前期にどのような形で選挙地盤が形成されたかを数量的デ-タをもって明らかにしたこと,第2は,立憲政友会の発足を指標とする1900年体制の成立が,第7回以降の総選挙にどにような作用(変化)をもたらしたかを明らかにしたことである。以後,次年度研究期間においても、愛知県を事例にするこうした分析を継続することになるが,それには次の補充が※要と考える。第1に,選挙地盤の形成・変化を数量的に実証するには,総選挙だけではなく地方選挙のデ-タ収集が不可欠になること,第2に,選挙地盤の形成・変化を政治的クライエンテリズムのそれとして実証分析するには,さらに一層の文献・資料等の収集が※要になることである。そして、特に後者の研究課題へ歩を進めて分析結果をうるには,研究費用・期間枠からしても再(新)研究申請が必要と考えている。
家計の住替行動、信用制約と住宅価格変動の経済的分析

不動産価格の変動を、金融市場の不完全性を前提として、住宅金融制度との関連から検討した。特に、不動産価格と景気循環の関係、住宅市場における融資制度の設計の問題に対して、住替阻害要因と住宅価格変動の分析を通じて、現行制度の問題点と、今後の方向性を示唆した。まずわが国の住宅金融が遡及型融資制度に基づいているために、流動性制約が著しい住替阻害要因になっていることを、理論モデルを構築し、それを全国の家計パネルデータの個票を使用して、ロジットモデルにより検証した。次に、都道府県単位のパネルデータを用いて、遡及型融資制度と非遡及型融資制度のもとでの流動性制約の住宅価格変動に及ぼす影響の比較分析を行った。日本における住宅市場と住宅金融市場の概観、遡及型融資制度から非遡及型融資制度へ変更することの意義、非遡及型融資制度を基としたリバース・モーゲージの創設などの、将来の政策変更を検討した。わが国の住宅金融が遡及型融資制度に基づいているために、流動性制約が著しい転居阻害要因になっていることを、まず遡及型融資制度の特徴を明示的に考慮したミクロ経済学的な理論モデルを構築し、次に、その理論命題を検証した。理論分析では、まず、住宅ローン残高と住宅資産価値の比率であるLTVが、転居行動と負の関係にある事を示した。次に、LTVの転居に対する効果は非対称的である事を、理論的に示した。すなわち、正の純資産を持つ家計(LTV<1)の場合には、LTVが高くなると、転居が阻害されることを示した。それに対して、負の純資産価値を持つ家計(LTV>1)の場合には、LTVの変化は、転居に何の効果ももたらさない事を示した。実証分析では、全国の家計の個票パネルデータを使用して、ロジットモデルにより上記のロックイン効果の検証を行なった。その結果、正の純資産を持つ(住宅・非住宅資産の価値が住宅ローン残高を上回る)家計に関しては、遡及型融資制度に基づく住宅ローン残高と住宅資産価値の比率であるELTVの上昇は、新規に購入する住宅への頭金の減少を通じて、買い替え確率を減少させることが明らかになった。それに対して、純資産額が負である家計は、買い替えようとしても、新規に購入する住宅のための頭金が不足するため、深刻な流動性制約に直面することになる。そのため、ELTVが上昇しても、転居への効果はなかった。すなわち、家計の純資産の水準に依存して、非対称的なロックイン効果が存在する結果が得られた。特に、不動産価格と景気循環の関係、住宅市場における融資制度の設計の問題に対して、転居阻害要因と住宅価格変動の分析を通じて、現行制度の問題点と、今後の方向性を示唆した。我が国の住宅市場の融資制度の設計の問題に注目し、諸外国の融資制度の長所短所との比較分析を行なった。現在、国際的にみても、日本を含めて、債務不履行時に、担保住宅以外の資産に対しても請求権が及ぶ、遡及型融資制度を採用している国がほとんどである。それに対して、アメリカは、債務不履行時に、担保住宅以外の資産に対しては請求権が及ばない、非遡及型融資制度を取っている。不動産価格と景気循環の観点から、両制度の価格安定化機能を対比してみると、非遡及型融資制度の場合は、住宅価格の下落時に、担保住宅の価値が住宅ローン残高を下回る場合には、家計は意図的にデフォルトするため、住宅価格下落時に住宅供給が増加することになる。したがって、住宅価格はさらに下落することになると思われる。しかし、見方を変えれば、このことは、価格メカニズムによる自律的な回復が早いことにも、つながる。それに対して、遡及型融資制度の場合には、住宅価格の下落時に、担保住宅の価値が住宅ローン残高を下回る場合には、新規の住宅ローン借り入れに対する深刻な流動性制約のために、転居が阻害され、住宅価格の下落は限定的となる。非遡及型融資制度の長所としては、担保住宅の価値を維持するという誘因を与えるため、住宅の質の向上につながることが考えられる。それに対して、短所としては、遡及型融資制度の場合には見られない、借り手の意図的なデフォルトを助長する側面がある事であろう。わが国の住宅金融が遡及型融資制度に基づいているために、流動性制約が著しい転居阻害要因になっており、それが住宅価格の変動にも多大な影響を及ぼしていることを検証した。まず全国の家計の個票パネルデータを使用して、ロジットモデルによりロックイン効果の検証を行なった。

