hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不飽和地盤における各種水理境界変動の影響

自然,人工問わず地盤構造物の多くは土粒子間隙に水と空気を含む三相構造で存在している.間隙が水で満たされている場合を飽和状態と呼び,空気が存在する一般的な不飽和状態とは区別する.しかしながら,地盤工学の発展は飽和状態にある土の挙動を表現することで発展してきたため,未だに不飽和土の力学が実問題へ適用されることは少ない.本研究は,申請者らが究明してきた不飽和土の力学体系を初期値境界値問題として定式化し,実用化するために実現象における各種水理境界変動の解析上の表現法を確立し,その影響を明確にすることを目的としている.前年度,行った土柱試験により地下水位変動と降雨による地盤内含水率変化を実験により求め,解析結果との比較を行った.今年度は,蒸発と外力が地盤内含水率分布に及ぼす影響を検討した.蒸発に関してはモニタリング法という水分特性曲線を求める方法が提案されており,蒸発時の含水率低減とサクション変動が水分保持特性に一致するのは明らかにされている.ここではその影響深度に関して,模型実験と解析の結果を比較した.その結果,地盤表面が乾燥してくると,実蒸発量が低下するため土内部での含水率低下がかなり抑制されることが明らかとなった.また初期の含水率分布によって,地盤のサクション増加挙動が大きく異なることが分かった.外力に関しては,シミュレーションによる検討を行った.非排水条件下で不飽和状態にある地盤に外力を加えると,外力や初期含水状態に依存した,異なる含水率分布を呈することが分かった.この結果は,締固めなどの外部との水収支がない状態で外力が作用する条件で,締固厚さや外力の大きさによって,品質が異なる可能性があることを示唆している.以上,本研究で得られた知見は,不飽和土の力学を地盤工学上の問題へ適用するための一助となったと思われる.今後は,定量的な表現において解析精度を高めていくことを目的とする.近年,計算機および数値計算手法の発達により,地盤構造物の設計・維持管理において有限要素解析が有益なツールとして用いられるようになってきた.このような数値解析では,設定入力定数および初期条件・境界条件の選定が,解析結果に大きく影響を及ぼす.現在,飽和土の構成モデルを用いた解析手法が,ある程度確立されてきたが,不飽和土の構成モデルを用いた解析に対する信頼性は低い.そのため,地盤の飽和/不飽和状態に関係なく,飽和土の構成モデルを用いて挙動予測を行うことが少なくない.不飽和土の構成モデルが,飽和土の構成モデルと大きく異なるのは,外部から水が供されたときの挙動である.その結果,特に入力水分特性および水理境界条件の設定に注意を要する.本研究は,不飽和土構成モデルを用いて不飽和地盤の挙動予測を行ううえでの,妥当な水理境界条件設定手法を確立することを目的としている.本年度は,水理境界変動に影響を及ぼす要因として,地下水位変動と降雨に着目し,これらの要因を表現可能な模型土槽を用いた実験システムを構築した.模型土槽は,テンシオメーターとADR土壌水分計が設置可能で,サクションと土壌含水率を計測できる.また,土槽下部はポーラスストーンを介してマリオット管に接続しており,土槽内水位を,土槽表面にはフローマッチクバルブを用いた散水により降雨強度を,制御できるようになっている.この模型土槽を用いて地下水位変動を与えたときの土壌内サクション・含水率分布を計測した.その結果,地下水位以上の領域ではサクションは静水圧分布に準じた負の間隙水圧にはならないことが分かった.この原因は,地盤が不飽和化することで,透水係数が大きく減少し,定常状態に至るまでに相当の時間を要するためである.また,初期値・境界値問題を解くことで,この非定常分布を表現することができた.自然,人工問わず地盤構造物の多くは土粒子間隙に水と空気を含む三相構造で存在している.間隙が水で満たされている場合を飽和状態と呼び,空気が存在する一般的な不飽和状態とは区別する.しかしながら,地盤工学の発展は飽和状態にある土の挙動を表現することで発展してきたため,未だに不飽和土の力学が実問題へ適用されることは少ない.本研究は,申請者らが究明してきた不飽和土の力学体系を初期値境界値問題として定式化し,実用化するために実現象における各種水理境界変動の解析上の表現法を確立し,その影響を明確にすることを目的としている.前年度,行った土柱試験により地下水位変動と降雨による地盤内含水率変化を実験により求め,解析結果との比較を行った.今年度は,蒸発と外力が地盤内含水率分布に及ぼす影響を検討した.蒸発に関してはモニタリング法という水分特性曲線を求める方法が提案されており,蒸発時の含水率低減とサクション変動が水分保持特性に一致するのは明らかにされている.ここではその影響深度に関して,模型実験と解析の結果を比較した.その結果,地盤表面が乾燥してくると,実蒸発量が低下するため土内部での含水率低下がかなり抑制されることが明らかとなった.また初期の含水率分布によって,地盤のサクション増加挙動が大きく異なることが分かった.外力に関しては,シミュレーションによる検討を行った.非排水条件下で不飽和状態にある地盤に外力を加えると,外力や初期含水状態に依存した,異なる含水率分布を呈することが分かった.

この結果は,締固めなどの外部との水収支がない状態で外力が作用する条件で,締固厚さや外力の大きさによって,品質が異なる可能性があることを示唆している.以上,本研究で得られた知見は,不飽和土の力学を地盤工学上の問題へ適用するための一助となったと思われる.今後は,定量的な表現において解析精度を高めていくことを目的とする.
総合理科教育のカリキュラム研究

