hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
北極海の海洋乱流エネルギー時空間変動の復元 ー海氷減少と大循環流強化の影響評価ー

最終年度は、本申請課題で取り組んできた課題(「西部北極海の混合過程の復元」)をオリジナルの論文にまとめ、国際誌(Polar Science)に投稿し、査読プロセスを経て年内に出版することができた。この論文では、当該研究計画の中で提案した内容をおおよそ計画通りに実現することができた。論文の要点を述べると、西部北極海のノースウィンド海台と呼ばれる場所に設置した係留系のデータを解析し、海氷と海洋の物理的性質について調べた。特に、海氷の運動特性と海洋上層の内部重力波の関係に注目し解析を行った。ここでは、海洋の流速場から乱流混合のエネルギー量を推定し、当該海域における1年間の変動サイクルを明らかにすることに成功した。これらの変動は、海氷の厚さや空間密度が比較的小さい季節(初夏や結氷初期)に、海氷の慣性振動の高まりに起因することがわかった。H29年度以降に執り行う本研究課題の実施計画について簡潔に述べる。上述の通り、H28年度までの観測データの解析によって北極海の季節海氷域での運動エネルギーの流れ(エネルギーカスケード)の一端が明らかとなった。この結果は、「みらい」が北極海に滞在した2週間の間に得た結果であり、広大な面積を誇り、バラエティーに富んだ物理環境をもつ北極海全域に対して、どれだけ共通した現象であるかはまだ議論の余地が残されている。したがって、今後は、北極海北西部に複数機設置されたITP-Vのデータを解析する事で、北極海の他の海域での本仮説の妥当性・汎用性について議論を進める方針である。また、観測データの解析に加えて、内部波エネルギーの挙動を調査するための診断的な追跡実験(レイトレーシング)を行う予定である。今年度は、海洋研究開発機構の地球海洋研究船「みらい」を用いた北極海航海(MR1705C)に参加し、海洋の内部重力波と乱流混合に関する調査を実施した。新たに取得した知見は今後の展開に変化を与えうる可能性を秘めている。言い換えると、これまで深海に到達する前(数100 m)に消散すると考えられてきた風に由来する近慣性の内部重力波が、海底直上において検出された点は新しい。この調査の結果、内部波の鉛直波長が約200-300 m、振幅が10 cm/s程度であった。ここでの知見は、北極海の内部波の振る舞いとして広範的かつ普遍的な現象であるのか?、また地球温暖化や海氷減少に関係した新しい状態への遷移を意味しているのか?といった新たな疑問が生じた。今後のさらなる調査を必要とする。地球温暖化の進行により、大気・海氷・海洋間の運動エネルギーの新しい循環像を探る必要性を課題として感じている。今後、これらの疑問に答えるべく北極海深層における海流・乱流の現場調査の機会を探り、また、その真相究明すべく理論的な手法を用いた研究にも尽力してまいりたい。申請時には、H28年度「みらい」北極航海に乗船し海洋物理観測を実施する予定であったが、航海計画の進展に伴い、本航海は生物・化学を主観測項目とすることが決定され、研究代表者の研究対象である海洋物理観測に関する項目や時間が減少したため、H28年度北極航海のための観測機器は購入しなかった。本研究課題に関連した論文などの出版費用を拠出する可能性があり、次年度に必要最低限の費用を割り当てた。H29年度は海洋物理観測をメインとする「みらい」
微生物による発熱機構の解明と瓦礫発火の抑制および発電への応用

藍葉の発酵をモデルに発酵熱生成機構の解明を試みた。発酵熱生成には真菌の寄与が大きいが、PantoeaやBacillusなどの細菌の関与も認められた。発熱植物であるザゼンソウでは、AOXによる呼吸鎖ユビキノールの酸化によりATP生成が阻害され発熱することが知られている。細菌でも同様な現象が起こるかどうかを検討するため、E. coliのFoF1 ATPase変異株、atpAとatpCについて、増殖に伴う発熱を微生物生育測定用のカロリメーター、Antaresで計測した。その結果、菌体当りの発熱量は野生株よりATPase変異株の方が高く、細菌においても脱共役が熱生成の要因となる可能性が示された。堆肥の作製時に発酵熱が産生されることは古くからよく知られている現象である。稲わらや震災瓦礫などにおいては、時に自然発火が引き起こされる程の高い発酵熱が生成する。発酵熱は有機物の酸化分解に伴って生成すると考えられるが、あまりに自明の現象のためか発酵熱生成の詳細な機構についての研究はほとんどなされていない。本研究では、熱生成を制御する生化学的手法の開発を目的に、発酵熱産生の機構の解明を試みた。本研究ではまず、藍染めに際して行う藍葉からの「すくも」作製時の発熱を発酵熱産生のモデル系として、発熱測定や発酵過程における菌叢解析および発酵熱産生に関わる微生物の単離・同定を行った。発熱測定には藍葉の温度上昇の計測とともに、けいはんな文化学術協会製の非破壊微生物活性計測システムAntares R(19試料同時計測)を用いた。菌叢解析にはPCR-DGGE法を、微生物の増殖評価にはリアルタイムPCR法を用いた。その結果、発酵中の藍葉ではRhizopus属(真菌)、Aspergillus属(真菌)、Pantoea属(細菌)の近縁種が主に検出されたが、抗生物質存在下における発酵熱生成から、この系では真菌類が発酵熱生成に寄与していることが明らかとなった。また、異なる細菌種間の発酵熱を比較したところ、細菌の種類によって発酵熱を生成する能力(細胞あたりの発酵熱量)に違いがあることが示唆された。さらに、E. coliのATP合成酵素複合体の変異株を用いた発酵熱分析において、変異株は野生株に比べて発酵熱を生成する能力が高いことが示された。この結果より、ATP代謝が発酵熱生成と関連しており、特に電子伝達系の部分的な脱共役が発酵熱生成を促進している可能性が示唆された。発酵熱は有機物の微生物分解に伴って生成すると考えられるが、あまりに自明の現象のためか発酵熱生成の詳細な機構についての研究はほとんどなされていない。本研究では、熱生成を制御する生化学的手法の開発を目的に、藍染めに際して行う藍葉からの「すくも」作製時の発熱を発酵熱産生のモデル系として、発熱測定や発酵過程における菌叢解析および発酵熱産生に関わる微生物の単離・同定を行った。昨年度の研究において、真菌類が藍葉発酵時の熱生成に寄与していることが示唆された。しかし、実験室レベルの発熱は40°Cが限度であったのに対し、実際の生産現場では6070°Cまで温度が上昇する。そこで藍場を50°Cで発酵させたところ、中等度好熱菌Bacillus thermoamylovoransが単離され、高温時にはこの菌が高温状態の維持に関与している可能性が考えられた。本研究ではまた、発酵熱は本来ATP生成に向かうエネルギーがATP生成と脱共役することにより熱として放出されるとの仮説の検証を試みた。昨年度はE. coliのATP合成酵素複合体の変異株(ΔatpA、ΔatpC)の発酵熱生成をAntares Rを用いて分析し、変異株は野生株に比べて発酵熱を生成する能力が高いことを示した。今年度は、両ATPシンターゼ変異株が野生株と同量のグルコースを消費した場合でも、定常期の菌数が少ないことを明らかにした。このことからATPシンターゼ変異株では炭素源から得られたエネルギーの一部が増殖に使われず、熱となり放出されていることが示唆された。応用生物化学当初計画した藍の発酵時の発熱に関与する菌の解析については、これが糸状菌、特にAspergillus oryzaeによることを明らかにした。発熱機構として、「発熱はATP生成に向かうエネルギーの脱共役により起こる」との仮説のもとに研究を進めて来たが、E. coliのATP合成酵素変異株を用いる事でこれを検証できた。以上の結果、「本研究はほぼ順調に進展している」と判断した。