それに対して、純資産額が負である家計は、買い替えようとしても、新規に購入する住宅のための頭金が不足するため、深刻な流動性制約に直面することになる。そのため、ELTVが上昇しても、転居への効果はなかった。すなわち、家計の純資産の水準に依存して、非対称的なロックイン効果が存在する結果が得られた。次に、都道府県単位のパネルデータを用いて、誤差修正モデルにより、遡及型融資制度と非遡及型融資制度のもとでの流動性制約の住宅価格変動に及ぼす影響の比較分析を行なった。その結果、非遡及型融資が主流なアメリカでは、LTVの比率が高い地域ほど住宅価格の変動が大きくなっているが、遡及型融資制度を採用している日本ではELTVの比率が高い都道府県ほど、変動は小さくなっていることが明らかとなった。下記の成果をまとめて『日本の住宅市場と家計行動』(東京大学出版会)という書籍を2014年に刊行し、「2014年度第57回日経・経済図書文化賞」を受賞した。まず日本の住宅金融がリコース・ローン(recourse loan,遡及型融資制度)に基づいているために、流動性制約が著しい転居阻害要因になっており、それが住宅価格の変動にも多大な影響を及ぼしていることを検証した。最初に日本全体の家計の個票パネルデータを使用して、ロジットモデルにより凍結効果(ロックイン効果)の検証を行なった。その結果、住宅・非住宅資産の価値が住宅ローン残高を上回るような、正の純資産を持つ家計に関しては、リコース・ローン制度に基づく住宅ローン残高と住宅資産価値の比率である拡張された住宅ローン残高対住宅資産価値比率(ELTV)の上昇は、新規に購入する住宅への頭金の減少を通じて、買い替え確率を減少させることが判明した。そのためELTVが上昇しても、転居への効果は見られなかった。つまり家計の純資産の水準に依存して、非対称的な凍結効果が存在する結果が求められた。次に都道府県単位のパネルデータを用いて、誤差修正モデルにより、リコース・ローン制度とノンリコース・ローン制度のもとでの流動性制約の住宅価格変動に及ぼす影響の比較分析を行なった。その結果、ノンリコース・ローンが主流なアメリカでは、住宅ローン残高対住宅資産価値比率(LTV)の比率が高い地域ほど住宅価格の変動が大きくなっているが、リコース・ローン制度を採用している日本ではELTVの比率が高い都道府県ほど、変動は小さくなっていることが明らかとなった。社会科学1)理論分析に関しては、更にサーベイを行なった。また、家計の消費に及ぼす住宅資産効果の分析に関する理論モデルの構築も行った。2)リコース制下での住宅価格の変動分析に関しては、ミクロ実証分析に関する理論的実証的研究成果を、国際的査読誌に、掲載した。3)リコース制・ノンリコース制下での住宅価格変動リスクのマクロ実証比較分析に関しては、リコース制のわが国と、ノンリコース制のアメリカの、制度的な違いなどのサーベイを行なった。
培養細胞及び無脊椎動物モデルを用いたパーキンソン病分子機構の研究

本研究において、私はパーキンソン病(PD)の病態モデル樹立を目的として、神経細胞にヒトα-synucleinを過剰発現するトランスジェニック(TG)線虫を作製した。全神経細胞にα-synucleinを過剰発現するラインでは、神経細胞体及び突起、特に神経突起とシナプスに富むnerve ringに強いα-synucleinの発現が見られた。PD脳に蓄積したα-synucleinに特徴的なSer129のリン酸化は、nerve ringのみに限局して観察された。一方、体壁筋、腸管ではα-synucleinのリン酸化は起こらず、α-synucleinのリン酸化は神経細胞に特異的な現象であることが示唆された。さらにシナプス小胞の軸索輸送に関与するモーター蛋白質UNC-104の機能低下変異の導入により、α-synucleinが細胞体に蓄積し、リン酸化が亢進したことから、α-synucleinの神経末端における局在にUNC-104蛋白質が関与し、その障害は蓄積と過剰リン酸化の一要因となる可能性が示唆された。また、touch neuron特異的に家族性PD変異型ヒトα-synucleinを過剰発現することにより神経機能低下が引き起こされた。家族性PD変異はα-synuclein蛋白質の凝集性を促進することがin vitroの実験において示されており、構造異常を生じたα-synucleinの細胞内蓄積が機能障害を誘発した可能性が示唆された。私が作出したα-synuclein TG線虫モデルはα-synucleinのリン酸化、神経機能障害など、PDをはじめとするヒトsynucleinopathyにおける生化学的・機能的異常を再現するモデル動物と考えられる。今後このモデルを用いて、α-synuclein蓄積に伴う神経細胞障害や過剰リン酸化の分子機構を解析し、治療法の創出につなげたい。
自己細胞を用いた人工気管による再生医療と難治性気道疾患への応用