総合化された理科教育法を理論的に確立することを目的とし,児童・生徒の体験的な活動を生かせるようなカリキュラム構成と具体的な内容を研究した。義務教育ばかりでなく教員養成過程における理科教育方法の改善も模索した。以下に研究概要を報告する。1.植物栽培・自然観察を中心としたカリキュラム研究:学級園の条件合わせて,数種の植物を栽培し,その教材適正を検討した(奥埜)。大阪府蕎原における自然を,ビデオ,デジカメを使って調査し,自然観察の助けとなるホーム・ページを作製した(山口)。動物園における小学校校外学習のあり方を,園内のビデオ記録と,先生方へのアンケートをもとに考察した(奥埜)。鳴く虫の野外観察の教育実践を学生を対象に行った(奥埜)。和歌山県南西海岸で調査し,中高校の地震教材を検討した(山口)。花・落葉樹・昆虫・渡り鳥などについての季節感について,大学生の意識調査を行った(生谷・奥埜)。2.測定・検証法の検討とコンピューターを活用したカリキュラム研究:パソコン制御の自動液体注入装置を開発し,化学の実験を自動化した(澤田)。化学電池の中でおこる反応の理解を助けるために,製作教材の開発を行った(澤田)。中学校の理科実験における,金属の比熱の簡易測定法を検討した(木立)。高校の物理実験における「メルデの実験」の弦の振動に及ぼす非線形効果を検討した(木立)。3.理科教材が自作できる教員の養成:理科工作を「小学校専門理科」の授業に取り入れ,太陽高度計,ピンホールカメラ,PETボトル風車,針金模型づくりを,身近な材料で実践した。また,制作工程を示したガイド・ビデオを作製した(加藤)。4.高校化学教科書における実験材料の検討:高校化学の旧教科書と新しいIA・IB・IIとの内容の比較と実験教材の適否を検討した(生谷・澤田)。5.総合的学習に向けたカリキュラム研究:生活科・家庭科・理科・社会科にまたがる総合的教材として,「衣」を取り上げ,子どもが体験しやすい機織り器を考案した(重田)。また,小学校生活科で,ワタの栽培,紡ぎ,機織りまでを実践した(重田・奥埜)。本研究は、児童生徒の実践的作業を基軸として、総合化される理科教育法を確立することを目的として、具体的な内容を構成することにある。さらに、教員養成課程における理科教育法の改良をもその範囲として行っている。以下に今年度の研究状況を報告する。1.植物栽培、自然観察を基軸としたカリキュラム研究:生活科で栽培される植物を、通常行われている畑栽培の補助教材として、ピ-トモスを使用した養液栽培の教材化に取り込んだ(奥埜良信)。一方、都市化による環境破壊が進行する中で、大阪府、和歌山県内で、自然観察に適しているフィールドを求めて季節毎に調査を行っている(山口弘)。2.測定・検証法などの研究法的内容及びコンピューター活用を基軸としたカリキュラム研究:理科実験における測定・観察結果の整理及び仮説の検証を行うため化学教材の選定、教材作成の為の予備的実験を進めている(生谷義一、澤田和弘)。3.工作・応用的視点を基軸としたカリキュラム研究:本年も実施した公開講座「理科と工作」では、市販の教材ではなく、指導者である先生に自ら製作していただいているが、今年はディジタルビデオによって理科教材作り」のガイドビデオを製作した。

また、ペットボトルを利用した「ロケット」を開発し、小学生を対象として実践的な研究を行った(加藤好博)。児童にもあつかえる、原始的で素朴な機織り機による家庭科織物教材の検討を行った(重田美智子)。4.総合的理科教育の比較的研究:総合的理科教育の歴史的比較のための文献調査を行った。また、児童にわかりにくい、音の伝わり方について授業用教材の作成を行った(木立英行)。本研究は,児童生徒の体験的な活動を中心とした,総合化される理科教育の方法を確立することを目的とし,具体的な内容を構成することにある。義務教育ばかりでなく教員養成課程における理科教育方法の改善もその範囲としている。以下に今年度の研究状況を報告する。1.社会教育施設の一つである動物園における,小学校校外学習のあり方を,ビデオ記録と,先生方へのアンケート調査によって考察した。また,鳴く虫を中心にした,野外教育実践を行った(奥埜)。大阪府蕎原における地形・地質・生物を,ビデオ,デジカメを使い1年間にわたって調査し,自然観察の助けとなるホーム・ページを作製した(山口)。中高校の地震教材を求め,和歌山県西牟婁郡市江で砕屑岩脈の調査を行った(山口)。教員養成課程学生を対象に,花・落葉樹・昆虫・渡り鳥などについての季節感のアンケート調査を行った(生谷・奥埜)。2.化学電池の中でおこる化学反応・電子・イオンの理解を助けるために,身近な素材を使用した電池制作教材の開発を行った(澤田)。高校化学の旧教科書と新しいIA・IB・IIとの内容の比較と教材適否の調査を行った(生谷・澤田)。3.理科教材が自作できる教員の養成を目指し,「小学校専門理科」の授業内容を検討し,太陽高度計,ピンホールカメラ,PETボトル風車,針金模型などの理科工作を取り入れた。また,これら教材の制作工程を示したガイド・ビデオを作製した。4.理科・生活科・家庭科にまたがる総合的教材として,ワタの栽培,紡ぎ,機織りまでの「衣」を取り上げ,子どもが体験しやすい機織り器を考案した。また小学校で生活科の実践をした。(重田・奥埜)
GMP基準口腔組織再生療法の確立

目的:ヒト骨髄液(hMSC)からの間葉系幹細胞(MSC)を利用した移植での骨再生療法が可能になってきている.しかしhMSCを使用する細胞培養は,Cell Processing center(CPC)で行う必要がある.本研究の目的はCPCを利用し顎骨再生療法のための細胞培養スケジュールと標準業務手順書を作成し,移植方法を確立することである.目的:ヒト骨髄液(hMSC)からの間葉系幹細胞(MSC)を利用した移植での骨再生療法が可能になってきている.しかしhMSCを使用する細胞培養は,Cell Processing center(CPC)で行う必要がある.本研究の目的はCPCを利用し顎骨再生療法のための細胞培養スケジュールと標準業務手順書を作成し,移植方法を確立することである.GMP基準に準拠した培養自己骨髄間葉系細胞移植を骨再生療法に応用することを目的として,松本歯科大学病院口腔外科(採取施設)で採取した骨髄間葉系細胞を,細胞調製施設である信州大学医学部附属病院先端細胞治療センター(CPC)を利用して培養するとともに,臨床応用するための基礎的研究を行った.まず本院倫理委員会にて臨床研究の承認をうけドライランを開始した.採取施設においてボランティアの腸骨から骨髄液を採取し,同日CPCに搬送後, 3週間の細胞培養を行った.細胞の表面抗原をフローサイトメトリーで解析するとともに,細胞形質,骨関連遺伝子の発現,遺伝子産物の発現,基質の石灰化について検討した.また,実際に移植手術時に細胞と共に使用する材料について生細胞への影響について検討した.ヒト骨髄液中には, CD271陽性のMSCが0.2%, CD44/CD105陽性のMSCは約2%存在し, 3週間の初代培養によって骨髄間葉系細胞は2000万個に増加した.施設間の搬送による細胞増殖と細胞形質への影響はみられなかった.この細胞はデキサメタゾンとβ-グリセロリン酸を添加して培養すると, TNAP, OCN, COLL-Iの遺伝子レベル蛋白レベルの発現の亢進およびRunx2について約3倍の発現量の増加がみられ,またアリザリンレッド染色では陽性の石灰化結節が観察されたことから,骨髄間葉系細胞が骨芽細胞様形質を獲得したと考えられた.臨床で細胞移植とともに用いる吸収性メンブレン,トリリン酸カルシウム,チタンインプラント体を培地に浸漬して細胞増殖曲線を作成したところ,細胞毒性はみられなかった.結果, GMP基準に準拠して調製された骨髄間葉系細胞を骨再生療法に適用できると考えられた.以上から得たデータをもとに,第53回日本口腔外科学会総会・学術大会(徳島),第12回日本顎顔面インプラント学会総会・学術大会(東京),第8回日本再生医療学会総会・学術大会(東京)にて口演発表を行った.高品質のヒト幹細胞を培養するには品質の優れた医薬品を製造するための要件であるGMP基準を柱とした「ヒト幹細胞の臨床研究に関する指針」に準拠し,CPCで細胞を調製する必要性がある.本研究は細胞調製施設である信州大学医学部附属病院CPCで細胞培養し,細胞採取施設である松本歯科大学病院で細胞移植手術を行うシステムを確立することを目的とした.顎骨再生シミュレーションとして日本白色ウサギの大腿骨部より骨髄液を採取し初代培養を行い,3週間培養した.細胞増殖能,細胞形質の検討を行い,培養された細胞をβ-TCPと多血小板血漿にて混和しウサギの上顎洞へ移植し,骨形成状態を検討した.3週間の培養によってMSCは約2×10^6個に増加した.分化培地を添加して培養したMSCは骨芽細胞様細胞の形質を獲得し,アリザリンレッド染色陽性となり成熟骨芽細胞への分化能を示した.多血小板血漿と医薬品塩化カルシウムを混合して細胞の保持が可能なゲルが形成された.移植された組織を骨生検し,トルイジンブルー染色にて細胞移植部に著しい基質が観察され,アリザリンレッドではリン酸カルシウムの沈着が観察された.また,ヒトにおいては採取施設にてボランティアの腸骨から骨髄液を採取し,同日CPCに搬送後3週間の細胞培養を行った.細胞形質,骨関連遺伝子の発現,遺伝子産物の発現,基質の石灰化について,フローサイトメトリー,RT-PCRおよびReal-time PCR,Western blot法,アリザリンレッド染色で検討した.ヒト骨髄液中には,CD271陽性のMSCが0.2%,CD44/CD105陽性のMSCは約2%存在した,3週間の初代培養によってMSCは約2×10^7個に増加した.以上の基礎研究をもとに臨床研究を行い,高度顎堤吸収異状の患者に対して上顎洞底挙上術,自己培養細胞移植術を施行し,移植1週間後と1ヵ月後のMRIを比較してみると,細胞に移植した部位の上顎洞底の位置が維持されていた.CPCと細胞採取施設が連携しMSCを用いた骨再生療法を適用し,さらにGMP基準下の骨造成治療の有用性が示唆された.
自由主義の危機における20世紀アメリカ社会学の変容―二度の世界大戦を通じた考察―