実際の藍生産での発酵では70°C付近までの温度上昇が起こるが、実験室レベルでは40°C程度までの温度上昇に留まった。本研究の目的の一つに発酵熱のエネルギー利用があり、そのためにはより高温を得る事が望ましい。そこで実験室レベルでの温度上昇が実際の藍生産時よりも低くなる要因について、容器の形状や発酵の規模などの物理的要因、菌叢変化など生物学的要因に分けて解析する。また論文作製のため、E. coliのATPase変異株の発熱解析に関する研究の再現性を検証し、特にリアルタイムPCRを用いた菌体量変化についてデータの精緻化を計る。本研究でもっとも経費がかかると予想される実験は、ATPase遺伝子の組み換えによる高発熱性微生物の取得にある。今年度の研究では藍葉の発酵における発熱機構の解析を主として行い、上記の実験については既報のE. coliのATPase変異株で入手可能な株を用いて行った。その結果本年度は同変異株を構築する必要がなかったため、次年度使用額が生じることとなった。上記理由に記したように、26年度はATPase遺伝子の組み換えによる高発熱性微生物の取得を試みる。そのため、遺伝子操作用試薬・器具ともに、研究の状況によっては高発熱株スクリーニング用の装置、例えば赤外線カメラなどに経費を使用する予定である。
運動部活動における外部指導員制度の普及に向けた諸条件の検討

平成30(2018)年度の前半は主として文献研究を通じて課題の整理と研究枠組の精緻化を行った。今後の運動部活動の在り方を検討するには、国や地方の動向からも目が離せないことから、各種の関係法令、報告書などを丁寧に渉猟し制度的動向について把握することにつとめた。またこれまでに報告されている体育科教育学、教育社会学、スポーツ社会学、スポーツ経営学などの個別研究を整理し、より広い視野から現在の到達点の把握と課題抽出をおこなった。さらに今後の学校と地域(学校外)との連携のあり方それ自体をテーマとする生涯学習論、社会教育学の研究についても広く渉猟し、とくに地域スポーツ経営の観点から重要な論点を整理するとともに、今後の研究の枠組構築のための知見を得た。これらの成果の一部は、社会教育・生涯学習に関する著書として公開されている(手打明敏・上田孝典編著(2019)『社会教育・生涯学習』ミネルヴァ書房.所収,作野誠一「11-3「地域スポーツの施設と人材」,11-4「地域スポーツの推進団体」11-5「体育・スポーツ活動における学社連携」pp.164-172)。本書では、地域スポーツをめぐる体育・スポーツ施設と外部指導者を含む人材の現状について整理するとともに、多様に存在する地域スポーツの推進団体の現状、そして学校と地域社会の連携あるいは関係構築に関わる問題を地域スポーツと運動部活動の立場からか論じている。このようにして2年目以降の研究に向けた理論的基盤を構築した。当初の予定では、平成30(2018)年度の後半に外部指導員制度の先進事例地域の調査を実施する予定であった。しかし、上記書籍の執筆作業に思いのほか時間をとられたため、当初計画が若干遅滞している。平成31/令和元(2019)年度前半は、先述の事例調査を速やかに実施しその結果をもとに外部指導員制度の普及に向けた条件に関わる仮説モデルを作成する。このモデル構築にあたっては、いくつかの事例について補足的な調査を継続して実施したい。ここまでの作業は、翌年度に実施予定の全国調査の基本フレームづくりと位置づけている。今年度の後半は、最終年度に実施を予定している質問紙調査の項目作成を行いたい。調査の基本方針は、行政(運動部活動の所管)および学校(校長/体育主任)を対象として、仮説モデルに示された内容の評価(期待度ー実現度)を行うことである。基本的な調査戦略は、同一の問いに対する行政サイドと学校サイドの認識ギャップ、そして自治体規模等の属性による差異と傾向について明らかにすることであり、これらを念頭に置いて調査票がデザインされることになる。なお、来年度の調査に向けて、調査対象のサンプリングもこの時期に行うこととしたい。

当初予定していた事例調査研究が諸般の事情のため実施できず、そのための費用を持ち越すことになった。今年度の研究予定で述べたとおり、今年度の早いうちにこの調査を行うこととしたい。
長野県上高地における現在の地形変化の研究と地形災害危険度地図の作成

長野県梓川上流の上高地では,土砂災害を防ぐという名目で砂防工事・河川改修をおこなおうとする建設省や観光業者と,景観の保存を主張する環境庁や自然保護団体との対立が表面化してきた。とくに本流での帯工建設が問題になっている。環境庁は本流の工事に反対しているが,今後どうするかの方策を提示してはいない。このような状況を打開するために,地形学的観点から解決策を探った。(1)上高地の開発の歴史,これまでの砂防工事・河川改修の経緯と,環境保護の実態を検討した結果,現在,行われているような特定の景観や生物の種だけを残すという保全では不十分で,ト-タルな変化する自然をそのままで残す必要がある。(2)過去および現在の地形変化について,空中写真判読・現地調査をおこなった。上高地は天然の砂防ダムの機能を持っているから,下流に対しては砂防工事の必要はほとんどない。上高地自体については,予察的ながら,以下のような地形変化予測ができる。支谷からの砂礫はいったん本流谷底に扇状地などとして堆積し,徐じょに運搬されているから,急激な地形変化の可能性は少ないといえる。したがって,建設省の工事が全部行われると,梓川本流は段丘化する可能性がある。(3)地形変化の将来予測を基にした地形災害危険度地図を作成した結果,現在利用されている多くの場所にはかなり多くの危険があることが分かった。(4)既存の施設を維持するための砂防(必要最低限だとしても)をおこなうと,景観・自然の保全は不可能になるだろう。なるべく防災工事をおこなわないために施設移転を含めた根本的な利用計画の見直しが必要である。1.研究の方法と経過:大正池から上流部の流域全体について空中写真判読をおこない、砂礫の供給源、崩壊地、渓床の状態、本流の河道の状態についてマッピングした。現地調査は、おもに崩壊地、渓床の状態、本流の河道形態(微地形)などの観察をおこない、支谷出口の沖積錐や扇状地では、地形編年のための植物の調査もおこなった。本流では河床礫の計測もおこなった。2.現在の地形変化の様式と速度:(1)最終氷期の氷河作用と、晩氷期ごろの激しい周氷河作用によって、カ-ル底、山腹、谷底などには、モレ-ン、崖錐などの形で古い未固結堆積物が大量に存在する。(2)この流域の現在の地形変化は、斜面での崩壊、渓床での土石流、河床の変化の3つが重要である。(3)斜面変化の様式と速度は岩質と傾斜によって場所ごとに大きく変化している。花崗岩、花崗閃緑岩の場所では崩壊地が多く地形変化が速いのに対して、古生層の場所には崩壊地は少なく、植生の発達がよい。(4)崩壊地の面積、面積当たりの侵食深から見積られた流域内の土砂生産量を流域毎にみると、二の俣沢、横尾谷、岳沢などの大きな流域に大きいが、単位面積当りでは、奥又白谷など前穂高岳、明神岳の東面・南面の谷で大きい。(5)上高地の南側の六百山・霞沢岳の沢は土石流によって地形変化が起こっている。(6)河床の地形:梓川の本流では、支沢からの土砂の流入と狭搾部との関係から堆積部(河床上昇部)とは洗掘部とが明らかになった。堆積部は河童橋周辺、明神の下流、徳沢の下流である。3.地形変化予測:今後の地形変化は10^1年オ-ダ-の変化と、10^<2ー3>年オ-ダ-の変化とに分けられる。前者では、河床変動、流路変更、斜面崩壊、土石流などが、後者では、大規模な斜面崩壊と谷の埋積が起こる可能性がある。

