hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サスティナブルヘルスプロモーションとして伝統的民謡が持つ力の科学的根拠の解明

1.富山県民謡の踊りの体験が気分の変容に及ぼす影響。富山県民謡のテンポは日常の身体活動に近く、人の副交感神経に作用し、緊張、抑うつ、怒り、疲労、混乱というネガティブな気分改善に効果がある。2.コミュニケーション能力を向上させるため、著者らは創作ダンスの授業をW型累積KJ法に従って設計し、ラベル・コミュニケーションという概念を取り入れた学びあいとして実践した。授業前と創作ダンス発表会後の受講者の行動特性の変化を調べるためにEQI調査を行った。その結果、「人間関係度」が有意に高まった。また同僚から高い評価を得られたグループほど「人間関係度」と「情緒的感受性」が顕著に高くなった。本年度は国内外の民謡を調査し、「心地よい」と感じるリズムと動きを抽出することを目的とした。行った調査は主に3つあり、1.富山民謡(おわら等)、2.沖縄民謡(カチャーシー等)、3.パプアニューギニア(国のフェスティバルにおける各地域の民族舞踊)。13の調査で共通してたのは音楽のテンポと動作をしたときの気分の変化に着目したことであり、早いテンポの動きほど、「活気」が高く、平常の心拍数に近いゆっくりなテンポほど「抑うつ」や「緊張」、「不安」等の気分に効果が認められた。この結果の一部を以下の国際学会にて発表した。第15回日・韓健康教育シンポジウム兼第61回日本教育医学会大会( 2013.8.20韓国済州大学校)本研究は、伝承遊びや伝統的な民謡の実践が行う人と観る人の双方に健康観を育み、心身の健康度を維持・向上させる効果があることを生理学的・心理学的に検証し、人々の心身の健康に価値のある持続可能な動きであることを検証することを目的としている。平成24年度は、計画に基づき、文献収集と実験を行った。1.伝承遊びや民謡及び心地よい運動に関する文献を収集した。2.富山県の民謡(おわら、こきりこ)の体験会を開き、演奏及び指導者10名と体験者40名に対し、民謡を行う前後での気分の変容をPOMSを用いて調査した。その結果、富山県民謡の体験後には、気分の変容が確認された。緊張・抑うつ・怒り・疲労・混乱というネガティブな気分が解消し、ポジティブな気分である活気が向上した。また、体験者の半数以上が初めての体験だったにもかかわらず、90%の参加者がこの体験会を楽しかったと肯定的に受け止めていた。現在、この結果を沖縄民謡と比較し、考察を進めている。平成25年度の国際学会でその結果を発表する予定である。富山県民謡(おわら、こきりこ)の体験が人の気分にどのような効果を与えているかについて平成23年から26年分の調査結果を年度毎に分析し発表した。これまでの分析からは、本研究で対象とした富山県民謡のテンポは心拍数に近く、このテンポはネガティブな気分を解消する効果があることが明らかになった。平成26年度は音楽のテンポに着目し、2歳児を対象とした身体表現において、テンポが変化する曲と動きを設定し、どのような環境構成が整うと子どもたちの動きが活発になるのかを調査した。その結果、「動」「静」「動」の構成で、「静」から「動」に切り替わるところに動きを誘発するきっかけがあることがわかった。テンポの変化が子どもの動きを促していると考える。このほかに2歳児でも理解できる「オノマトペ」がある歌詞のところに最も反応し、子どもの動きに共感し、認め、一緒に動いてくれる保育者が近くにいる時に、子どもの動きが継続していることがわかった。さらに伝統的民謡や音楽と運動のテンポの調査結果から、サスティナブルヘルスプロモーションとしてテンポの変化を生活や運動に活かすことは人の気分を活性化しするのではないかという仮説を立て、そのような仕組みを教育の中に取り入れている事例はないかを調査した。