本年度は第一に、「科学」による記述の単位として「社会」が描かれるようになったことの要因と影響を論じた。重要な事例として、質的調査のR.E.Park、量的調査のW.F.Ogburn、方法のL.L.Bernardそれぞれが辿った思想遍歴を比較した。まず得られた知見は、社会の進歩が、おおよそ1920年代、自生的なものとは考えられなくなったものの、科学の方法の助けを得るかぎりで実現可能なものと考えられるようになったことだ。だが1930年代になると、こうした関連付けの努力が見られなくなった。そこで次に、この要因を知るために進歩の観念を離れ、「科学的」社会学の実現による「実践的」効果の観念について検討した。ここから知られたのは、1920年代には、社会学は科学的であれば実践的でありうる、と考えられたのに対して、1930年代には、必要とされる実践的効果を「科学的」社会学は十分に提供できない、と考えられるようになったことだ。科学性と実践性の兼備を追求する「科学主義」は、1930年代に開花したとしばしば言われる。だが事実は、むしろある面では科学主義が衰退したことにあったと言える。第二に、「戦争」をめぐる社会学者の議論についても変遷をたどり、「社会」を想像させる視角の多様性と流動性を示した。事例として重要だったのは先述の調査研究者のほか、G.H.MeadやT.Parsonsである。第一次大戦の前夜、戦争はしばしば「生物学的」や「心理学的」な必然性によって説明されていたが、それ以後、知性と共同体によって戦争を回避すべきだと説かれるようになった。だが第二次大戦にあたっては、戦争は「社会学的」や「文化的」な要因と帰結から説明され、戦われなければならないものとなった。この経過において「社会」は、戦いの場ではなく戦いの各陣営を指し示すようになった。内側に閉じた一国社会と言われるが、外側と対決する一国社会が誕生したと言える。当時の科学観の手がかりとして、進歩の観念を取り上げていて時間を要したが、実践の観念に切り替えて進捗した。また、初回の資料収集(シカゴ大学、ハーヴァード大学)は調査期間が短かったが、必要な資料を手に入れて研究が進んだ。当時の鍵であった諸概念を相互に関連付ける作業を、予め多角的に行っておく。現地での資料収集と分析に費やす余力を、大幅に増やす。本研究は、20世紀前半のアメリカ合衆国における、「社会」およびこれに係わるいくつかの観念の広がりと変遷を検討した。しばしば、20世紀前半には、両大戦を通じて国民国家がひとつの「社会」として発展していったとされるが、「社会」の観念の歴史をたどることはその過程の解明の一端を担う。「社会」の学問についてみれば、この時期、欧米全体では「社会科学のアメリカ化」が生じたとされ、そのアメリカでは社会科学が「科学的」になったとされている。本年度の研究では、三人の社会学者のテキストを事例としてとりあげ(W.F.オグバーン、L.L.バーナード、R.Eパーク)、この時期のアメリカにおいて、「社会」の「科学」という理念がどのように前面に押し出されてきたのか、またこれにともなって「社会」の「進歩」という理念はどのように後背へと追いやられていったのかを、検証した。その結果、次のような過程が浮かび上がった。社会学において、「科学」「科学的」という語彙は、20世紀の初めに突然現れたのではなく、両大戦間期を通じて、研究者の主観によらない知識、観察されたデータに基づいた知識を指すように、その意味を変えていった。また社会学において、「進歩」「進歩的」という語彙は、20世紀の初めに突然廃れたのではなく、両大戦間期を通じて、歴史の必然的な発展ではなく、研究者の知識をうまく使用して得られる変化を指すように、その意味を変えていった。さらにこの過程において、社会の「科学」はしばしば社会の「進歩」のための手段として意味づけられていたことが明らかになった。ここから、「社会」は観察されるもの、それゆえに進歩するものと観念されるようになったことが示唆された。今後の課題は、他の観念の広がりと変遷も加味してこの点を吟味していくことだ。

だが事実は、むしろある面では科学主義が衰退したことにあったと言える。第二に、「戦争」をめぐる社会学者の議論についても変遷をたどり、「社会」を想像させる視角の多様性と流動性を示した。事例として重要だったのは先述の調査研究者のほか、G.H.MeadやT.Parsonsである。第一次大戦の前夜、戦争はしばしば「生物学的」や「心理学的」な必然性によって説明されていたが、それ以後、知性と共同体によって戦争を回避すべきだと説かれるようになった。だが第二次大戦にあたっては、戦争は「社会学的」や「文化的」な要因と帰結から説明され、戦われなければならないものとなった。この経過において「社会」は、戦いの場ではなく戦いの各陣営を指し示すようになった。内側に閉じた一国社会と言われるが、外側と対決する一国社会が誕生したと言える。当時の科学観の手がかりとして、進歩の観念を取り上げていて時間を要したが、実践の観念に切り替えて進捗した。また、初回の資料収集(シカゴ大学、ハーヴァード大学)は調査期間が短かったが、必要な資料を手に入れて研究が進んだ。当時の鍵であった諸概念を相互に関連付ける作業を、予め多角的に行っておく。現地での資料収集と分析に費やす余力を、大幅に増やす。
多元素相互作用による活性金属種の立体・電子的制御