これに基づいて地形災害危険度地図を作成中である。昨年度の調査を継続し、新たな資料と現地調査を加えて、研究成果報告書をまとめた。それには地形災害危険度に関連した地形変化の様式(プロセス)の分布図(1/25000カラ-)を作成し、付図とした。これらの結果を検討し、地形学的観点から上高地の環境保全等の解決策を探ると次のようになる。(1)上高地の開発の歴史、これまでの砂防工事・河川改修の経緯と、環境保護の実態を検討した結果、現在、行われているような特定の景観や生物の種だけを残すという保全では不十分で、ト-タルな変化する自然をそのままで残す必要がある。(2)過去および現在の地形変化について、空中写真判読・現地調査をおこなった。上高地は天然の砂防ダムの機能を持っているから、下流に対しては砂防工事の必要はほとんどない。上高地自体については、予察的ながら、以下のような地形変化予測ができる。支谷からの砂礫はいったん本流谷底に扇状地などとして堆積し、徐じょに運搬されているから、急激な地形変化の可能性は少ないといえる。したがって、建設省の工事が全部行われると、梓川本流は段丘化する可能性がある。(3)地形変化の将来予測を基にした地形災害危険度地図を作成した結果、現在利用されている多くの場所にはかなり多くの危険があることが分かった。(4)既存の施設を維持するための砂防(必要最低限だとしても)をおこなうと、景観・自然の保全は不可能になるだろう。なるべく防災工事をおこなわないために施設移転を含めた根本的な利用計画の見直しが必要である。
ストレス応答に基づく癌細胞の多能性獲得と破綻の分子機構の解明

本研究においては、様々なストレスに暴露されることにより、癌細胞の一部が一過性に未分化状態になって多能性を獲得し、その中から各治療法に抵抗するための特有の遺伝子発現を誘導するのではないか、という仮説の実証を行った。抗癌剤Docetaxelを前立腺癌細胞株に作用させ、Docetaxel抵抗性株を分離し、スフェア形成能、soft agar上でのコロニー形成能に必要なシグナルを解析した。前立腺癌抗がん剤耐性株では、XCR4/ERK1/2/c-mycのシグナルループが形成されることが明らかになった。Docetaxel抵抗性の臨床検体でも、CXCR4, p-ERK1/2, c-mycの高発現が確認された。癌の再発抑制を目指して、抗がん剤耐性のシグナル解析を行った。今年度は抗癌剤のDocetaxelを前立腺癌細胞PC3に作用させ、Docetaxel抵抗性株PC3DRを分離した。PC3細胞はDU145細胞と異なり、すでにDocetaxelの抵抗性が高いことが分かり、50%生存を与える濃度で比較すると約2倍の増強(5nM)にすぎなかった。またDocetaxel投与なしで一カ月以上培養すると抵抗性が失われたため、たえずDocetaxelの刺激を与える必要があった。PC3DRのスフェア形成能は感受性のPC3の約2倍であった。またPC3DRではERKの活性化が強く起こっており、soft agar上でのコロニー形成能はERK inhibitorで抑制された。ERK inhibitorはPC3, PC3DRの増殖能には影響しなかった。PC3DRではc-mycの高発現が認められ、ERK inhibitorで抑制された。C-mycのsiRNAを導入すると、PC3DRのsoft agar上でのコロニー形成能は抑制された。c-mycにより遺伝子発現が亢進する遺伝子はDU145細胞ではCXCR4であったが、PC3DRにおいてもCXCR4遺伝子の高発現が明らかになった。CXCR4のアンタゴニストであるAMD3100により抗がん剤耐性株のスフェア形成能は著しく抑制された。C-mycのsiRNAを導入した場合も同様な阻害効果が得られた。そこで去勢抵抗性前立腺癌でDocetaxel抵抗性の臨床検体を用いて、CXCR4, p-ERK1/2, c-mycの発現をimmunohistochemistryの手法で調べると、いずれも高発現していることが明らかになり、臨床においても抗がん剤により、CXCR4/ERK1/2/c-mycのループができていることが推測された。本研究においては、様々なストレスに暴露されることにより、癌細胞の一部が一過性に未分化状態になって多能性を獲得するのではないか、という仮説の実証を行い、癌における多能性獲得とその破綻機構を解明する。我々は抗癌剤のDocetaxelを前立腺癌細胞DU145に作用させ、Docetaxel抵抗性の安定形質転換株を分離した。Docetaxel感受性のDU145にDocetaxelを投与し24時間後の遺伝子発現を網羅的に解析し、安定形質転換株の細胞の発現遺伝子と比較したところ、Nanog, Sox2, Oct4といった遺伝子がDocetaxel投与により急速に増加し、その後次第に低下し、安定形質転換株の発現レベルまで減衰した。シグナル経路を調べると、抗がん剤によりERK1/2とp38が活性化していた。それぞれの阻害剤をかけたときの癌細胞のスフェア形成能を調べるとERK1/2がより強い関与を示すことが分かった。ERK1/2はc-mycをリン酸化して安定化させることが知られているので、c-mycの発現を調べると、抗がん剤処理したDU145細胞や、抗がん剤耐性癌細胞株でc-mycが安定に高発現していることが見出された。c-mycにより遺伝子発現が亢進する遺伝子としてCXCR4遺伝子の高発現が明らかになった。以上のことから抗がん剤耐性株では、腫瘍形成能力を表すスフェア形成能が亢進しており、それはCXCR4/ERK1/2/c-mycのシグナルループが形成されていることによると考えられる。したがって抗がん剤とともに、このループを阻害する薬剤を投与することにより、抗がん剤の有効性を飛躍的に高めることが期待される。抗がん剤耐性株では、CXCR4/ERK1/2/c-mycのループが活性化し、相互に遺伝子発現を高めあっていることが明らかになった。これは予想しなかった新しい発見である。多能性維持因子の一過性の発現の意義がまだ十分示されていない。