難治性気道疾患に対する自己細胞のみからなる代替再生臓器の確立は、画期的な再生医療への新たなアプローチとなり得る。この研究では、バイオ3Dプリンターを用いて、再生医療に用いる自己細胞および幹細胞のみからなる、免疫抑制剤を必要としない人工気管の作製と、移植による再生医療の確立を目指す。自家移植を目指したラット自己細胞を用いた人工気管の構築と自家移植。ヒト細胞データを元に、近交系であるFischer344ラットより抽出し培養したprimary細胞にて作製した人工気管が、自家移植可能かを明らかにすることを目的に行った。1実際の気管に近い構造体の作製を目指す実験では、軟骨組織と基本構造である線維芽細胞主体の構造体を交互積層さらには馬蹄形の軟骨輪を積層し、気管を模した構造体を作製した。基本構造として、これまでのデータを元に、ヒト細胞株を用いて、線維芽細胞+血管内皮細胞+骨髄幹細胞と軟骨細胞+血管内皮細胞+骨髄幹細胞を階段状に構成。この組み合わせの中に平滑筋細胞を混入し、強度、弾性を考慮し、最も良い組み合わせを決定した。交互積層の気管は、強度もつよく、理想的な人工器官であることが証明された。2ラットより採取した自己細胞による人工気管の自家移植については、Fischer344ラットに自家移植し、中期の生着に成功した。つまり、自己細胞からなる人工気管が、生体への移植、生着が可能であること、それが中期的に維持可能であることが証明された。また、内腔の上皮化もみられ、人工気管が生体で使用できることを確認できた。1.複雑な気管構造体および高強度の構造体の作製;これまでの研究で作製した上記気管様構造体を、さらに生体に近い構造の人工気管を作製し、強度の向上(ステント不要移植)を達成するために、ヒト細胞株を用いて、基礎実験を行った。1軟骨輪を持つ気管構造体の作製;実際の気管に近い構造体の作製を目指す。上記の軟骨組織と基本構造である線維芽細胞主体の構造体を交互積層さらには馬蹄形の軟骨輪を積層し、気管を模した構造体を作製する。この組み合わせの中に平滑筋細胞を混入し、強度、弾性を考慮し、最も良い組み合わせを評価した。2軟骨細胞シートで包んだ構造体のラット皮下移植による軟骨組織の熟成;強度に重要な軟骨の熟成のために、生体内での軟骨組織環境を作製することで、より質の高い軟骨組織の作製方法の検討を行った。軟骨への分化は、予想を下回り、実験方法の変更を模索している。3気道上皮細胞層および神経細胞の付与およびiPS細胞由来軟骨細胞、血管内皮細胞の使用と評価;気道上皮、神経細胞の混入には、様々な問題が存在し、その解決を行っている。細胞ソース検討では、血管内皮細胞、軟骨細胞をiPS由来細胞へ代替し、構造体の作製に成功した。2.自家移植を目指したラット自己細胞を用いた人工気管の構築と自家移植;上記のヒト細胞データを元に、近交系であるFischer344ラットより抽出し培養したprimary細胞にて作製した人工気管が、自家移植に成功した。現時点での人工臓器(気管)作製の問題点は、強度、品質が安定しないことである。そのため、時間とコストを要することが最大の問題点と言える。これを解決するために、より効率的な培養方法を検討する。それと同時に、元来予定していた気道上皮細胞層および神経細胞の付与およびiPS細胞由来軟骨細胞、血管内皮細胞の使用と評価として、生体に近い構造体として、ヒト気道上皮細胞の内層及びヒト神経細胞株を基本構造内へ混入させ、移植後の上皮、神経再生を容易にする。また、臨床応用を目指し、より採取が容易で、増殖が効果的な細胞ソース検討のため、血管内皮細胞、軟骨細胞をiPS由来細胞へ代替する(ヒト細胞での購入可能な既成細胞を用いる)。また、組織学的に構造体を評価する研究を行う。また、ラットより採取した自己細胞による人工気管の自家移植として、Fischer344ラットに自家移植し、長期の生着評価を行う。さらには、大動物への応用にむけて、大きなサイズの構造体を作製する方法の開発を進めていく。

この組み合わせの中に平滑筋細胞を混入し、強度、弾性を考慮し、最も良い組み合わせを決定した。交互積層の気管は、強度もつよく、理想的な人工器官であることが証明された。2ラットより採取した自己細胞による人工気管の自家移植については、Fischer344ラットに自家移植し、中期の生着に成功した。つまり、自己細胞からなる人工気管が、生体への移植、生着が可能であること、それが中期的に維持可能であることが証明された。また、内腔の上皮化もみられ、人工気管が生体で使用できることを確認できた。1.複雑な気管構造体および高強度の構造体の作製;これまでの研究で作製した上記気管様構造体を、さらに生体に近い構造の人工気管を作製し、強度の向上(ステント不要移植)を達成するために、ヒト細胞株を用いて、基礎実験を行った。1軟骨輪を持つ気管構造体の作製;実際の気管に近い構造体の作製を目指す。上記の軟骨組織と基本構造である線維芽細胞主体の構造体を交互積層さらには馬蹄形の軟骨輪を積層し、気管を模した構造体を作製する。基本構造として、これまでのデータを元に、ヒト細胞株を用いて、線維芽細胞+血管内皮細胞+骨髄幹細胞と軟骨細胞+血管内皮細胞+骨髄幹細胞を階段状に構成。この組み合わせの中に平滑筋細胞を混入し、強度、弾性を考慮し、最も良い組み合わせを評価した。2軟骨細胞シートで包んだ構造体のラット皮下移植による軟骨組織の熟成;強度に重要な軟骨の熟成のために、生体内での軟骨組織環境を作製することで、より質の高い軟骨組織の作製方法の検討を行った。