有機化合物の官能基変換において、ルイス酸の役割はきわめて大きい。本研究ではルイス酸性のチューニング法として、下記3種の系を提案、実施し、以下に示す成果を得た。1)基本構造系脂肪族塩化物とシリルエノラートのカップリング反応が臭化インジウム触媒により効率よく進行することを見いだした。アルデヒド由来のエノラートにも適応可能で、世界で初めてこのタイプの触媒的手法を確立した2)相互作用系インジウム/ヨウ化ケイ素の二種の金属の相互作用による新しいルイス酸を生起した。この種が脂肪族シリルエーテルとケイ素求核種とのカップリング反応を効率よく触媒することを見いだした。官能基選択性にすぐれており、新しい炭素炭素結合形成手法を確立した3)立体規制系トリフェノキシメタンを主骨格とする新しい配位子合成を行い、かご型ホウ素錯体の合成と物性研究を行った。かご型を形成する有機骨格の幾何の変化と、中心金属(本研究ではホウ素)のルイス酸性の相関を、熱力学的および速度論的見地から詳細に比較し、緻密に制御可能な金属ルイス酸の設計を可能とした。特に、骨格のメタン部分をシランに変化させる(すなわち、炭素をケイ素に代える)ことで、大幅な配位子交換速度の変化がみられた(約百万倍)。これらのホウ素錯体を触媒とした有機合成反応への応用にも成功し、今後のルイス酸デザインのテンプレートを提供することに成功した。以上の成果は、元素間の非結合的な相互作用を基本としており、これまで解明されていない知見を多く含んでおり、本研究はその解明の糸口となりうるものである。
新規な共生関係が可能にした動物の深海極限環境進出

深海底に沈んだ脊椎動物の骨にのみ生息するホネクイハナムシとその共生細菌をモデルとして,生物が新たな環境へと進出する過程で生じた進化について研究を進めた.ホネクイハナムシが骨を消化吸収する際には,ホネクイハナムシの系統で多様化した消化酵素を根の表皮から分泌することで,骨に含まれているコラーゲンを分解することが明らかとなった.さらに他の動物では消化管で働く栄養吸収に関わる遺伝子が,根の表皮で働くことで消化酵素によって分解された栄養素を吸収している可能性が示唆された.さらにアミノ酸生合成経路などはホネクイハナムシと共生細菌で相補的になっており,互いに不足する栄養を補い合っている可能性が示唆された.深海は生物学において残されたフロンティアの一つであり,生命がその特殊な環境にいかに適応してきたのかを明らかとすることは,生物の進化可能性を明らかとする上で重要である.本研究は"根"という新奇形質を獲得し,さらに細菌と新たな共生関係を結ぶことで,脊椎動物の骨という他の生物が利用出来ない資源に進出したホネクイハナムシをモデルとして,動物が新たな環境へと適応することを可能にした分子基盤を解明することを目的とする.具体的には宿主であるホネクイハナムシと共生細菌のゲノムやトランスクリプトーム情報から,ホネクイハナムシ-細菌共生系における代謝経路や生理機能を明らかとするとともに,ホネクイハナムシによる脊椎動物の骨消化吸収メカニズムを解明する.平成27年度はホネクイハナムシゲノムのシーケンスを行うとともに,アセンブル,遺伝子モデル作成などの情報解析を遂行した.また組織や発生過程特異的なトランスクリプトーム解析を進めた.その結果骨の消化に関与すると考えられる消化酵素遺伝子が多様化していること,それらの多くが根で特異的に発現していることなどを明らかとした.また消化した栄養素の吸入に関与していると考えられるトランスポーター遺伝子も同様に根の表皮で発現していた.また一部のトランスポーター遺伝子は共生細菌の局在する菌細胞においても発現しており,ホネクイハナムシと共生細菌間での栄養素の輸送に関与している可能性が示唆された.以上に関与する成果の一部は学会で発表するとともに,国際誌に投稿中である.平成27年度は主に以下の2点について解析を行った.1宿主であるホネクイハナムシのゲノム解読のため,Illmina社のMiseqを用いてPaired-end, Mate-pairライブラリのシーケンスを行った.シーケンス情報を用いてアセンブルを行い,scaffold N50約150kbpという結果を得た.その結果を用いて現在は遺伝子モデルの予測,遺伝子のアノテーションなどの情報解析を進めている.2トランスクリプトームを解析し,様々な組織で発現している遺伝子のリストや,各組織に特異的に発現している遺伝子セットなどをカタログ化した.その結果,細胞外マトリクスを分解する機能を持つMatrix metalloproteinaseをコードする遺伝子がホネクイハナムシにおいて多様化していること,そしてその多くが根で発現していることが明らかとなった.またその他様々な消化酵素も根で発現していた.また栄養素の吸収や生体内での輸送に関与するトランスポーター遺伝子も根の表皮で発現していた.これらの結果は根の表皮が脊椎動物の骨の消化と吸収を担っていることを示唆している.またトランスポーター遺伝子は,共生細菌が局在する菌細胞においても発現しており,ホネクイハナムシと共生細菌間における代謝相互作用の存在を示唆している.深海は生物学において残されたフロンティアの一つであり,生命がその特殊な環境にいかに適応してきたのかを明らかとすることは,生物の進化可能性を明らかとする上で重要である.本研究は"根"という新奇形質を獲得し,さらに細菌と新たな共生関係を結ぶことで,脊椎動物の骨という他の生物が利用出来ない資源に進出したホネクイハナムシをモデルとして,動物が新たな環境へと適応することを可能にした分子基盤を解明することを目的とする.具体的には宿主であるホネクイハナムシと共生細菌のゲノムやトランスクリプトーム情報から,ホネクイハナムシ-細菌共生系における代謝経路や生理機能を明らかとするとともに,ホネクイハナムシによる脊椎動物の骨消化吸収メカニズムを解明する.本年度は,昨年度作成した遺伝子モデルをもとに情報解析を遂行した.宿主であるホネクイハナムシのゲノムと共生細菌ゲノムとの比較解析によって,アミノ酸やその他の代謝経路に関する遺伝子について,宿主と共生細菌が相補的に関係にあることが明らかとなった.昨年度までに行ったトランスクリプトーム解析によって,コラーゲンを分解する酵素であるMatrix Metalloproteinase (MMP)をコードする遺伝子がホネクイハナムシにおいて多様化していることが明らかとなった.ゲノム配列を確認した結果,複数の遺伝子が同一Scaffoldに並んで存在しており,ホネクイハナムシの系統において遺伝子重複によって数が増えたことが示唆された.また組織や発生過程特異的なトランスクリプトーム解析をまとめた論文がBMC Evolutionary Biology誌より出版された.H28は主に以下の2点について解析を行った.1H27年度作成した遺伝子モデルをもとに,遺伝子のアノテーションを行った.そしてその結果を用いてアミノ酸や脂質など主要な代謝経路のマッピングを行った.さらに共生細菌2種のゲノム情報を用いて同様に代謝経路マッピングを行った.その結果,必須アミノ酸などの主要な代謝経路において宿主であるホネクイハナムシと共生細菌が相補的な関係にあることが明らかとなった.