この発現とCXCR4/ERK1/2/c-mycのループ形成にどのように影響しているのかを明らかにする。Nanog遺伝子の完全欠損癌細胞株を作成する。そのために特定の遺伝子座を破壊できるZFN, TALEN, CRISPRなどを利用する。Nanog欠損株の増殖能、スフェア形成能、腫瘍形成能を評価する。
半導体ナノ加工技術を利用したX線1分子動態計測法の開発

本研究ではイオンチャネル蛋白質の1分子構造変化を計測するX線1分子動態計測法用の観測チャンバー開発、観測プローブ開発をフォトリソグラフィー技術を用いて行った。X線1分子動態計測法(DXT法)では金ナノ結晶を観測プローブとして蛋白質に取り付け、放射光X線を用いて観測する。フォトリソグラフィー技術によって、ナノメートルおよびマイクロメートルスケールのパターンニングを行うことで、X線による散乱ノイズの少ない観測チャンバー、およびサイズ制御した観測プローブが作製可能であることを見出した。本研究では、24年度に共同利用が始まった京大次世代低炭素ナノハブ創成拠点を利用して、半導体加工技術を応用したX線1分子動態計測法の開発(観測プローブ・チャンバー開発)を行う。25年度は、半導体シリコン基板を用いてマイクロ流路形成を行い、エッチング処理によって開口した観測窓を形成した。SPring8にて、白色X線を照射し、マイクロ流路、観測窓材の散乱性能評価を行い、流路デザインの検討を行った。その結果、バックグラウンドノイズが従来観測チャンバーよりも小さいマイクロ流路のデザインを決定した。また、蛋白質の配向を揃えて固定することが可能となるように、化学修飾条件の検討を行った。次年度においては、25年度にデザインしたマイクロ流路を用いて蛋白質のダイナミクスの計測を行う予定である。一方、サイズ制御した観測プローブ開発(金ナノ結晶)については、京都大学低炭素ナノハブ創成機構の協力により、ナノメーターオーダーのパターンにンング法の開発に成功した。初期パターンニングについては様々な基板材料について行い、最適材料の検討を行った。本研究では、24年度に共同利用が始まった京大次世代低炭素ナノハブ創成拠点を利用して、半導体加工技術を応用したX線1分子動態計測法の開発(観測プローブ・チャンバー開発)を行った。代表者はX線1分子計測法を用いて、イオンチャネル開閉構造変化の1分子動画計測を行ってきた。この方法では金ナノ結晶を観測プローブとしてイオンチャネル蛋白質に固定し、放射光白色X線を観測光としてチャネル分子の構造変化を金結晶からの回折点の運動として動画記録する。本研究では、計測法にとって克服すべき課題である、様々なサイズの金ナノ結晶を作製してプローブサイズが蛋白質の運動に与える影響を検証可能にすること、サイズの小さなナノ結晶からの弱い信号でも計測可能なノイズの少ない観測チャンバーの開発を実現することを目的とした。半導体フォトリソグラフィー技術は、基板上に光硬化するレジストを塗布し、フォトマスクによって光照射範囲を限定することで、任意のパターンを基板上に作製することができる。本研究ではこれを観測プローブである金ナノ結晶の作製およびX線散乱ノイズの少ない観測チャンバー開発に応用した。その結果、数十nmサイズの観測プローブの基板上でのパターンニングに成功し、またマイクロメートルオーダーの溶液層を持つ低ノイズ観測チャンバーの開発が可能であることを見出した。結果をCHEMINAS30および生物物理学会・生理学会に報告した。本挑戦的萌芽研究で明確な研究の端緒を得た本課題はさらなる開発を期して新学術領域研究に採択され、継続されることとなった。研究計画の予定通り、X線のバックグラウンドノイズが従来チャンバーよりも格段に小さいマイクロ流路観測チャンバーを作製することに成功した。金ナノ結晶のサイズ制御については、パターンニング条件の決定のみならず、様々な基板を用いて検討を行った上、金ナノ結晶の基板からの剥離条件を決定することができたため、観測チャンバー開発と合わせて、当初の計画以上に進展していると考えられる。蛋白質固定用の足場となる化学修飾の条件を最適化するとともに、蛋白質のダイナミクス計測を作製した低ノイズ観測チャンバーを用いて行う。また、サイズを揃えて作製した観測プローブの結晶性を確認し、SPring8での蛋白質動態計測に用いて有効性を確認する。チャンバー開発に必要なジグを発注したところ、デザインと合わずに不具合が生じたため返品し、自作することとした。また、金ナノ結晶作製のためのパターンニングに必要な機器の故障により、年度末に利用できない時期があったため該当する予算を次年度に使用することとした。チャンバー開発に必要なジグの自作のため、数種のデザインで試作を行う。また、故障の修理が終わったパターンニング装置を利用して、金ナノ粒子のパターンニングを行う。
Clostridium difficile毒素による出血性腸炎の発症機序

Clostridium difficile(C.dif.)の培養濾液をラット小腸ループ内に投与することにより、下痢と出血性変化を認めた。抗D-1毒素抗体を用いたアフィニティクロマトグラフィーにより濾液からD-1毒素を除去することにより、これらの変化がD-1毒素によるものであることが明らかとなった。次にD-1毒素による下痢と出血の発症機序に、カルシウムイオンが関与するか否かをみる目的で、種々のカルシウム括抗剤をラットに投与して影響を検討した。その結果カルモジュリン拮抗薬であるクロルプロマジンやトリフルオペラジン、細胞内カルシウム拮抗薬のニコランジル等はD-1毒素による下痢と出血を有意に抑制した。また培養細胞や好中球を用い、細胞内カルシウム濃度の変化をFαra2を用いて検討したところ、この毒素投与により細胞内カルシウム濃度の上昇が認められ、D-1毒素による出血性腸炎の発症機序にカルシウムが重要な役割を果たすことが明らかとなった。更に現在は、カルシウム依存性プロテインキナーゼ活性を測定中である。一方C-AMPを介する分泌性下痢を起こすコレラ毒素による下痢に比し、D-1毒素による下痢ではその貯留液中に多量の血清タンパクのろう出が認められることがEvans blueやFITC-アルブミンを用いることにより明らかとなった。そこでD-1毒素の微小循環系に及ぼす作用をみる目的でラット腸間膜上に生体顕微鏡下にD-1毒素を滴下した。その結果、D-1毒素投与により細静脈内皮細胞の変化が生じ、細静脈からの著明な透過性亢進と出血が認められた。またカルシウム拮抗剤によりこれらの変化は有意に抑制された。今後は細胞内カルシウムを中心とした生化学的な面と、微小循環の面から更に詳細に検討を加えていく予定である。
植物病原菌の感染戦略における宿主認識と形態形成の制御機構