軟骨への分化は、予想を下回り、実験方法の変更を模索している。3気道上皮細胞層および神経細胞の付与およびiPS細胞由来軟骨細胞、血管内皮細胞の使用と評価;気道上皮、神経細胞の混入には、様々な問題が存在し、その解決を行っている。細胞ソース検討では、血管内皮細胞、軟骨細胞をiPS由来細胞へ代替し、構造体の作製に成功した。2.自家移植を目指したラット自己細胞を用いた人工気管の構築と自家移植;上記のヒト細胞データを元に、近交系であるFischer344ラットより抽出し培養したprimary細胞にて作製した人工気管が、自家移植に成功した。現時点での人工臓器(気管)作製の問題点は、強度、品質が安定しないことである。そのため、時間とコストを要することが最大の問題点と言える。これを解決するために、より効率的な培養方法を検討する。それと同時に、元来予定していた気道上皮細胞層および神経細胞の付与およびiPS細胞由来軟骨細胞、血管内皮細胞の使用と評価として、生体に近い構造体として、ヒト気道上皮細胞の内層及びヒト神経細胞株を基本構造内へ混入させ、移植後の上皮、神経再生を容易にする。また、臨床応用を目指し、より採取が容易で、増殖が効果的な細胞ソース検討のため、血管内皮細胞、軟骨細胞をiPS由来細胞へ代替する(ヒト細胞での購入可能な既成細胞を用いる)。また、組織学的に構造体を評価する研究を行う。また、ラットより採取した自己細胞による人工気管の自家移植として、Fischer344ラットに自家移植し、長期の生着評価を行う。さらには、大動物への応用にむけて、大きなサイズの構造体を作製する方法の開発を進めていく。
気球リモートセンシングによる森林流域の蒸発散量分布に関する研究

本研究の目的は、走査型放射温度計の表面温度画像と熱収支観測を組み合わせて蒸発散量を推定する方法(表面温度法)を用いて、小型気球にとりつけた放射温度計を地上数百mの上空にあげ、従来地上観測でできなかった広範囲の森林地の蒸発散量分布を明らかにすることである。本研究の研究成果は以下のようである。1.平成8年の実験観測は、愛媛大学附属演習林のヒノキ林で行った。直径3.5mの球形の気球に放射温度計、コントローラー、バッテリ-、超小型無線ビデオカメラを取り付け、表面温度観測は15秒毎に計測した。また、放射温度計の観測場所は地上でモニターし、放射温度計の観測方向を地上で制御した。さらに地上からの表面温度観測も同時に行い、蒸発散量の違いを検討した。その結果、気球から計測した表面温度は、地上から計測した表面温度より高く、そのため気球から計測された表面温度から蒸発散量を推定すると地上観測結果より低くなり、気球観測の方が精度の高い表面温度観測ができ、それから得られた蒸発散量分布の推定精度も高いと考えられた。2.さらに平成9年の観測では斜面勾配、斜面方位の異なる2つのヒノキ林地において気球観測と微気象観測を行った。斜面の向きの違いによる表面温度は、平均1.8°Cの違いが見られ,蒸発散量は、表面温度の低い斜面の方が、約0.28mm/4hrほど大きく推定され、ボ-エン比法で推定された蒸発散量も大きくほぼ同じ値を示した。この結果から気球を用いた表面温度法は向きの異なる斜面の蒸発散量分布を推定する上で有効であることがわかった。また斜面の向きが異なると気象条件が異なるため、このような広範囲な場所に適用するには、各斜面で気温、風速、純放射量の観測は必ず必要であることがわかった。斜面向きによる蒸発散量の違いの要因は今後の研究課題としたい。筆者は,森林地の蒸発散量分布を推定するため,放射温度計によって計測された森林の表面温度画像と熱収支データを用いて蒸発散量を推定する方法を提案している.しかし,地上から森林の樹冠を観測するには,森林を横から観測する場合が多く,そのため樹形と葉による陰の影響で,表面温度を正確に測定するには問題があった.また,樹高の高い森林地を広範囲に観測するには,地上からの観測では限界がある.そこで,気球に放射温度計を搭載し,真上から解析対象の森林の表面温度観測を行い蒸発散量分布の推定を試みた.実験観測は,愛媛大学附属演習林のヒノキ林(樹高約10m)で行なわれた.直径3.5mの球形の気球(約24m^3)に放射温度計,コントローラー,バッテリ-,超小型無線ビデオカメラを取り付け,林道から地上最大約190mの上空よりヒノキ林を観測した.観測した日は10月15日から17日であるが,比較的気球の動きが小さかった10月17日について解析を行った.観測時間は8:30から17:00で,その間表面温度を15秒毎に計測した.また,放射温度計の観測方向を無線によってコントロールできるようにし,観測場所は地上でモニターして,気球の位置,放射温度計の観測方向を地上で制御した.解析は,データのうち約10分間隔の画像を選定して画像処理を行い,その表面温度画像と地上の熱収支観測を組み合わせて蒸発散量の推定を行った.さらに地上からの表面温度観測も同時に行い,推定される蒸発散量の違いを検討した.その結果,気球から計測した表面温度は,地上から計測した表面温度より高く,そのため気球から計測された蒸発散量は,地上観測から推定した結果より低くなった.