平成26年度は世界に先駆けてアクティブラーニングの考えを学校教育に取り入れているオランダの教育のピラミッドメソッド、イエナプランを調査した。特にイエナプランの教育では、静かに集中して考える、身体を動かす、創造的なことをするという活動を人間の生活リズムに合わせて自然な流れで刺激するようなカリキュラムが組まれていることがわかった。平成27年度サスティナブルプロモーションとして、快いリズムの反復の中で唄と動きを一体化して行われる伝承遊びや伝統的な民謡が持つ不易な力の仕組みを整理し、これまでの教育手法に仕組みを取り入れ、その効果をEQを用いて検証した。民謡や幼児の身体表現の調査結果から得られたリズムやテンポのよさ(動→静→動)と役割分担におけるリーダーシップという点を、代表者が担当している座学の授業(インストラクショナルデザイン)と実技の創作ダンスの授業において特徴づけて行うことで、受講者の「情緒的感受性」といった「相手の感情を敏感に察知する力」が高まった。民謡も演奏する人、見る人、踊る人全てに役割分担があり、それぞれの役割に置いて主体的なリーダーシップを発揮することが大切である。教育手法の中にこれまで得られた研究結果を導入し「ラベルコミュニケーション」と称し日本創造学会で発表したところ[3]、第37回日本創造学会研究大会発表賞を受賞し、学会誌に論文が採録された。また、平成27年度教員免許更新講習でもラベルコミュニケーションの実践を行い、受講者から受講後一ヶ月後の現場実践レポートを収集し分析したところ、保育園、認定子ども園、小学校、中学校、高校、特別支援校等、全ての年齢、学校種、多教科の実践事例が報告された、。

以上のようにサスティナブルプロモーションとして構築した教育手法であるラベルコミュニケーションは、講義、実技の両方に置いて実現可能なであり、これからの日本の新しい教育の創造を現場目線で具現化し、様々な年齢の人の健康とコミュニケーション能力に寄与する方法である。現在、学校現場の校内研修会及び公開授業のリフレクションとして持続可能な現場に適応した公開授業実践の校内リフレクションとポートフォリオとなるように改良中である。1.富山県民謡の踊りの体験が気分の変容に及ぼす影響。富山県民謡のテンポは日常の身体活動に近く、人の副交感神経に作用し、緊張、抑うつ、怒り、疲労、混乱というネガティブな気分改善に効果がある。2.コミュニケーション能力を向上させるため、著者らは創作ダンスの授業をW型累積KJ法に従って設計し、ラベル・コミュニケーションという概念を取り入れた学びあいとして実践した。授業前と創作ダンス発表会後の受講者の行動特性の変化を調べるためにEQI調査を行った。その結果、「人間関係度」が有意に高まった。また同僚から高い評価を得られたグループほど「人間関係度」と「情緒的感受性」が顕著に高くなった。平成26年度は伝統的民謡の調査をもとに得られた気分に影響するテンポ(リズム)をサスティナブルヘルスプロモーションとして教育に活かせる点はないかを探ったため、調査と論文作成に予想以上に時間がかかってしまったため。体育教育学本年度はこれまでの調査の結果をまとめ、論文作成及び報告書の作成を行いたい。1富山の環境と運動のリズムの効果を気分とテンポ(リズム)に着目して論文を作成し投稿する。22歳児を対象とした「わーお」の表現運動について、論文を発表し、投稿する。3テンポ(リズム)をサスティナブルヘルスプロモーションとして教育に活かせる点についてアクティブラーニングを取り入れている現場の調査とその効果をまとめる。本年度は研究分担者を追加したため、フィールド調査はおおむね順調に進んでいる。現地調査や体験会の開催が予定通りに進まなかったために遅れている。