植物病原糸状菌は植物への感染時に植物表層を認識し、表層環境に応じたダイナミックな応答を行い感染器官の形態分化を行うこと、さらに侵入後の病原菌と植物細胞とのインタフェイスを介して、エフェクター機能に基づく宿主免疫抑制および活物寄生関係の構築を一時的に行い、感染定着するなど、極めて精緻な感染戦略を有していることを明らかにしてきた。本研究では、ウリ類炭疽病菌を研究材料として、宿主表層環境の認識と侵入器官形成の制御機構の解明を課題として、植物表層シグナルを構成するクチンモノマー(n-hexadecanal)の細胞内シグナル伝達因子として同定したNDR(Nuclear DBf2 Related)キナーゼ複合体MORの機能解明を進めた。このキナーゼ複合体MORは出芽酵母において足場タンパク質Pag1と制御因子Mob2,Kic1,Sog2,Hym1から構成される。本研究ではウリ類炭疽病菌における相同遺伝子を同定し、CoMob2,CoKic1の遺伝子破壊実験を行った。その結果、Pag1と異なり、これらの制御因子が本菌において生存に必須の因子であることが明らかとなり、キナーゼ複合体MORの複雑な制御が示唆された。また、植物表層のクチンモノマーの産生には炭疽病菌の胞子表層に存在するエステラーによるクチンの分解が関与することを生化学的・細胞化学的に明らかにし、病原糸状菌胞子が植物表層を認識する仕組みとして機能していることを見出した。27年度が最終年度であるため、記入しない。
地球温暖化に伴う乳用牛の暑熱環境のリスク評価とハザードマップの作成

畜舎環境内でのTHI指数から、乳量減少量の実態を評価するため、気象データから推定を試みた。暑熱ストレスは瞬時に影響を与えるものではないので、THI指数の20日間移動平均値で評価した。その結果、乳量の低下を表示する時のTHIは71以上の値が基準で、1994年の高温年では西日本地域において、7月上旬から71以上の値を示し、71以下になる時期は9月下旬であり、冷夏年の1993年の場合もほぼ同じであった。期間合計乳量減少量は1994年の熊本の場合、278kg!頭で、西日本地域で大きな値を示し、北海道で小さい値であった。このことから、暑熱対策にかけられるコストを推定すると、1頭あたり3万円程度と推察される。また、本年は夏季期間中の暑熱対策として細霧冷却が一般的に実施されている期間において、牛体表面の濡れの実態を調査した。測定方法は牛体表面の濡れをサーモトレーサ画像を撮影し、表面温度の違いによる画像ピクセル数を計測し、実施した。当所の畜舎の細霧システムでは、牛体表面を濡らしている面積は濡れやすい側が約4050%で、濡れにくい側が10%以下ときわめて少ない状況であり、牛体全体で30%前後である。このシステムでは濡れる面積70%を確保することは難しいことが明らかになり、改善する余地があった。牛体の暑熱ストレス反応として呼吸回数を指標値として把握するため、牛体の呼吸回数を連続的に測るシステムを試みた。呼吸回数を腹部の皮膚の収縮を電圧による波形を計測することで計測値と実測値が一致し、測定できることが明らかになった。これにより、夏季の暑熱環境下で暑熱区と対策区について測定し、牛体の暑熱ストレス反応が呼吸回数で明確化され、対策効果が明らかになる。九州沖縄地域の農業生産額は全国生産額の約20%を占め、畜産関連がその3割を占めており、重要な産業となっている。しかし、近年の地球温暖化に伴って夏日や真夏日、さらに35°Cを越えるような日最高気温を記録する熱波日が6月下旬から出現する場合がある。そのため、九州地域内における乳牛舎で実施されている暑熱対策等の効果について検討する必要がある。本研究は九州等の高温危険地域における高温被害を回避・軽減できる畜舎・家禽舎の構造と飼養管理法を明らかにするため、畜舎構造の異なる畜舎環境と防暑対策による効果を測定した。本年度に得られた結果は次の通りである。8月23日の気象要素と湿度に対する体感温度および風速に対する体感温度の経時変化を示す。湿度に対する体感温度は噴霧前では0.5から1.0°C程度噴霧ありの場所の方が高くなっている。これは噴霧を行っていない時間帯でも噴霧ありの場所の方は相対湿度が高いことが原因である。噴霧開始後は噴霧ありの場所の気温(乾球温度)の低下により湿度に対する体感温度は噴霧ありの場所の方が1.5°C前後低くなった。また、噴霧ありの場所では湿球温度も下がっており、これは相対湿度上昇よりも乾球温度低下の方が体感温度に対して強く影響していることを示している。風速に対する体感温度は噴霧前ではほぼ同じ値であるが、噴霧開始後は噴霧ありの気温(乾球温度)の低下により噴霧ありの場所の方が3.5°C前後低くなった。体感温度は湿度に対するもの、風速に対するもの両方ともに噴霧を行うことにより、下がる。

その度合いは湿度に対する体感温度では約1.5°C、風速に対する体感温度では約3.5°Cであり、両方を合わせて約5.0°C分の体感温度が噴霧より下げられたことになる。湿度に対する体感温度の結果では暑熱対策として牛舎3の噴霧は不十分であるという結果であるが、それでも噴霧が体感温度を大きく低下させることは明らかであり、暑熱対策として有効であることが示された。わが国おける平年値から算出した月別THIの変化をみると、乳量の低下はTHIが72以上になると低下する。月別でのTHIは北海道、東北地域では72以上になることは少なく、西日本地域では6月9月までである。異常低温年と高温年について6月10月までの日別平均気温とTHI及び乳量の減少量をみると、1993年の場合、日平均気温は30°C以下で推移し、九州管内より東日本地域がさらに低い温度である。THIは6月中旬ごろから72以上の値を示し、最高でも78前後の値である。異常低温年の1993年では、期間合計乳量減少量は帯広0kg熊本98kgの範囲であった。また、1994年の場合、乳量減少量が開始する時期は1993年と同様で、減少量は帯広17kg岡山317kgの範囲でかなり増大する。暑熱対策として、屋根散水と畜舎内細霧冷房を実施している同所の畜舎を対象に時間別THIと乳量減少量をみると、8月2日から処理区において暑熱対策を実施ており、その影響によって対照区に比べ気温では約3°C、THIでは約2.7低くなった。しかし、THIは処理区においても平均76.5であり、夜間でも72を下回ることは少なく乳量低下が懸念される。一方、晴天日における牛体の熱収支解析項目の時間変化によると、噴霧を実施している時間帯では、日中は気温が上昇しているが、牛体の顕熱放散量は減少する。噴霧を行っていない時間は貯熱量が徐々に増加し、10時過ぎ頃からは100W/m^2を越える。噴霧を開始すると、気温が低下するため顕熱放散量は僅かに増加した。また、牛体表面が濡れるため、潜熱放散量が大きく増加したが、貯熱量は60W/m^2前後にまで低下し、依然として暑熱環境下であった。対象牛舎の噴霧と換気扇による牛体貯熱量が0W/m^2となる最適環境へ導くことができる蒸発量と風速の関係を求めるためシミュレーションを行い、牛体の3/4表面が濡れていると仮定すると、風速4m/sで相対湿度60%の場合、外気温が38°Cまで最適環境へと導くことができる。畜舎環境内でのTHI指数から、乳量減少量の実態を評価するため、気象データから推定を試みた。暑熱ストレスは瞬時に影響を与えるものではないので、THI指数の20日間移動平均値で評価した。その結果、乳量の低下を表示する時のTHIは71以上の値が基準で、1994年の高温年では西日本地域において、7月上旬から71以上の値を示し、71以下になる時期は9月下旬であり、冷夏年の1993年の場合もほぼ同じであった。期間合計乳量減少量は1994年の熊本の場合、278kg/頭で、西日本地域で大きな値を示し、北海道で小さい値であった。このことから、暑熱対策にかけられるコストを推定すると、1頭あたり3万円程度と推察される。また、本年は夏季期間中の暑熱対策として細霧冷却が一般的に実施されている期間において、牛体表面の濡れの実態を調査した。測定方法は牛体表面の濡れをサーモトレーサ画像を撮影し、表面温度の違いによる画像ピクセル数を計測し、実施した。当所の畜舎の細霧システムでは、牛体表面を濡らしている面積は濡れやすい側が約4050%で、濡れにくい側が10%以下ときわめて少ない状況であり、牛体全体で30%前後である。このシステムでは濡れる面積70%を確保することは難しいことが明らかになり、改善する余地があった。
ズーム機能付超短パルスマイクロ波反射計を用いた電子密度揺動計測