その違いは表面温度の計測の精度によるもので,気球観測の方が精度の高い蒸発散量分布の推定精度が得られることが明らかになった.本研究の目的は、走査型放射温度計の表面温度画像と熱収支観測を組み合わせて蒸発散量を推定する方法(表面温度法)を用いて、この放射温度計を小型気球に取り付け数百mの上空にあげ、鉛直下方向を観測し、従来地上観測でできなかった広範囲の森林地の蒸発散量分布を明らかにすることである。本年度の研究実績は以下のようであった。1.実験観測は、平成8年度と同様の愛媛大学農学部附属演習林のヒノキ林で数日間行った。平成9年度は気球の観測高度を最大約250mで平成8年度より広い範囲を観測できるようにして、谷を挟んだ2つの森林斜面を観測した。これらヒノキ林において熱収支観測用のポールに、通風型乾湿計、放射収支計、3杯型微風速計を設置し、3高度の気温、湿度、風速と純放射量などを1秒ごとに計測して、ボ-エン比法でも蒸発散量が推定できるよう観測を行った。また各斜面において、樹冠上に対空標識を設置しそれに温度計を取り付け、斜面における平面的な気温分布の計測も実施した。2.観測の結果は、斜面の向きの違いで表面温度は平均1.8°Cの違いが見られ明らかに異なっている。この時の蒸発散量は、表面温度の低い斜面の方が、約0.28mm/4hrほど大きく推定され、ボ-エン比法で推定された蒸発散量も大きくほぼ同じ値を示し、気球を用いた表面温度法は向きの異なる斜面の蒸発散量分布を推定する上で有効であることがわかった。また斜面の向きが異なると気温、風速など気象条件が異なるため、表面温度法で斜面の向きが異なる広範囲な場所に適用するには、気温、風速、純放射量の観測は必ず必要であることがわかった。また、気球を用いた観測システムは、現在の走査型放射温度計では1時間半毎のバッテリ-交換が必要となり、長時間の観測ができないが、省電力型の放射温度計が開発できれば操作も簡便であり非常に有効な方法であることがわかった。
HIV-1感染者の予後に関わるHIV-1特異的細胞傷害性T細胞の解析

本研究では、HLA-B*35:01陽性感染者に見られるHIV-1コントロールと関連したHIV-1特異的細胞傷害性T細胞(CTL)に着目し、この細胞の機能がどのような機序で損なわれているのか解析を行った。その結果、HLA-B*35:01拘束性NefYF9エピトープに見られるHLA-A*24:02拘束性CTLによって選択されたY135F変異の出現により、YF9特異的CTLのHIV-1増殖抑制能が減弱されることが判明した。これは、変異の出現によって、wild-type特異的CTLが消失し、HIV-1増殖抑制能が弱い変異特異的CTLが誘導されることに起因していることが明らかとなった。HLA-B*35:01がエイズ発症進行と強く関係していることは多くの研究者によって証明されているが、HLA-B*35:01陽性感染者のエイズ発症進行メカニズムはほとんど明らかとなっていない。そこで我々は、HLA-B*35:01陽性日本人感染者に見られるHIV-1感染制御と関連したHIV-1特異的CTLに着目し、この細胞の機能がどのような機序で損なわれているのか解析を行った。以前の研究で4つのエピトープ(Gag NY9、Pol VY10、Nef RY11、Nef YF9)特異的CTLがHIV-1のコントロールに重要な役割を果たしていることを示したが、これら4つのエピトープ領域について、HLA-B*35:01以外のHLA関連ゲノム変異を解析したところ、3つのエピトープで4つのHLA関連ゲノム変異が認められた。そのうちNef YF9エピトープ上のHLA-A*24:02関連Y135F変異だけが日本人感染者で蓄積していることが判明した。さらに、この変異を持つ人は持たない人よりも有意にpVLが高いことが認められ、Y135F変異はNef YF9特異的CTLによるHIV-1増殖抑制を減弱していると考えられた。さらに、YF9特異的CTLクローンを作製し、Y135F変異のCTL機能への影響を解析した結果、Y135F変異はCTLによる抗原ペプチドの認識を減弱させることが判明した。さらに、Y135F変異はin vitroでのYF9特異的CTLのウイルス増殖抑制能を有意に低下させることが明らかとなり、HLA-B*35:01陽性感染者においてY135F変異ウイルスはYF9特異的CTLによって排除されにくいと考えられた。その結果、NefYF9特異的CTLによるHIV-1コントロールがHLA-A*24:02関連のNefY135F変異によって減弱されていることが明らかとなった。これは、YF9特異的CTLによる抗原認識がこの変異によって減弱され、特異的CTLによって変異ウイルス感染細胞が排除できなくなるためであることが判明した。以上の知見は、日本人を対象としたエイズ治療ワクチンの開発だけでなくエイズの病態解析においてきわめて有用であると考えられる。したがって、現在までに実施した研究は、本研究の目的の達成に向けて、おおむね順調に進展している。HLA-B*35:01はエイズ発症進行と強く関係していることがよく知られているが、そのメカニズムはまだ明らかとなっていない。そこで本研究では、HLA-B*35:01陽性感染者に見られるHIV-1コントロールと関連したHIV-1特異的細胞傷害性T細胞(CTL)に着目し、この細胞の機能がどのような機序で損なわれているのか解析を行った。昨年度の研究から、HLA-B*35:01拘束性Nef YF9エピトープ上に見られるHLA-A*24:02拘束性CTLによって選択されたY135F変異が日本人感染者で蓄積していることが判明し、Y135F変異はNef YF9特異的CTLによるHIV-1増殖抑制を減弱していることが示された。今年度は、この減弱されるメカニズムを解明するため、Nef YF9特異的CTLと変異についてlongitudinal analysisを行った。その結果、変異が出現する前は、wild-type特異的およびcross-reactive CTLが誘導され、変異が出現すると、wild-type特異的CTLが消失し、Y135F変異特異的CTLが新たに誘導されることが判明した。さらに、wild-type特異的またはY135F変異特異的CTLの頻度と血漿中ウイルス量の関係について解析した結果、wild-type特異的CTLの頻度はウイルス量と有意な負の相関を示したのに対し、変異特異的CTLは相関を示さなかった。以上の結果、wild-type特異的CTLはHIV-1増殖を抑制できるが、変異特異的CTLはHIV-1増殖を抑制できないと考えられた。