サスティナブルヘルスプロモーションとして教育に活かせる点について、現場の調査が遅れたため。フィールド調査を詳細に分析し、論文発表や投稿論文の作成を目指す。平成24年度に研究協力者を確定できたため、平成25年度からは調査・研究が進む予定である。平成25年度は、民謡の発祥地(現地)における調査を進める。調査費および調査研究発表(学会発表および論文作成)に使用する。本年度は海外のフィールド調査をスタートし、国内外と共通する調査項目の作成を行った。平成25年度は調査場所と時期が決定しなかったため、使用額が予定より少ない結果となった。平成26年度は海外でのフィール調査を2か所で行うことと、学会発表を行う予定である。1.民謡の現地における調査及び研究補助2.気分の調査用紙購入3.生理学的調査器具購入4.学会発表及び資料収集
ギガサイクル疲労破壊機構に及ぼす水素の影響の解明と疲労強度信頼性向上方法の確立

環境・エネルギーの両問題の解決へ向けて水素利用に関する研究開発が世界各国で活発化する中で,安全な水素利用社会実現のために本研究の重要性は益々高まっている.本研究では当初の目的であった高強度鋼のギガサイクル疲労破壊に及ぼす水素の影響に加え,近い将来燃料電池システムへの使用が想定される各種金属材料の疲労強度に及ぼす水素の影響の解明に取り組んだ.得られた成果・知見を以下に示す.(1)超長寿命域における疲労き裂進展への非金属介在物にトラップされた水素の関与の証拠を,水素濃度を制御した試験片の疲労試験や2次イオン質量分析(SIMS),トリチウムオートラジオグラフィによって示した.(2)水素の関与を考慮した超長寿命疲労破壊のメカニズムを提案した.それを基に,材料中の水素濃度の制御や材料中に含まれる非金属介在物の寸法・種類の制御による超長寿命疲労強度向上の指針を得た.(3)研究代表者・村上が提案した√<area>パラメータモデル,極値統計法およびODA(Optically Dark Area)の成長曲線に基づく疲労強度設計法を確立した.(4)各種金属材料の疲労強度に及ぼす水素の影響についての実用的なデータに加えて,水素によってすべり変形が局在化する現象や,相変態に伴う水素拡散機構の変化がき裂進展の加速に果たす役割など,いわゆる水素脆化(Hydrogen Embrittlement)と呼ばれている水素による疲労強度低下の機構解明への足掛かりとなる重要な知見を得た.本研究の成果を総合的に分析して2つの重要なことが明らかになった.I.水素はいわゆる脆化を引き起こすのではなく,転位を動き易くし,すべりの集中をもたらす.II.ギガサイクル疲労の発端となる介在物周辺にトラップされた水素の役割は,低応力で微視的なすべりの集中を引き起こすことである.環境・エネルギーの両問題の解決へ向けて水素利用に関する研究開発が世界各国で活発化する中で,安全な水素利用社会実現のために本研究の重要性は益々高まっている.本研究では当初の目的であった高強度鋼のギガサイクル疲労破壊に及ぼす水素の影響に加え,近い将来燃料電池システムへの使用が想定される各種金属材料の疲労強度に及ぼす水素の影響の解明に取り組んだ.得られた成果・知見を以下に示す.(1)超長寿命域における疲労き裂進展への非金属介在物にトラップされた水素の関与の証拠を,水素濃度を制御した試験片の疲労試験や2次イオン質量分析(SIMS),トリチウムオートラジオグラフィによって示した.(2)水素の関与を考慮した超長寿命疲労破壊のメカニズムを提案した.それを基に,材料中の水素濃度の制御や材料中に含まれる非金属介在物の寸法・種類の制御による超長寿命疲労強度向上の指針を得た.(3)研究代表者・村上が提案した√<area>パラメータモデル,極値統計法およびODA(Optically Dark Area)の成長曲線に基づく疲労強度設計法を確立した.