組織特異的なトランスクリプトーム解析の結果,宿主においてそれらの遺伝子は共生細菌の局在する根において発現していることが明らかとなった.これらの結果は,宿主と共生細菌がアミノ酸などの栄養素において互いに依存しあっている可能性を示唆している.2トランスクリプトーム解析の結果,細胞外マトリクスを分解する機能を持つMMPをコードする遺伝子がホネクイハナムシにおいて多様化していること,そしてその多くが根で発現していることが明らかとなった.ゲノム配列上でのMMP遺伝子の並びを確認した結果,幾つかの遺伝子が同一Scaffold上に並んで存在していることが明らかとなった.また栄養素の吸収や生体内での輸送に関与するトランスポーター遺伝子も根の表皮で発現していた.これらの結果は根の表皮が脊椎動物の骨の消化と吸収を担っていることを示唆している.またトランスポーター遺伝子は,共生細菌が局在する菌細胞においても発現しており,ホネクイハナムシと共生細菌間における代謝相互作用の存在を示唆している.以上のトランスクリプトーム解析の結果をまとめた論文がBMC Evolutionary Biology誌より出版された.本研究は"根"という新奇形質を獲得し,さらに細菌と新たな共生関係を結ぶことで,脊椎動物の骨という他の生物が利用出来ない資源に進出したホネクイハナムシをモデルとして,動物が新たな環境へと適応することを可能にした分子基盤を解明することを目的とする.具体的には宿主であるホネクイハナムシと共生細菌のゲノムやトランスクリプトーム情報から,ホネクイハナムシ-細菌共生系における代謝経路や生理機能を明らかとするとともに,ホネクイハナムシによる脊椎動物の骨消化吸収メカニズムを解明する.本年度は,Oxford Nanopore Technologies社のMinIONシーケンサーを新たに導入し,ロングリードシーケンスを行った.その結果ホネクイハナムシゲノムの精度が向上した.また昨年度に引き続き宿主であるホネクイハナムシと2種の共生細菌ゲノムの情報解析を進めた.他の動物のゲノムとの比較によりホネクイハナムシの系統で増減している遺伝子ファミリーを同定した.例えば消化酵素遺伝子はホネクイハナムシにおいて非常に多様化していた.ホネクイハナムシに近縁なハオリムシにおいてもトランスクリプトーム解析を行った結果,ハオリムシでは消化酵素遺伝子の多様化は確認できなかった.この結果は,ホネクイハナムシにおける消化酵素の増加は,ハオリムシとの分岐後に生じたことを示唆している.またゲノム情報とホネクイハナムシと共生細菌のトランスクリプトーム解析の結果,根においてさまざまな代謝経路において,宿主であるホネクイハナムシと共生細菌が相補的な関係にあることが示唆された.
界面を追跡しやすい反応拡散系の構築

互いに競争的な関係にある複数種の生物集団の空間的な棲み分けを記述する自由境界問題は、実は反応拡散系のある種の特異極限と見なすことができる。この事実に対する数学的な裏付けが得られた。また、互いに協調的関係にある複数種の生物集団が段階的に次々と侵入していく現象を表す数理モデルが、1種の生物集団の単独侵入を表す数理モデルであるFisher型進行波を積み重ねた波形によって近似できることも示される。1,急速反応極限への収束の精度を評価する一般的な解析手法を開発する手がかりをつかむために、競争関係にある二種の反応拡散系を題材とし、種間競争係数を大きくした特異極限(急速反応極限)で現れる「角遷移層」型界面の近くにおける形式的漸近解の解析を進めた。具体的には、形式的漸近解を界面と垂直な方向ヘリスケールするときに主要部として現れる一次元半線形楕円型方程式の解に対し、その遠方での漸近挙動を精密に調べ、期待され得る最適な評価を導くことができた。その際、研究分担者である大塚・辻川からの変分構造的観点および安定性解析の経験に基づく助言が役立った。来年度は、この漸近解析を第二主要部にまで進めた上で、論文としてまとめる予定である。2,この漸近解析と関連してHilhorst他の協力を得ながら進めてきた、多種競争系の棲み分けに関する急速反応極限の解析結果を、論文として発表した。3,一方、退化準線形拡散方程式の界面ダイナミクスの近似解を比較的単純な反応拡散系の解として構成するヒントを得るために、複雑な界面ダイナミクスが単純な進行波の重ね合わせとして構成できるための条件を、Lui・二宮の協力の下で調べ始めた。その結果、ある制約条件下ではあるが、二種協調拡散系の二段階侵入を表す解が一種Fisher方程式の進行波の重ね合わせとして構成できることを暗示する状況証拠をつかむことができた。また、この内容の妥当性を、研究分担者である矢崎が諸条件のもとで数値的に検証した。研究中間報告として、この内容を盛岡応用数学小研究集会で発表した。来年度の本研究で、その内容に対する厳密な証明を試みる。1.急速反応極限への収束の精度を評価する基本的な手法を開発するための試金石として、2種競争拡散系の角遷移層に対し、昨年度は漸近解の第1主要部の上からの評価を証明したが、本年度は漸近解の第1主要部の下からの評価と第2主要部の絶対値の上からの評価を証明することができた。その結果、漸近解の正値性を厳密に保証することが可能になり、2種競争拡散系における角遷移層の急速反応極限への収束の精度を界面付近において厳密に評価する準備が整った。さらに界面から離れた場所での収束の精度を評価するべく、研究分担者大塚が培ってきた変分構造の解析手法と研究分担者辻川が培ってきた定常界面の安定性解析の手法の応用を試みている。2.複雑な界面ダイナミクスを単純形状の特解の重ね合わせで近似する方法の可能性について、Lui・二宮の協力の下、昨年度は2種協調拡散系に対して可能であることの状況証拠をつかんだに過ぎなかったが、本年度は2種協調拡散系で可能であることの本質的根拠を突き止めることにより、多種協調拡散系の多段階進入に対しても、その漸近解を複数のFisher型進行波の重ね合わせとして厳密に構成できることを(係数に対する特殊な仮定のもとで)示すことができた。この特殊な仮定を外すことを試み、研究分担者矢崎の数値的探索に基づき、仮定をどこまで外せるのかを予測している段階である。3.界面ダイナミクスを適当な反応拡散系の急速反応極限として実現する試みとして続けてきた研究のここまでの成果を総括し、日本数学会函数方程式論分科会の特別講演として公表した。1.反応拡散系の急速反応極限に現れる角遷移層に対する高精度近似解を構成するための試金石として、二種競争拡散系の角遷移層に対し、昨年度までに界面付近における漸近解の正値性を証明できた。それを踏まえて本年度は、この漸近解の、界面から離れた場所で別途構成される近似解への、接合を試みたところ、滑らかな接合に必要な整合条件が(見かけ上)過剰決定系になってしまう困難に見舞われた。しかるに、研究分担者大塚・辻川が培った変分構造解析・定常界面安定性解析の手法を応用し、漸近解の周りでの線形化ダイナミクスの構造を詳細に分析した結果、整合条件の過剰部分が他の部分から帰結されることが判明し、整合条件の成立は保証されたので、近似解を精度評価する準備が整った。次期研究課題の第一歩として近似解の精度評価を完了させたい。2.多種協調拡散系の「多段階侵入」の近似に関しては、特殊な係数条件のもとでは昨年度までに近似解をFisher型進行波の重ね合わせとして構成できた。