核融合炉を目指す高温プラズマ閉じ込めの研究において、異常拡散によりプラズマ閉じ込めが劣化することが大きな問題となっている。この閉じ込め劣化の原因として考えられているプラズマ中の静電的ミクロ不安定性や電磁流体力学的(MHD)不安定性によるプラズマの揺動損失についての知見を得るためには、プラズマ中の局所的な位置での揺動、特に密度揺動の空間構造を計測することを目的とした新しい計測器の開発が不可欠である。これを達成するため、超短パルスが作り出す広帯域マイクロ波を利用した超高時間分解計測でありかつ広空間を単一発信源で計測可能なマイクロ波反射計システムの構築を行った。特に超短パルスにより発生したマイクロ波から、計測したい領域をフィルタで切り出すために、周波数可変の発振器から出力されたマイクロ波を合成し周波数をシフトさせたこの合成マイクロ波パルスを用いるというよりアクティブな計測システムを構築して、プラズマ中から反射してきたマイクロ波を受信するレーダ計測を行った。本研究により開発した周波数可変発振器の周波数設定回路を利用し、任意の周波数にプラズマ放電中にリアルタイムで設定できることを実証した。これによりプラズマ周辺部の最外郭磁気面外側に密度揺動が局所的に存在することを発見することができた。また超短パルスから840GHzの広帯域のマイクロ波を任意に抽出する手法を確立した。これにより複数帯域にわたる周波数成分をそれぞれ必要十分な信号強度に増幅し計測に必要なマイクロ波成分が生成可能となった。また従前より4倍の空間分解能で計測が可能なシステムを構築し、適用した大型ヘリカル装置(LHD)を用いたプラズマ実験では、周辺プラズマの詳細な電子密度分布が得ることができるようになり、幅1cm程度の磁気島の存在やその周辺領域での揺動現象などを観測することができた。異常拡散によるプラズマ閉じ込め劣化の原因として考えられているプラズマ中の静電的ミクロ不安定性や電磁流体力学的(MHD)不安定性によるプラズマの揺動損失についての知見を得るために、プラズマ中の局所的な位置での揺動、特に密度揺動の空間構造を計測することを目的とした新しい計測器の開発を行っている。すなわち超短パルスが作り出す広帯域マイクロ波に周波数可変の発振器から出力されたマイクロ波を合成し、周波数をアップシフトさせたこの合成マイクロ波パルスをプローブ光としてプラズマへ入射し、そのマイクロ波の周波数に対応したプラズマ層からの反射マイクロ波を受信することでレーダ計測を行うというシステムである。今年度は、実際のプラズマに適用する前に新しい計測システムの性能を確実に把握するための開発試験をまず行った。このシステムは超短パルス発生器が生成するマイクロ波出力成分をアップコンバータによって、局部発振器として用いる高速に周波数掃引が可能なHyperabrupt Varavtor Tuned Oscillator (HTO)の出力マイクロ波と合成し、その合成パルス出力周波数を所望する帯域に設定することが重要であるので、まず周波数設定回路を設計製作した、これにより任意周波数のマイクロ波をHTOを用いて発振させることが可能となった。また超短パルスそのものから抽出できる周波数成分の特定を行い、本システムに必要な840GHzの広帯域にわたり任意の周波数帯域のマイクロ波を抽出する手法を確立した。また初期プラズマ実験として大型ヘリカル装置(LHD)に周波数合成機能を付加しない状態で設置・適用し、プラズマの電子密度分布を得ることができることも確認した。これは超短パルスが作り出す広帯域マイクロ波を利用した超高時間分解計測でありかつ広空間を単一発信源で計測可能なシステムである。特に超短パルスによるマイクロ波と周波数可変の発振器から出力されたマイクロ波を合成し、周波数をアップシフトさせたこの合成マイクロ波パルスをプローブ光としてプラズマへ入射し、そのマイクロ波の周波数に対応したプラズマ層からの反射マイクロ波を受信することでレーダ計測を行うということを目指している。今年度は、昨年度開発した周波数可変発振器の周波数設定回路を利用し、任意の周波数にプラズマ放電中にリアルタイムで設定できることを実証した。また超短パルスから840GHzの広帯域のマイクロ波を抽出する手法を確立した。大型ヘリカル装置(LHD)を用いたプラズマ実験に適用し、周辺プラズマの詳細な電子密度分布が得ることができるようになり、幅1cm程度の磁気島の存在を計測することができることなどを示した。

本研究により開発した周波数可変発振器の周波数設定回路を利用し、任意の周波数にプラズマ放電中にリアルタイムで設定できることを実証した。これによりプラズマ周辺部の最外郭磁気面外側に密度揺動が局所的に存在することを発見することができた。また超短パルスから840GHzの広帯域のマイクロ波を任意に抽出する手法を確立した。これにより複数帯域にわたる周波数成分をそれぞれ必要十分な信号強度に増幅し計測に必要なマイクロ波成分が生成可能となった。また従前より4倍の空間分解能で計測が可能なシステムを構築し、適用した大型ヘリカル装置(LHD)を用いたプラズマ実験では、周辺プラズマの詳細な電子密度分布が得ることができるようになり、幅1cm程度の磁気島の存在やその周辺領域での揺動現象などを観測することができた。
冠状血管内皮の起源探索-鳥類キメラ胚を用いた静脈洞内皮細胞のふるまい解明-