(4)各種金属材料の疲労強度に及ぼす水素の影響についての実用的なデータに加えて,水素によってすべり変形が局在化する現象や,相変態に伴う水素拡散機構の変化がき裂進展の加速に果たす役割など,いわゆる水素脆化(Hydrogen Embrittlement)と呼ばれている水素による疲労強度低下の機構解明への足掛かりとなる重要な知見を得た.本研究の成果を総合的に分析して2つの重要なことが明らかになった.I.水素はいわゆる脆化を引き起こすのではなく,転位を動き易くし,すべりの集中をもたらす.II.ギガサイクル疲労の発端となる介在物周辺にトラップされた水素の役割は,低応力で微視的なすべりの集中を引き起こすことである.・引張圧縮疲労試験機(10300Hz)による繰返し数N=5×10^8の疲労試験および超音波疲労試験機(20kHz)による繰返し数N=3×10^9までの疲労試験をおこない,疲労強度に及ぼす繰返し速度の影響を調べた.・金属顕微鏡,AFM, SEMによるOptically Dark Area(ODA)とその周囲の観察をおこない,き裂発生,進展機構の破壊力学的考察を行った.・各種熱処理を施した水素含有量の異なる試験片により疲労試験を行い,水素含有量が多いほどODAの寸法が大きくなることを明らかにした.・極値統計法による介在物寸法の予測結果と疲労破壊起点の介在物の寸法との相関を調べ,実機の評価を行う際に必要な検査面積を決定する方法を提案した.・超微小硬度法による介在物のヤング率の評価手法に関する研究をおこない,直径数10μmの介在物のヤング率を測定する手法を開発した.・トリチウムオートラジオグラフによる金属材料中の水素分布の可視化に関する研究を行い,介在物周辺に存在する水素を可視化する方法を開発した.・水素含有量の異なる試験片の介在物とその周囲をSIMSにより観察し,ODAの形成と水素含有量には大きな相関があることを明らかにした.・体積力法,有限要素法による介在物から発生した3次元き裂の応力拡大係数の解析をおこなった.・水素エンジン燃焼後のシリンダー内の材料の疲労強度評価を行い,水素燃焼が疲労強度に及ぼす影響を調べた.・研究成果を燃料電池周辺機器へ応用するために,実機で用いられている材料(SUS304)の疲労試験を水素雰囲気中で行い,水素雰囲気中では大気中に比べてき裂進展速度が速くなることを明らかにした.・ODAの成長曲線と√<area>パラメータモデルを組み合わせた新しい疲労寿命設計法を提案した.本研究課題が採択されてからの2年間,水素利用に関する世界各国の戦略は大きな展開を見せており,安全な水素利用社会実現のために本研究の意義は益々高まっている.

このような状況の中で,高強度鋼のギガサイクル疲労破壊に及ぼす水素の影響に加えて,燃料電池システムや水素エンジンへの使用が想定される各種金属材料の疲労強度に及ぼす水素の影響の解明を試みた.成果の概要を以下に示す.・SCM435焼入焼戻し材に1-10ppmの水素をチャージすると,未チャージ材(0.3-0.5ppm)に比べて疲労寿命は4桁低下し,疲労強度は約半分に低下することを示した.また,水素濃度の増加により疲労破面形態は脆性的になることを明らかにした.・一連のばね鋼及び改良オースフォームを行った低合金鋼について,超音波疲労試験を使用したギガサイクル疲労試験を実施し,寿命10^<10>回までの疲労特性を明らかにした.・希硫酸溶液中で陰分極により連続的に水素チャージを行いながら疲労試験を実施する方法を確立した.高強度鋼においては,疲労強度低下に対して水素の影響が顕著であることを示した.・水素チャージを施した各種ステンレス鋼および水素エンジン燃焼後のバルブの疲労試験を行い,水素が疲労強度低下に及ぼす影響を明らかにした.・トリチウムオートラジオグラフィによりSCM440,SCM435中の水素の可視化を行った.