本年度は、二宮・Luiの協力のもとで力学系の観点から分析した結果、「未侵入平衡状態へ単独で侵入する種のFisher型進行波の速度」を用いた解釈により、この特殊な係数条件の意味が明らかになった。(ここまでの成果をまとめた論文も掲載受理された。)さらに、この特殊な係数条件を緩和しても「多段階侵入」が起きるか否かを調べるため、研究分担者矢崎の協力のもとで数値実験して状況を分析した。その結果、系の構成種各々の「単独侵入種としての進行波の速度」の大小関係に基づいて様々な多段階侵入を分類できそうであることが示唆されたので、次期研究課題として挑戦したい。
新規小胞体関連分解ユビキチンリガーゼの基質認識機構析

これまで報告してきた2つの糖鎖認識F-box蛋白質(ユビキチンリガーゼの基質認識サブユニット) Fbs1, 2に加え、糖鎖結合能のないFbxo44bがFbs1, 2とは異なる機構で糖蛋白質の小胞体関連分解におけるユビキチンリガーゼとして機能することを明らかとした。また、第三の糖鎖認識F-box蛋白質Fbs3が高マンノース型糖鎖のみならず複合型糖鎖を認識することから、小胞体関連分解に加え未知の経路で細胞質に現れる糖蛋白質の分解に関わる可能性が示唆された。私達が見出した糖鎖を認識するF-box蛋白質Fbs1及びFbs2は、構造が異常な蛋白質を分解に導く小胞体関連分解機構に於いて働くユビキチンリガーゼを構成する基質認識サブユニットである。これらは異常蛋白質の糖鎖を認識するものである。一方、Fbs1,2と相同性の高いF-box蛋白質Fbxo44はFbs1,2と異なり糖鎖結合能を持っていないためその機能解析を行うために基質のスクリーニングを行った。その結果、Fbxo44は小胞体に存在する糖蛋白質CPVLを基質とすることが判明した。詳細にFbxo44のCPVLの認識機構を検討した結果、Fbxo44は細胞質に存在する糖鎖除去酵素PNGaseと複合体を形成しており、小胞体から細胞質へ戻されたCPVLの糖鎖がPNGaseによりはずされたものを選択的に認識してユビキチン化する可能性が高いことが判明した。これまで、異常糖蛋白質がプロテアソームにより分解を受ける際、糖鎖の除去とユビキチン化がどのような順序で起きるのかはっきりしていなかった。今回の実験に於いて、Fbs1やFbs2によるユビキチン化が糖鎖除去に先行するのに対し、Fbxo44によるユビキチン化はPNGaseによる糖鎖除去の後に起こることが示唆された。小胞体関連におけるユビキーチン化はこれまでHrd1やDoa10など酵母からヒトまで保存されたリガーゼが担っていると考えられてきたが、哺乳類に於いてはこのようにさらに多くの複雑な経路が存在することがわかってきた。本研究に於いては、第三の糖鎖認識F-box蛋白質Fbs3の基質認識機構に関して研究を行った。Fbs1,2,3の認識する基質を比較するため、これらの蛋白質と結合する蛋白質のプロテオミクス解析を行った。その結果、共通する基質蛋白質は多くあるものの、それぞれのF-box蛋白質と特異的に結合する糖タンパク質をいくつか見出した。Fbs3と特異的に結合するトランスフェリン受容体(TFRC)の解析を行ったところ、Fbs1,2とは異なり、一度細胞表層に現れた受容体がエンドサイトーシスにより取り込まれたものがFbs3と結合することがわかった。すなわち、Fbs3は小胞体関連分解のみならず他の局面でも機能するリガーゼである可能性が考えられる。エンドサイトーシスされた蛋白質が細胞質に現れる経路は未知であるため、今後この系を用いて詳細に解析を進める。神経細胞特異的に高い発現が認められるFbs1に関して、SCF複合体以外の複合体を形成するとの報告が最近あった。我々もそれとは別に、Fbs1がSCFとは異なる複合体を形成する事を見出しているため、それらの複合体の局在の違いなどをin vivoイメージングにより解析する系も本年度に確立し、次年度に向けて解析中である。これまでの研究において、私達が見出した糖鎖を認識するF-box蛋白質Fbs1/Fbxo2及びFbs2/Fbxo6は、正しい立体構造をとることができない異常蛋白質を分解に導く小胞体関連分解機構において働くユビキチンリガーゼを構成する基質認識サブユニットである。これらは異常蛋白質の小胞体内で付加された高マンノース型糖鎖を認識するものである。本研究に於いては第三の糖鎖認識F-box蛋白質Fbs3/Fbxo27の基質認識機構に関して研究を行った。まず、Fbs1,2,3が認識する基質を比較するため、これらの蛋白質と結合する糖蛋白質のプロテオミクス解析を行った。特異的に結合する基質糖蛋白質の糖鎖の解析などの結果、Fbs3はFbs1,2とは異なり、高マンノース型糖鎖のみならず、ゴルジ体で付加される複合型糖鎖も結合できることを明らかとした。

また、Fbs3は小胞体関連分解のモデル基質CFTR 508などの分解を促進することから、Fbs1,2と同様に小胞体関連分解に関わることが示唆された。一方で、Fbs3が認識する複合体糖鎖をもつ蛋白質が細胞質に現れる経路は不明である。今回の研究ではFbs3がどのような経路において複合体糖鎖を認識するのかを明らかにする事はできなかったが、Fbs3の特異的基質解析からこの全く未知な経路をみつけることが今後の課題である。
電気刺激による含水高分子の収縮とメカノケミカル機能素子に関する研究