冠状血管の形成過程を知ることは、心筋梗塞などの心疾患治療技術を革新するための礎となる。近年、冠状血管内皮細胞の起源とされる細胞が複数発見されてきたが、どのような挙動・分化過程を経て冠状血管が形成されるのか、未解明である。そこで、本研究ではウズラおよびニワトリ胚と両者を掛け合わせたキメラ胚に多種類のマーカーを用いて、心臓冠状血管の初期形成および成熟過程ならびに静脈洞内脈細胞のふるまいの解明を目指す。冠状血管内皮細胞の起源については、静脈洞内皮細胞・心外膜原基・心室心内膜等が報告されている。本研究の目的は静脈洞内皮細胞がどのようにふるまうことで冠状血管内皮細胞に編入していくのかを明らかにすることである。その方法として、ウズラニワトリキメラ、蛍光色素標識、ウズラ内皮細胞を特異的に認識するマーカー(QH1)等を用いて検討をおこなった。その結果、心室自由壁の冠状血管内皮細胞は静脈洞内皮細胞に由来することが示された。一方で心室中隔の冠状血管内皮細胞に対しては静脈洞内皮細胞の寄与は少なく、他の起源細胞に由来することが明らかとなり、その正体は心室心内膜であることが示唆される。静脈洞内皮細胞が冠状血管内皮細胞として編入する詳細な時期については、心外膜原基が心室背側面に接着し原始心外膜を形成する段階で既にQH1陽性の細胞が心室壁に認められた。よって、今後は原始心外膜形成途中に相当する発生ステージを中心に解析をおこなうことで静脈洞内皮細胞のふるまいをより詳細に明らかにしたいと考えている。特に静脈洞内皮細胞が心外膜原基に侵入していく過程を観察するために心内膜の細胞接着分子としても知られ着目されているVE-Cadherinを中心に細胞の接着と遊走について解析を行いたい。さらにマウスを用いた遺伝学的解析による報告において、心外膜原基内に認められたとされるScleraxis陽性細胞についても静脈洞内皮細胞との関係性を明らかにしていきたいと考えている。新規研究環境にてキメラ胚作製を実施し、当初の予想よりもより早期の発生ステージでの冠状血管内皮としての表現形を発見するなどが出来た。器官培養モデルについては確立が不十分な点もあるが、研究資金交付後の研究期間を考慮すると、おおむね順調であると考えられる。キメラ胚によるin vivoでの解析は心外膜原基の心室胚側面への接着から原始心外膜形成途中に相当する発生ステージを中心に解析を行うことで静脈洞内皮細胞のふるまい解明を目指す。また、器官培養モデルの確立も目指し、より定量的な解析が出来るようにする。静脈洞内皮細胞が心外膜原基に侵入していく過程は凍結切片上でVE-Cadherinを中心に細胞の接着と遊走について蛍光免疫染色を中心とした解析を行う。また心外膜原基内のScleraxis陽性細胞についても蛍光免疫染色による解析に取り組む。

キメラ胚によるin vivoでの解析は心外膜原基の心室胚側面への接着から原始心外膜形成途中に相当する発生ステージを中心に解析を行うことで静脈洞内皮細胞のふるまい解明を目指す。また、器官培養モデルの確立も目指し、より定量的な解析が出来るようにする。静脈洞内皮細胞が心外膜原基に侵入していく過程は凍結切片上でVE-Cadherinを中心に細胞の接着と遊走について蛍光免疫染色を中心とした解析を行う。また心外膜原基内のScleraxis陽性細胞についても蛍光免疫染色による解析に取り組む。
種文化と絶滅に関する生態遺伝学的アプローチ:テナガエビを対象として

テナガエビ(Macrobrachium nipponense)地方集団間では、遺伝的基礎に基づく顕著な卵サイズ変異が認められる。ほぼ日本全域を網羅する本種28地域集団を対象として、21遺伝子座に関するアロザイム分析および額角歯数に関する形態的解析を行なった。その結果、調べられた太平洋側の6河口集団(小卵多産)および日本海側の5河口集団間には高い遺伝的類似性が認められ、海流(黒潮)を介した幼生分散によって、広い範囲で遺伝的交流(遺伝子拡散Gene flow)のあることが示唆された。この遺伝的交流は、特に日本海側で高い頻度で行なわれているが、太平洋側では紀伊半島が遺伝子交流の障害として作動していることが解かった。現在の地理的分布を加味しながら、遺伝子頻度に基づくクラスター分析結果を考察すると、内陸部の中卵あるいは大卵集団が、幾つかの地域で互いに独立に祖先小卵集団から分化してきたこと(表現型の多所的並行進化)が強く示唆された。特に、関東および仙台平野の大卵集団2グループは明白な形態的な違いを示し、それらが互いに独自に大卵化してきたものと考えられる。卵サイズを大型化した内陸部移住集団では、集団の遺伝的変異性(平均ヘテロ接合頻度)の有意な減少が認められた。この減少は生息場所の分断による隔離効果によるものであることは疑いない。このような遺伝的変異性の減少が集団の絶滅とどのような対応関係にあるか、すでに一部解析が進んでいるミナミテナガエビ、ショキタテナガエビなどとの種間比較による総合的検討が待たれる状況にある。琉球列島西表島にて数種のテナガエビの採集を行ない、分析のためのサンプルを得た。また、すでに確保されているテナガエビ(M. nipponense)およびミナミテナガエビ(M. formosense)のいくつかの地方集団について、アロザイム分析をおこなった。その結果、同一水域に生息する2つの近似種(同胞種)のテナガエビとミナミテナガエビとでは、保有する遺伝子が異なり、明らかに生殖的隔離が成立していることが解った。これらの2種は、今後このグループの種分化機構を解明する上で有望な研究材料となるであろう。テナガエビ集団の保持する遺伝子多様度(平均ヘテロ接合頻度)に関しては、河口の小卵多産集団で最も大きく、内陸部汽水湖の中卵中産集団では減少し、さらに内陸部淡水湖の大卵少産集団では最小となる傾向の有ることがわかった。これは、指定された生息場所の進化的移行経路と良い対応性を示している。次年度以降さらに多くの種間の比較を行なうことにより、このグループの系統分岐の関係、および遺伝子多様度と生活史進化の対応関係が一層明確となるであろう。昨年にひきつづき、琉球列島(西表島)でテナガエビ類の採集を行ない、得られた材料に関してアロザイム分析を行なった。本研究の目的の1つである、近縁種間の比較の問題は、平成9年度、更に多くの材料に関して分析を行ない結論をえる予定である。本研究のもう1つの目的である単一種(テナガエビMacrobrachium nipponense)集団の遺伝的構造に関しては、日本本土から得られた28集団に関してアロザイム分析をほぼ終了し、集団間の遺伝的類似性に基づく集団分化の全体像を把握することができた。また、本種の集団分化過程で遺伝子分散(gene flow)が重要な役割を担っていることを示唆する結果もえられた。すなわち、河口域に分布する小卵産出群では、広い地理的範囲にわたって遺伝的組成が類似しており、そのなかで太平洋側に分布する集団では遺伝子頻度のクラインが認められた。このクラインは酵素タンパク分子の環境因子への適応では説明ででず、低頻度の1方向的な遺伝子分散が起こっていることを示唆するものである。いっぽう、内陸部に生息する大卵産出群の遺伝的組成は、そのような河口集団とは異なっていた。これらの結果は、日本生態学会(1996、3月;東京都立大学)で発表した。