両鋼中において,水素はMnSおよびアルミナ系介在物に集積しており,その分布状態が介在物の種類および形状などにより異なるという実験的証拠がはじめて明らかになった.・燃料電池システム用超高圧水素を想定した環境における高強度鋼およびステンレス鋼中の水素吸蔵・放出挙動を検討した.水素拡散係数,水素脱離の活性化エネルギーから,各鋼種の水素トラップサイトを推定するデータが得られた.・ナノインデンテーション装置を利用した焼戻しマルテンサイト組織のナノ-メゾ-マクロ力学特性解析手法を確立した.環境・エネルギーの両問題の解決へ向けて水素利用に関する研究開発が世界各国で活発化する中で,安全な水素利用社会実現のために本研究の重要性は益々高まっている.本研究では当初の目的であった高強度鋼のギガサイクル疲労破壊に及ぼす水素の影響に加え,近い将来燃料電池システムへの使用が想定される各種金属材料の疲労強度に及ぼす水素の解明を行った.得られた成果・知見を以下に示す.1.高強度鋼に水素チャージを施すと,疲労強度・疲労寿命は水素濃度の増加とともに著しく低下した.この原因は基地組織にトラップされた拡散性水素がき裂進展の下限界値ΔK_<th>を低下させるためである.2.SUS304およびSUS316に水素チャージを施すと,き裂進展寿命が約半分に低下した一方,SUS316Lでは水素チャージによるき裂進展の加速は見られなかった.オーステナイト系ステンレス鋼の水素によるき裂進展の加速には,き裂先端で生じるマルテンサイト変態量が大きく関っている.3.水素による疲労強度低下の微視的メカニズムを調べるために,中炭素鋼に水素チャージを施して疲労試験を行った.その結果,水素はすべり帯の形成を局在化させることが明らかとなった.4.水素ガス中では,大気中に比べて摩擦係数が上昇し,フレッティング疲労強度が低下することを明らかにした.5.超音波疲労試験を利用した介在物検査法を確立し,Al_2O_3介在物及びTiN介在物について妥当な検査結果が得られることを実証した.
原子レベルの分解能で見たリゾチームN状態の臨界構造安定性とアンフォールディング

蛋白質の立体構造の構築原理を理解するために、我々はパルス水素ラベル法と2次元NMR法を組み合わせて、蛋白質のアンフォールディング過程を各残基毎に観測する研究を行った。リ-ゾチーム分子を4.0M塩酸グアニジン(GuHCl)、pH3.0というU状態条件下におくと、10分程度の時間でアンフォールドする。この反応途中にあるリゾチームを10秒間軽水素でパルスラベルし、2次元NMRスペクトルから、約45残基に対し残基毎のアンフォールディング速度を観測した。それらは非常に近接しておりall-or-none型の構造変化が起きていることを明瞭に示している。しかし温度を10°Cまで下げると、CDスペクトルの変化から観測された分子全体のアンフォールディング速度に比べ、水素パルスラベル法で観測されたものは5倍以上も速くプロテクションが解放されることが見出された。すなわち、アンフォールディング反応が著しく遅くなると、時間の経過とともに徐々に立体構造が溶融して、CDスペクトル的にはまだ十分N状態にあるにもかかわらず、水素パルスラベルに対するプロテクションが解けた構造に変化していることが明らかとなった。この結果はアンフォールディング反応の準備段階にある立体構造を実験的に検出したものとして重要な実験結果である。一方、パルスラベル反応から45個の残基毎のアンフォールディング反応の活性化エンタルピーを求めたが、これも分子全体に渡ってほぼ一様であった(βドメインのそれはαドメインのものに比べ、少し小さいことが僅かに認められる)。この活性化エンタルピーはCDスペクトルから観測された分子全体のアンフォールディングの活性化エンタルピーとほぼ等しい。以上、これらの実験結果はまだ論文発表されていないが、すでに97年度の蛋白質構造討論会で口頭発表されている。