したがって、変異の出現後、Y135F変異特異的CTLが誘導されるが、このT細胞のHIV-1増殖抑制能が弱いため、血漿中ウイルス量が上昇してしまうことが推察された。本研究では、HLA-B*35:01陽性感染者に見られるHIV-1コントロールと関連したHIV-1特異的細胞傷害性T細胞(CTL)に着目し、この細胞の機能がどのような機序で損なわれているのか解析を行った。その結果、HLA-B*35:01拘束性NefYF9エピトープに見られるHLA-A*24:02拘束性CTLによって選択されたY135F変異の出現により、YF9特異的CTLのHIV-1増殖抑制能が減弱されることが判明した。これは、変異の出現によって、wild-type特異的CTLが消失し、HIV-1増殖抑制能が弱い変異特異的CTLが誘導されることに起因していることが明らかとなった。感染免疫学28年度の研究計画において、さらなるペプチド合成が必要であると考えられたため、次年度に繰越を行った。これにより、大幅な研究の進展が見込める。さらなるペプチド合成の費用を算出した。また、HLA発現解析用試薬、IFN-g細胞内染色用試薬、およびプラスチック器具にかかる費用を算出した。さらに、国内外の研究成果の発表に伴う旅費を算出した。
造血幹細胞の自己複製と分化の誘導を掛け分ける分子基盤

研究室ではまず造血幹細胞の活性を支持する2大内的因子であるポリコーム複合体1やHoxb4が供にGemininに対するE3ユビキチンリガーゼとして機能していることを独自に明らかにした。Gemininは細胞の増殖と分化を同時に調節することから、Gemininが造血幹細胞の自己複製と分化の誘導を掛け分ける中核因子として機能していることが推測される。そこで、本研究では造血幹細胞におけるGemininの発現動態を詳細に明らかにすることを目的として、Geminin遺伝子に蛍光タンパク質遺伝子EYFPをノックインし、Geminin-EYFP融合タンパク質が発現するようにしたGeminin-EYFPノックインマウスを作製し、Geminin分子を可視化した。ホモ接合型Geminin-EYFPノックインマウスにおいてEYFPの蛍光強度が充分高く、内在性のGemininの発現をよく反映していることや、発生や妊孕性に特に問題のないことを確かめた。そして、G0/G1期の未分化造血細胞の中で長期骨髄再構築能を有する造血幹細胞においてGemininの発現が高いことを見い出した。一方、FGF4のmembrane translocating motifを組み込んだcell-penetrating Gemininを作製し、Gemininタンパク質を直接細胞内に導入する実験系の構築を行った。これらの研究成果は、造血幹細胞が自己複製する際にGemininの発現がどのように調節され、未分化性が保たれつつ細胞増殖するのかについて理解を深めることと、Gemininの発現量を調節することによって造血幹細胞の活性を操作できる技術の開発に道を開くことが期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。ポリコーム複合体1とそのエピジェネティクな転写制御の標的遺伝子であるHoxb4やHoxa9は共に造血幹細胞の活性を支持する細胞内因子として知られている。いずれも転写制御機能を介して造血制御を担っていると考えられて来たが、研究室ではこれらがそれぞれGemininに対するE3ユビキチンリガーゼとして働き、Gemininタンパク質の発現レベルをユビキチン-プロテアソーム系を介して直接制御していることを初めて明らかにした。GemininはDNA複製やクロマチンリモデリングを抑制することによって、細胞増殖と分化を制御している。従って、Gemininの発現制御によって造血幹細胞の活性が統括されていることが推測される。そこで、Geminin遺伝子にインフレームでEYFPを挿入したGeminin-EYFPノックインマウスを作製し、Gemininを可視化するとともに、Gemininの発現を増大あるいはshRNAを用いて低下させるレトロウイルスベクターの作製を行った。さらに、遺伝子組み換えタンパク質を直接細胞内に導入する手法の開発を目指して、Cell penetrating Geminin (CP-Geminin)を作成した。今後、これらを駆使して造血幹細胞が自己複製するか、あるいは分化するかの運命決定においてGemininがどのような役割を果たしているのかについて解析を進めていく計画である。そこで、Geminin遺伝子にインフレームでEYFPを挿入したGeminin-EYFPノックインマウスを作製しGemininを可視化するとともに、Gemininの発現をshRNAを介して低下させるレトロウイルスベクターの作製を行い、骨髄細胞を用いてGemininの発現が造血幹細胞の維持と機能に必須な役割を果たしていることを明らかにした。

さらに、遺伝子を介さずに遺伝子組み換えタンパク質を直接細胞内に導入することを目指して、Cell penetrating Geminin (CP-Geminin)を作成した。以上の如く、研究計画はおおむね順調に進展している。Geminin遺伝子にインフレームでEYFPを挿入して、Gemininを可視化したGeminin-EYFPノックインマウスを用いて、造血幹細胞を頂点とした造血ヒエラルキーの各段階の細胞におけるGemininの発現を詳細に追跡する。さらにshRNAを用いたGemininiの発現を低下させる実験を骨髄細胞全体だけでなく(昨年度実施)、造血幹細胞分画(CD34negative KSL)で行い、造血幹細胞におけるGemininの発現が幹細胞性を維持するために重要な働きをしていることを機能的にも示す。さらに、遺伝子導入を介さずに遺伝子組み換えタンパク質を直接細胞内に導入することを目指して、Cell penetrating Geminin (CP-Geminin)を作成している。今後、これらを駆使して造血幹細胞が自己複製するか、あるいは分化するかの運命決定においてGemininがどのような役割を果たしているのかについてシングル細胞レベルでの解析を進めていく計画である。