当研究室では含水高分子電解質ゲルに電圧を印加すると水を放出しながら収縮する現象を見いだしている。このゲルの収縮を利用すれば仕事をすることが可能である。ポリメタクリル酸(PMAA)ゲルに荷重をかけて収縮仕事をさせると、ある荷重領域で収縮速度が増大するという特異的な現象を見い出した。すなわち、5.5gの荷重をかけると収縮速度は荷重なしの場合と比較して減少した。ところが、さらに大きな荷重をかけていくと収縮速度が次第に増大した(等尺性収縮,isametrlc contraction)。仕事量は50gの荷重時までほぼ直線的に増加している。通常の力学変換系が荷重を増加させても速度が減少する結果、仕事効率が一定であることと比較するとこれらの系は非常に特異的であるといえる。このような収縮速度、及び仕事量の増大はPMAAゲルに力をかけることによって高分子鎖が伸張し、カルボチシルル基が解離(逆メカノケミカル反応)した為に起きるものと考えられる。そこでPMAAゲルに微小pH電極を挿入して荷重をかけた際の解離度の変化について検討した。荷重によってゲルはある一定の長さまで伸び、それと同時にpH値の減少が観察された。さらにポリビニルアルコール(PVA)-ポリアクリル酸(PAA)高分子複合体ゲル膜を合成し、強度・収縮応答性に一層優れたたメカノケミカル物質を得た。その仕事特性について検討したところ極めて優れた収縮特性に加えてPMAAゲルと同様の特異的な特性を示した。様々な実験から特異的な仕事特性を示す高分子電解質ゲルの収縮が電気運動学的なイオンの移動と電荷を打ち消し合う際のポリマーの構造変化によって起きることを明らかにした。
雇用形態の多様化と職業紹介行政の弾力化・民営化に関する国際比較研究

(1)今日の雇用形態の多様化と職業紹介行政の民営化とは緊密な関連がある。その代表的形態である労働省派遣事業について、主要企業に対する調査を実施した。不況のもとで従来見られなかった派遣契約の中途解約、契約数の減少、派遣労働者の就業困難という新たな事態が増加していることを明らかにした。(2)職業紹介事業の民営化の第2の形態である「就職情報誌業界」にたいする調査を行った。不況の影響が深刻になり、求人広告の減少によって情報誌発行部数や1冊あたりのページ数の減少、広告代金の低下という事態が生じていることをヒアリング調査によって明らかにした。(3)第3に、職業安定法第45法にもとづく労働組合による労働者供給事業の現状について労働省供給事業関連労働組合などにたいして調査を実施した。営利ベースとは異なる原理の労供事業が不況下でかならずしも順調に進んでいない現状と理由を考察した。(4)第4に職業紹介の民営化は外国人労働者の幹旋をとおして増加している。日系外国人労働者の急増している静岡県浜松市における民間の派遣業者(斡旋業者)にたいする実態調査を実施した。「構内請負」という名目で営業している業者の大半が労働者供給事業に該当すること、外国人労働者にたいする違法な雇用管理の実態について明らかにした。(5)さらに、イギリスおよびドイツにおける職業紹介事業の民営化について、当該諸国の職業紹介事業関連団体にたいする文書による調査や、労働市場関連資料、各種行政資料をもとに近年の動向を分析した。これらと我が国の職業紹介事業の民営化との比較研究を行った。
等式言語処理系の項マッチングに関する研究

本研究の目的は、項のマッチングと書き換えを効率良く実行するアルゴリズムとデ-タ構造を開発することである。得られた研究成果を以下に示す。1.3種類の木パタ-ンマッチングアルゴリズムを提案した。ひとつは、前処理に時間をかけることにより、マッチングを高速に実行する。2番目のアルゴリズムはパタ-ン木に含まれる変数の個数が少ないときに非常に効率よく木パタ-ンマッチングを行なう。最後は、シストリックアレ-を用いた並列アルゴリズムである。2.効率の良い並列アルゴリズムを開発した。入力のテキスト項とパタ-ン項のサイズをそれぞれn,mとすると、提案する並列アルゴリズムは(mn/log n)台のプロセッサでO(log n)時間の性能を達成している。3.TRSインタプリタの並列最外戦略の実現法について検討した。等式言語の処理系では、項マッチングと項の書き換えが繰り返し実行されるが、このときの処理効率をいかにして向上させるかということはこの処理系の実用化にとって非常に重要である。これに関し、書き換え戦略として並列最外戦略を採用したときの計算機上への効率的な実現法を提案した。4.これらをとりまとめて、研究成果報告書を作成した。以上のように、本研究の目的であるアルゴリズムの開発と等式言語処理系の実現法の検討について、当初の目標をほぼ達成した。本年度に得られた研究成果は以下のとおりである。1.新しい項マッチングアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムはシストリックアルゴリズムであり、並列アルゴリズムのため高速な処理が可能で、しかもVLSI化が容易である。この成果については、電子情報通信学会論文誌に発表している。2.等式プログラミング言語を設計・検討した。シストリックアルゴリズム以外の逐次的な項マッチングアルゴリズムの開発に関しては、効率のよりマッチングアルゴリズムが開発できた。そのデ-タ構造についても詳細な検討がおこなえた。関連する研究成果を電子情報通信学会論文誌に発表した。問題点としては、項の書き換えが繰り返されたときの処理効率をいかにして向上させるかということがあり、次年度の研究課題とした。等式プログラミング言語の設計に関しては、当初の計画どおりに言語設計が進んだ。1.並列項マッチングアルゴリズムを開発した。入力のテキスト項とパタ-ン項のサイズをそれぞれm,nとすると、このアルゴリズムは(mn/log n)台のプロセッサを用いてO(log n)時間で項のマッチングを実行する。この成果については、電子情報通信学会論文誌に発表予定である。2.TRSインタプリタの並列最外戦略の実現法について検討した。以上のように前年度に開発したアルゴリズムとあわせて、逐次型と並列型の両方のアルゴリズムについて基礎的な検討をすることができた。また、それをふまえて、項の書き換えが繰り返されたときの処理効率をいかにして向上させるかという課題で研究を進めた。そのためのデ-タ構造についても詳細な検討がおこなえた。これらをとりまとめて、研究成果報告書を作成した。
好中球の組織因子発現について(蛋白及び遺伝子レベルでの解析)