分子設計型機能性レジンの製造と臨床応用

アニオン重合と懸濁重合により製作したポリメチルメタクリレート粒子の物理的性質を検討した.次に,これらのポリマーを用いて製作した義歯床用レジンを重合開始部位制御システムと従来の湯中で行う湿式加熱で重合し,レジンと義歯の性能について検討した.懸濁重合したポリマー(Mn≒850,000,平均粒径≒80μm)を精製して作製した義歯床用レジンと乾燥させた石こう型内で重合させる方法とを組み合わせて使用することによりレジンの吸水量は少なく,長期間レジンの物性や適合性に優れ,乾燥状態においても変形が少ない義歯が得られた.アニオン重合したポリマーはイソタクチックポリメチルメタクリレートで,義歯床用レジンと使用した場合適正なもち状態にならず,義歯床用レジンとしては不適当であった.しかし,アニオン重合したポリマーを懸濁重合で得たポリメチルメタクリレートと混合して使用すれば,より優れた義歯床用レジンが得られる可能性があると考えられる.今後,これらの混合割合を変えてさらに優れた義歯床用レジンを開発する予定である。ポリメタクリル酸メチルが歯科用高分子として広く使用されている.そのためメタクリル酸メチルを使用し,目的とする機能を有するポリメタクリル酸メチルホモポリマーおよびポリメタクリル酸メチル共重合体の製作を目的としている.本年度は,現有していた重合装置を用いて新しい重合装置を製作するための予備実験を主に行った.まず最初にメタクリル酸メチルを重合し,粒径や分子量などが再現性のある重合装置の構造および重合条件を検討した、次に,触媒,重合温度,重合時間などの重合条件を変えて得た重合体の構造をX線解析,FTIRなどの分析装置を用いて検討した.最後に,重合したレジンを用いてレジンプレートを製作し,従来の義歯床用レジンで製作したプレートの機械的性質について検討した.重合装置は従来の撹拌方式ではなく重合系の剪断速度を一定になるよう工夫したため,重合条件を一定にすれば粒径や分子量などは再現性のあるポリマーが得られた.重合したポリマーは従来のポリマーと物性や機械的性質はほとんど同じであり,まだ目的とする分子構造を有する重合体を得るための実験は行っていないが,新しい重合装置の組立ができ,来年度以降での基礎実験は行うことができた.来年度以降は,触媒や重合温度および添加剤などの重合条件を変えて目的とする分子構造を有するポリマーを重合し,構造解析と機械的性質についての実験を行う.また,超高分子量のポリメタクリル酸メチルを得るための重合方法についても検討する予定である.口腔内の過酷な条件下で長期間安定して機能するレジンを分子レベルで設計し,設計通りのレジンを精密に重合する方法を確立する.さらに,重合したレジンを臨床へ応用することを目的としている.イオン重合したポリメタクリル酸メチルの構造解析をX線回折,FTIRなどを用いて行った.さらに,熱処理(120°C-1時間その後徐冷)によるポリマーの構造変化についても検討した.また,市販のシンジオタクチックポリメタクリル酸メチルに重合開始剤を添加して義歯床用レジンの粉剤を試作して通法に従いレジンプレートを作成し,市販の義歯床用レジンと機械的性質などの比較を行った.イオン重合したポリメタクリル酸メチルのX線回折像は市販のポリメタクリル酸メチルのはほとんど同じであり,アモルファス状態であった.またX線回折像からは熱処理による影響もほとんど見られなかった.イオン重合では大量にポリマーが得られないため,市販のシンジオタクチックポリメタクリル酸メチルを用いて義歯床用レジンを製作した結果,曲げ強さ,曲げ弾性率および硬さなどの機械的性質は従来の義歯床用レジンと比べて,1520%向上していた.