実験動物由来ヘリコバクター属菌の病原遺伝子検索と簡易診断への応用

病原遺伝子の検索のため、まずはHelicobacter hepaticus(Hh)の菌株収集を行った.444件の培養を行い、Helicobacter spp.(Hspp.)の16SrRNA遺伝子のPCRで陽性となったのは58件、更にHh 16SrRNA遺伝子のPCRで陽性となったのは21件、そしてウレアーゼ試験で陽性となりHhとして分離できたのは4件であった.今回解析したHhの配列からgyrB遺伝子検出用Primerを設計し、Hh 16SrRNA遺伝子検出PCR陽性となった100検体(盲腸サンプル)についてPCRを実施した結果、gyrB遺伝子PCR陽性となったものは認められなかった.菌体から抽出したDNAではPCR陽性となることから、盲腸サンプル中の菌数が少ないことと、gyrB遺伝子のコピー数が少ないことが示唆された.また、Hh病原遺伝子群とされているHHGI1の中でヘリコバクター属以外の菌(V. cholerae, Yersinia pestis)で病原遺伝子とされている遺伝子と類似しているORF13個を選出し、Hh以外のヘリコバクター、特に病原性があると言われているHb,Htにもそれらの遺伝子が存在しているかどうかをPCRにより調べたが遺伝子は検出されなかった.病原遺伝子の検索のため、まずはHelicobacter hepaticus(Hh)の菌株収集を行った.444件の培養を行い、Helicobacter spp.(Hspp.)の16SrRNA遺伝子のPCRで陽性となったのは58件、更にHh 16SrRNA遺伝子のPCRで陽性となったのは21件、そしてウレアーゼ試験で陽性となりHhとして分離できたのは4件であった.今回解析したHhの配列からgyrB遺伝子検出用Primerを設計し、Hh 16SrRNA遺伝子検出PCR陽性となった100検体(盲腸サンプル)についてPCRを実施した結果、gyrB遺伝子PCR陽性となったものは認められなかった.菌体から抽出したDNAではPCR陽性となることから、盲腸サンプル中の菌数が少ないことと、gyrB遺伝子のコピー数が少ないことが示唆された.また、Hh病原遺伝子群とされているHHGI1の中でヘリコバクター属以外の菌(V. cholerae, Yersinia pestis)で病原遺伝子とされている遺伝子と類似しているORF13個を選出し、Hh以外のヘリコバクター、特に病原性があると言われているHb,Htにもそれらの遺伝子が存在しているかどうかをPCRにより調べたが遺伝子は検出されなかった.19年度の研究計画は大きく2つに分けられる。一つは蛍光マイクロビーズアレイシステムの系の確立、もう一つはHGelicobacter属菌の野外株の収集である。前者においては、16SrRNA領域よりHhepaticus/Hbilis/Hsppのプローブを作製し、Hh/Hb/Htyphloniusの基準株と反応させたが、どの株にもクロス反応を起こし検出することができなかった。その原因として1)プローブの特異性、2)ハイブリダイゼーションの条件、などが考えられる。このため、特異性の高い配列を探し出しプローブの設計をやり直す必要性が出てきた。後者の菌株の収集においては、Helicobacter属菌は42株収集できた。Hhは他の腸内細菌の影響や、同じHelicobacte属の混合感染により、培養を試みた400検体中、Helicobacte属PCRが陽性となったのが140検体、さらにHhPCR陽性となったものは20検体、この中でHhを分離できたものは3検体であった。また、病原性があるものの一つとしてHelicobacter typhloniusがあるが、海外の菌株譲渡機関から凍結乾燥した菌を取り寄せて培養を試みたが、発育しなかった。その原因としては凍結乾燥条件が悪かったことが考えられる。1.血病原遺伝子群からのターゲット遺伝子の選出2.蛍光ビーズマイクロアレイシステムの系の確立プローブの特異性を上げるため、新たなターゲット遺伝子の選出を行った。1)gyrβの検討上記の7種類のHelicobacterからDNAを抽出し、gyrβのuniversal prime(SATOSHI YAMAMOTO, Mar.1995)と16SrRNA primerを用いてSequenceを行った。それらのgenetic distanceを系統樹によって比較した結果、gyrβの特異性の高さが証明された。この配列を元にHh gyrβprimerを作製し、糞便から抽出したDNAで16SrRNA領域のPCR positiveとなったサンプル100検体についてPCRを行った。結果は3/100でpositiveとなった。このことから、gyrβはコピー数が少ないのではないかと考え、糞便でのスクリーニングに向かないことから他のhousekeeping geneを調べてみることにした。
硫黄の酸化還元微生物を利用したバイオ発電システムの構築

硫黄に係る還元能力を持った微生物を利用したバイオ発電システムの開発を行った。微生物燃料電池のアノードに炎酸化ステンレス鋼を用いることにより、従来の炭素系電極よりも高出力が得られることが明らかとなった。炎酸化ステンレス鋼アノードの生物膜には、発電細菌であるGeobacter属細菌が多く検出され、この割合は未処理ステンレス鋼やカーボンクロスよりも多かった。このことから、炎酸化ステンレス鋼アノードにGeobacter metallireducensに近縁な種が集積されることにより高出力が得られたと推測された。硫黄の酸化還元に関与する硫酸塩還元細菌と硫黄酸化細菌は、硫黄の授受により競合することなく共存可能である。微生物燃料電池ではエアカソード方式が多く用いられているが、カソードからの酸素透過によるクーロン効率の低下が問題となっている。しかし、硫黄酸化細菌による酸素の消費が図れれば、硫酸塩還元細菌による硫化水素生成が促進され電子供給量が増大するものと考えられる。本年度は、硫黄の酸化還元微生物が増殖可能な微生物燃料電池のリアクターの形状を設計した。形状としては浮遊型の装置開発を試みた。このような構造とすることにより、汚水貯留槽等に導入した場合、水位が変動しても電極接触面積が減少しないため出力の低下を防ぐことができる等のメリットがある。