研究内容1)我々は組織因子(TF)の発現細胞として好中球の関与を各種動物モデルを用いて証明してきた。今回、ヒト好中球TF発現について炎症局所と末梢血を対象として検討した。汎発性腹膜炎症例の手術時に腹水と末梢血を採取し、塗沫標本を作製。抗TFモノクローナル抗体を用いた免疫組織化学的検討を行った。末梢血より分離した好中球の膜表面TF抗原量を免疫組織染色、フローサイトメーター、及びTFmRNA量をRT-PCRを用いて検討した。2)血液凝固プロテアーゼの産生とTFの発現誘導及び炎症性サイトカイン産生との関係を検討するために下記の研究を行った。LPS静注にてラットDICモデルを作製。血液凝固活性化第X因子(factor Xa;FXa)の特異的阻害剤(DX-9065a)を投与して、肝組織におけるTF抗原・TF mRNA発現及び炎症性サイトカイン(MCP-1)の産生への影響を検討した。結果1)腹水塗沫標本のTF免疫染色では、腹水中に遊出した多くの好中球の膜表面にTF抗原陽性の所見を得た。急性虫垂炎症例での虫垂切除標本でも、集簇した好中球がTF陽性を示した。末梢血中の好中球は、TF染色では検出できなかったが、RT-PCRを用いたmRNAの検討では、高発現を示す症例も存在した。2)LPS誘導ラットDICモデルにおいて、特異的FXa阻害剤は肝組織におけるTF抗原、TF mRNAの発現を有意に抑制した。血中のトロンビン産生だけでなく炎症性サイトカインのMCP-1も用量依存性に抑制した。以上の結果から、凝固プロテアーゼのFXaは炎症応答と関連しており、またpositive feedbackによってTF発現にまで影響していることが示唆された。重症感染症や外科的侵襲時に起こる凝固異常において、組織因子(tissue factor:TF)により惹起される外因系凝固活性化が中心的な役割を担っていることはよく知られている。我々はウサギ胆管炎・腹膜炎モデルを用いた研究から、生体侵襲時には従来知られていた血管内皮・単球以外に好中球がTFを発現し炎症局所での凝固活性化に深く関与していることを見いだした。今年度の研究では、臨床検体での検討に入る予備実験としてサル(Macaca fuscata、Macaca mulatta)LPS静注モデルを作成し、採取した臓詣(肝・肺・腎)に対してTF免疫組織染色およびin situhybridization法によりTF蛋白・mRNAの発現・局在を検討した。これにより炎症早期には標的臓器に浸潤するのは主に好中球であること、それら好中球にTF蛋白・mRNAが誘導され全身的凝固活性化も惹起されていることが明らかになった。次に臨床検体での検討として急性虫垂炎および肝癌にて外科的に切除したヒト虫垂および肝臓(非癌部)組織に対して同様の検討を行い、ヒト好中球にもTF発現能力が存在することを見いだしつつある。一方、好中球でのTF発現には細胞間相互作用が重要と考え、血管内皮と好中球との共培養系を用いた実験を進めているが、好中球でのTFmRNA発現を証明できていない。これについて先のサルモデルを用いて、抗セレクチン・インテグリン抗体などによる抑制実験を計画しており好中球でのTF発現機構をまずin vivoで明らかにしていく予定である。また、重症感染症例より採取した末梢血から好中球を分離し浸潤好中球との差異を検討中であり、これによっても何らかの示唆が得れるのではないかと考えている。
酵母細胞におけるナノ粒子の取込現象の解明とその制御技術の開発

酵母細胞と正帯電ポリスチレンラテックス(PSL)ナノ粒子をモデルとして、細胞壁を備えた細胞へのナノ粒子の導入について検討を行った。その結果、アニオン性カルボキシメチルセルロースを用いると、生きた酵母細胞へのPSLナノ粒子の導入が促進されることが分かった。また、PSLナノ粒子を取り込んだ細胞のRNA-Seq解析を行った結果、細胞は取り込んだナノ粒子からストレスを受けていることが示唆された。研究代表者は、ナノ粒子と微生物の種類を変えた環境ナノリスクの網羅的研究において、イオン雰囲気によってPSLナノ粒子が細胞壁を備えた酵母に取り込まれて細胞死を回避することを見出した。本研究では、『コロイド科学』と『分子生物学』の異分野融合によりPSLナノ粒子の酵母細胞への取込過程を解明すると共に、その制御技術を開発することを目的とする。平成26年度の研究では、1)生体に無害な増粘剤とエンドサイトーシス阻害剤を用いたナノ粒子の暴露実験と、2)細胞内に取り込まれたナノ粒子の遺伝的毒性、について主に検討を行い、以下のような結論を得た。1)イオン強度の低い分散媒に増粘剤を添加して、正帯電PSLナノ粒子を酵母細胞に暴露し、共焦点レーザー顕微鏡を用いてナノ粒子の局在と細胞の生死を確認した。その結果、増粘剤がない場合は、静電相互作用により細胞表面がナノ粒子で被覆されて細胞は死滅していたが、増粘剤を添加すると、ナノ粒子は細胞内に取り込まれて細胞は生存していることが分かった。一方、生理食塩水中において、エンドサイトーシス阻害剤で処理した酵母細胞に正帯電PSLナノ粒子を暴露すると、細胞内に取り込まれていたナノ粒子の取込は抑制されることが分かった。以上より、ナノ粒子の取込は、ナノ粒子の拡散速度と取込速度のバランスで決まることが分かった。2)ナノ粒子を取り込んだ酵母細胞のタンパク質の発現解析と増殖曲線の測定を行った。その結果、ナノ粒子の暴露時間が5時間を超えると、タンパク質の発現量が減少することが分かった。また、細胞の増殖速度に違いはないが、暴露時間と共に誘導期が長くなることが分かった。以上より、酵母細胞は、細胞内に取り込んだナノ粒子から何らかの障害誘導を受けていることが示唆された。平成27年度の研究では、1)細胞に無害な水溶性高分子化合物を用いた暴露実験、2)原子間力顕微鏡を用いたナノ粒子ー細胞間に働く相互作用力の直接測定、3)ナノ粒子を取り込んだ細胞の遺伝毒性、について主に検討を行い、以下の結論を得た。1)5 mMNaCl水溶液に水溶性高分子添加剤を添加して、PSLナノ粒子を酵母細胞に暴露した結果、添加剤を含まない5 mM NaCl水溶液では、細胞はナノ粒子に被膜されて死滅していたが、アニオン性のカルボキシルメチルセルロース(CMC)を分散媒に3 ppm以上添加すると、細胞はナノ粒子を取り込み生存していることが分かった。一方、ノニオン性のメチルセルロース(MC)を分散媒に添加しても、高分子添加剤の効果は見られなかった。2)チップ先端にナノ粒子を固定したプローブを作成し、ナノ粒子ー細胞間に働く相互作用力の直接測定を行った結果、添加剤を含まない5 mM NaCl水溶液(Control)では、約400 pNの強い付着力が作用していたが、CMCを4 ppm添加すると付着力が20 pN以下に減少することが分かった。一方、MCを添加しても付着力は減少しなかった。3)ナノ粒子を取り込んだ細胞のRNA-seq解析を行った結果、細胞壁合成、膜構造維持、サイトスケルトン形成、ストレス応答関連遺伝子の発現がナノ粒子の暴露により亢進しており、細胞内に取り込んだナノ粒子から何らかの障害誘導を受けていることが示唆された。ナノ粒子の酵母細胞への取込は、ナノ粒子の拡散速度と取込速度によって制御できることを明らかにすることができた。また、ナノ粒子の暴露時間が長くなると、取り込んだナノ粒子から障害誘導を受けることも分かった。以上より、本研究は、おおむね順調に進んでいると判断した。微粒子工学今後の研究の推進方策は以下の通りである。1)原子間力顕微鏡を用いて、ナノレベルのタイムラプス観察とナノ粒子ー細胞間相互作用を測定し、ナノ粒子の付着・取込現象の転換点を定量的に明らかにする。2)ナノ粒子の暴露により発現量が変動する遺伝子をマイクロアレイ法により網羅的に解析する。年度内にマイクロアレイ解析を終えられなかったため。培養用試薬、生化学実験用試薬を含む分析

試薬、ガラス器具類、プラスティック器具類、AFM用チップなどの消耗品費、大学院生が夏期等の休暇中の実験補助員1名×2ヶ月の謝金、研究成果を国内学会で発表するための旅費、および論文投稿料に使用する。