卵サイズの異なるテナガエビ(Macrobrachium nipponense)集団間では、遺伝的基礎に基づく顕著な卵サイズ変異が認められる。これまでに引き続き、本種28地域集団を対象として21遺伝子座に関するアロザイム分析を行なった。同時に形態形質、特に額角歯数の集団間変異を調べた。その結果、河口(小卵多産)集団間には高い遺伝的類似性が認められ、海流(黒潮)を介した幼生分散によって、広い範囲で遺伝的交流を保持していることが示唆された。この遺伝的交流(遺伝子拡散Gene flow)は、日本海側で高い頻度でなされていることを示すデータが得られた。太平洋側では、紀伊半島が自由な遺伝子拡散を阻害しており、それを鋏む東西の2集団グループ間で、遺伝子頻度はがりではなく、形態的にも分化が認められた。一方、遺伝子頻度に基づくクラスター分析結果は、内陸部の中卵、大卵集団が、幾つかの地域で独立に小卵集団から進化してきたこと(表現型の多所的並行進化)を示唆した。この見方は形態的違いから支持された。卵サイズを大型化した内陸部移住集団では、集団の遺伝的変異性の減少が認められた。同様な傾向は種間比較の結果からも導かれる見通しとなった。
半導体プロセス用低温高周波プラズマの理論体系の確立

低温RF(MW)プラズマを用いた半導体ドライプロセス技術が実用化されて以来、10余年を経て、この技術がマイクロ(ナノ)エレクトロニクスの加工技術として基盤技術の位置を獲得している。先端技術を競う我が国と米国では、低温プラズマとそこで繰り広げられる諸機能のモデリングを通したプラズマプロセスデザインの時代に入ろうとしている。しかし既存の知識理論体系内での技術展開には限界がある。この現実打開のために本学術研究(3カ国共同研究)を企画した。その結果、成果として(2).マグネトロンプラズマやICPで要となるE×B電子輸送を具体的に算出するコードを構築し重要なAr中の輸送を解明。(Ness,Makabe;to be published),(5).プラズマエッチングで表面から放出される高速分子の2次元輸送論を構築し、具体的な輸送例をA1エッチングで例示し、再付着効果の定量化手法を確立。(Makabe,Nakano;to be published),を得た。理論体系の基幹となる各項目の詳細は各公刊論文を参照のこと。各成果(15)を統合する形で、2次元プラズマリアクターのデザインとウェハーエッチングプロセスのモデリングに具体的に応用したいと考えている。1)rf輸送理論の確率プラズマプロセス技術で、リアクターに磁場が印加される場合は多い。これは電子密度やその輸送の制御にほかならず、電・磁場内の電子輸送を各プロセスガスについて明らかとする必要がある。本国際共同研究ではオーストラリアJames Cook大学物理学科のNess博士を招聘しスパッタリングやエッチングで最も利用度の高いAr中のE×B電子輸送をボルツマン方程式から具体的に明らかとした。^<b)>3)ICPリアクターのCT診断筆者の開発したロボット駆動CT装置を用いて、Petrovic教授の滞在中に誘導結合形プラズマ(ICP)の空間分布を観測し、非対称性を考察した。また、ICPの維持機構における電子のE×Bドリフト効果の寄与をはじめて実験的にとらえた。これは先の筆者のICPモデル理論の妥当性の一検証となろう。^<c, d) >低温RF(MW)プラズマを用いた半導体ドライプロセス技術が実用化されて以来、10余年を経て、この技術がマイクロ(ナノ)エレクトロニクスの加工技術として基盤技術の位置を獲得している。先端技術を競う我が国と米国では、低温プラズマとそこで繰り広げられる諸機能のモデリングを通したプラズマプロセスデサインの時代に入ろうとしている。その結果、成果として(2).マグネトロンプラズマやICPで要となるE×B電子輸送を具体的に算出するコードを構築し重要なAr中の輸送を(5).プラズマエッチングで表面から放出される高速分子の2次元輸送論を構築し、具体的な輸送例をA1エッチングで例示し、再付着効果の定量化手法を確立。各成果(15)を統合する形で、2次元プラズマリアクターのデザインとウェハ-エッチングプロセスのモデリングに具体的に応用したいと考えている。
新規光機能性人工核酸をベースにした効率的ゲノム解析法

本研究は、疾患感受性遺伝子をターゲットとしたSNP解析システムを開発しつつ、当初提案した光機能性分子システムが遺伝子多型解析法を一変させるエレクトロデバイスとして作用する日本発の遺伝子解析技術の確立を目指した。本研究では、私が開発したホール輸送性核酸自己組織化膜を基礎として、より量子収率がよい光電変換システムを探索し、応用面として新たなコンセプトの遺伝子解析システムへ展開した。以前行ったホール輸送性核酸自己組織化膜を用いた実験で観察された、1つのミスマッチ塩基対を含むDNA二本鎖から成る自己組織化膜において電流応答が小さかったという事実は、このシステム設計において極めて重要な知見になった。これは、オーダーメイド医療の進歩に不可欠である遺伝子上の1塩基の違い(1塩基多型)を極めて簡便に検出することができる可能性を秘めており、新遺伝子解析技術への発展が見込まれた。これを土台に、一塩基多型などの遺伝子中のほんの些細な配列の違いを簡便に電流応答を用いて検出できるホール輸送性核酸自己組織化膜を作成した。合目的なホール輸送性プローブの有機合成を徹底して行い、光化学的、電気化学的設備を用いて機能の評価を行った。具体的には、ホール輸送性塩基(グアニン・メトキシベンゾデアザアデニン(私が開発))を含むホール輸送性DNAを遺伝子検出プローブとして作成し、電極上にチオールー金結合を介して連結した。そこに対して標的遺伝子をハイブリダイゼーションさせて、光電流を調べた。1つのミスマッチ塩基対が電流応答に大きな影響を与え、ミスマッチ塩基対の種類や周りの配列の影響にも鋭敏に応答が変化した。このシステムは、適切な配列設計を行うことによって、さまざまな配列に対して大差なく応用可能である。本研究は、疾患感受性遺伝子をターゲットとしたSNP解析システムを開発することはもちろんのこと・本提案の分子システムが遺伝子多型解析法を一変させるエレクトロデバイスとして作用する日本発の遺伝子解析技術の確立を目指す。以前行ったホール輸送性核酸自己組織化膜を用いた実験で観察された、1つのミスマッチ塩基対を含むDNA二本鎖から成る自己組織化膜において電流応答が小さかったという事実は、このシステム設計において極めて重要な知見である。これは、オーダーメイド医療の進歩に不可欠である遺伝子上の1塩基の違い(1塩基多型)を極めて簡便に検出することができる可能性を秘めており、新技術の発展が見込まれた。本研究において、一塩基多型などの遺伝子中のほんの些細な配列の違いを簡便に電流応答を用いて検出できるホール輸送性核酸自己組織化膜を作成した。具体的には、ホール輸送性塩基(グアニン・メトキシベンゾデアザアデニン(私が開発))を含むホール輸送性DNAを遺伝子検出プローブとして作成し、電極上にチオール-金結合を介して連結した。