試験では、アノード素材にカーボンブラシを採用した。カソードは導電性カーボン粉末、プラチナ粉末、5%イオン伝導性ポリマー溶液を混合してペーストを作製し、ホットプレス機を用いて触媒層をプロトン交換膜に転写した。次いで、テフロン加工済みのカーボンクロスをホットプレスして圧着させMEAを作製した。本電極を浮遊式にするために、発泡スチロールからなる円環形状の浮きに上記のアノードおよびカソードを固定し、下側からアノード、プロトン交換膜およびカソードの順になるように各部材を配置して容器(2Lビーカー)内に浮くような構造とした装置を試作した。微生物燃料電池のアクター形状を設計し試験を行った結果、酢酸を基質とした培地による培養により完全密閉型の装置でなくとも発電が可能であることが確認された。微生物燃料電池は、微生物による有機物の酸化によって電気エネルギーを直接生産できるだけでなく、廃水の浄化や余剰汚泥の削減にも寄与すると考えられていることから今後の新技術として期待されている。しかしながら、この微生物燃料電池の中心的役割を担う電気産生菌の群集生態や反応機構は不明な点が多い。微生物燃料電池内の電子伝達における中間体は、ナノワイヤー、リボフラビン、シトクロム、キノン、水素など、様々な物質が寄与していると推定されており、硫化水素もその1つと考えられている。また、硫酸塩還元細菌の中には電気産生菌としてDesulfobulbus spp.が報告されている。したがって、硫黄代謝に関わる細菌は微生物燃料電池の中で何らかの役割を果たしていると考えられるが、その詳細は全く解明されていない。硫黄は、酸化鉄や微生物燃料電池のアノード(負極)と同様に嫌気性での有機物分解における不溶性の電子受容体である。したがって、硫黄、酸化鉄、アノードを還元する(電子を渡す)活性を持つ細菌群には何らかの共通したメカニズムがあると推測される。微生物燃料電池の実用化には出力の向上が必須である。そこで本年度は様々な酸化金属からなるアノードを網羅的に検索して、出力を向上させるアノードを検討した。さらにそのアノード上に形成されるバイオフィルムの菌叢を解析して硫黄代謝に関与する細菌群を解析した。様々な金属を検討したところステンレス鋼を炎で酸化させた電極は既存の電極よりも高い発電を示すことを発見した。炎酸化ステンレス鋼アノード上のバイオフィルムを16S rRNA遺伝子を用いて解析したところ、硫黄代謝に関与するDesulfuromonadalesやDesulfobacteraceae、Desulfotomaculumに属する細菌が多く検出された。炎酸化ステンレス鋼アノードが高い発電を示すことを発見するとともに、バイオフィル内に存在する硫黄代謝細菌群を特定できたことから、本年度は、研究はおおむね順調に進展したと認識している。また、硫酸塩還元細菌の中には発電細菌としてDesulfovibrioやDesulfobulbus属細菌が報告されている。一方、金属系素材は微生物との相性が悪いためにアノードとして殆ど使用されておらず、一般的にカーボン系素材が使われている。しかし、代表的な発電細菌であるGeobacter属細菌などは酸化金属を還元する活性を持つことから、金属系素材は微生物発電を促進するポテンシャルを持っていると推測できる。そこで、本研究では耐食性及び導電性に優れているステンレス鋼SUS304を用いて、微生物燃料電池の性能評価を行った。各種アノード(炎酸化ステンレス鋼、未処理ステンレス鋼、カーボンクロス)を用いて出力比較を行った結果、炎酸化ステンレス鋼は未処理ステンレス鋼よりも3倍程度高く、カーボンクロスよりも23割高くなることが明らかとなった。ステンレス鋼は主にFe, Ni, Crから成る合金であるが、ステンレス鋼を炎で炙り表面を酸化させることにより、多数の隆起物が形成された。X線回折及びX線光電子分光分析により、この隆起物は主としてヘマタイトと呼ばれる酸化鉄(Fe2O3)から構成されていることが明らかとなった。

アノード生物膜の菌叢解析を行った結果、硫黄代謝に関与するDesulfuromonadalesやDesulfobacteraceae、Desulfotomaculumに属する細菌が検出されるとともに、炎酸化ステンレス鋼はカーボンクロスよりもGeobacter属細菌が電極表面に優先化していることが明らかとなった。硫黄に係る還元能力を持った微生物を利用したバイオ発電システムの開発を行った。微生物燃料電池のアノードに炎酸化ステンレス鋼を用いることにより、従来の炭素系電極よりも高出力が得られることが明らかとなった。炎酸化ステンレス鋼アノードの生物膜には、発電細菌であるGeobacter属細菌が多く検出され、この割合は未処理ステンレス鋼やカーボンクロスよりも多かった。このことから、炎酸化ステンレス鋼アノードにGeobacter metallireducensに近縁な種が集積されることにより高出力が得られたと推測された。硫黄の酸化還元微生物の存在が微生物燃料電池の電子伝達に有利に働くか検証するために、本年度は、硫黄の酸化還元微生物が増殖可能なリアクターの形状を設計することとした。検討を行った結果、完全密閉型の装置でない浮遊式の微生物燃料電池において発電が確認された。このことから、研究はおおむね順調に進展した。硫黄代謝に関与するDesulfuromonadalesやDesulfobacteraceae、Desulfotomaculumに属す細菌が検出された。今後は、バイオフィルム内の菌叢をQIIMEなどの専用の解析ソフトを用いてより詳細に種レベルで解析する。農学作製した浮遊式の微生物燃料電池を用いて安定した発電が可能か運転を継続していく。測定方法としては、電圧を連続的に測定するとともに、サイクリックボルタンメトリーによって、電子移動速度を予測し、電極のポテンシャルや内部抵抗などを把握し本実験装置の反応機構の推定を行う。また、電極に増殖した微生物の群集解析を行うことで、電気産生菌の推定を行う。顕著な成果が得られれば、学会発表を行う。繰越金は、研究資材を自作する等の工夫により研究費を効率的に使用して発生した残額である。本研究課題の推進のため、次年度に請求する研究費と合わせて研究計画遂行のために使用する。次年度の研究費は、交付申請時の計画どおり、物品費、旅費等に使用する。次年度の研究費は、交付申請時の計画どおり、物品費、人件費・謝金に使用する。