また,ポリマーの精製や成形方法を変えて実験を行った結果,重合した義歯床用レジンの機械的性質はポリマーの分子量,分子量分布,分子鎖の形態およびコンフォメーショだけでなく,ポリマーの純度や成形条件にも影響されることがわかった.義歯床用レジンとして主にポリメタクリル酸メチルが使用されているが、患者の違和感を少なくするためには床を薄くし、さらに義歯設計の自由度を拡大するためには義歯床用レジンの強度を高める必要がある.製作したレジン床義歯の性能は義歯床用レジンのポリマーの立体規則性、分子量、粒径および含有水分量に影響される.本研究では,目的とする機能を有するポリメタクリル酸メチルの製作を目的としている.メタクリル酸メチルを触媒,重合温度,重合時間などの重合条件を変えて得た重合体の構造をX線解析,FTIRなどの分析装置を用いて検討した.さらに,重合体を用いてレジン床義歯やレジンプレートを製作し,適合性や機械的性質について検討した.アイソタクチックやシンジオタクチックポリマーは結晶性ポリマーで,一般に使用されている非晶性のアタクチックポリマーと比べると物性や機械的性質などは優れている.重合したポリマーはほとんど非晶であったがアクリルモノマーに対する溶解性は低く、もち状態になるまでの時間が長くなった.また、ポリマー中に水分が含有しているともち状態までの時間が短くなり、製作した義歯の変色も見られた.従来の義歯床用レジンを用いて作製した義歯と比べて、本実験で製作したポリマーを使用して製作した義歯は適合性で約15%、曲げ強さでも約15%向上した.
次世代シークエンサーを用いた古代病原菌解析法の開発

古人骨から病原性の微生物や歯石に含まれる細菌のDNAを解析できれば、従来の研究では知ることのできなかった病の起源や口腔環境の再現などの情報を得ることができる。。本研究では実際の古人骨から抽出したゲノム情報をもとに,その可能性を追求した。病原菌のゲノム解析では、明瞭な結果を得ることができなかったが、ポリオに罹患していると判断されてきた縄文人について、ゲノム解析から筋ジストロフィーに罹患していた可能性が示された。また、縄文人と江戸時代人の口腔細菌のゲノム解析では、両者に違いが見られ、食性と口腔細菌叢の間に関係がある可能性が示された。本年は、古人骨から抽出したDNAに含まれる病原菌の解析例として、2つのケースについて実験を行った。ひとつは歯石に含まれる細菌のDNAの解析で、この分析に関してはオーストラリアのThe University of Adelaideとの共同研究を行っている。縄文時代人骨と江戸時代人骨合計8体から歯石を採取し、DNAを抽出後、PCR法によってバクテリアのDNAの増幅を試みた。その結果、いずれのサンプルからもバクテリアのDNAの増幅が認められ、これらのサンプルに歯石由来のDNAが含まれている可能性が示された。現在、これらのサンプルに関して次世代シークエンサを使った解析を実施しているところである。もうひとつの例は、札幌医科大学に所蔵されている北海道の縄文晩期の人骨で、形態学的な研究によって,ポリオに罹患した可能性のあるとされている個体からDNAを抽出し、メタゲノム解析を行ったものである。この個体の持つ形態学的な特徴がポリオによるものなのかは、異論もあり確定しているわけではない。そこでDNA分析によって、この問題を解決できるのかを検証することにした。ポリオは1本鎖のRNA型ウイルスなのでそのままの形で古代試料に残っているとは考えにくい。もしメタゲノム解析によって,他の病原菌が特定できればポリオ説を否定できる可能性がある。今回は、この個体の歯髄から抽出したDNAを、Hiseq 2500を使ったゲノム解析を行った。現在、そのデータ解析を行っている。歯石の分析に関しては、オーストラリアのThe University of Adelaideの研究者と打ち合わせを行い,実験の手順について確認した。PCR法を用いて、この歯石サンプルから抽出したDNA溶液に,口内細菌由来のバクテリアゲノムが含まれているかを検証した。その結果、縄文人と江戸時代人の双方にゲノムDNAが含まれている事が判明した。そこで次世代シークエンサーを用いた網羅夷的なDNA配列決定を行っているところである。北海道の縄文後期人入江9号人骨については、臼歯よりDNAを抽出しライブラリを作成した。通常であれば、ヒトゲノムを用いたエンリッチを行うが、この個体では細菌のDNAも含めたメタゲノム解析を行うので、そのままHiseqによるDNAシークエンスを行った。現在、データ解析中であるが、得られた配列421メガリードのうちヒト由来のゲノムは役3%で、他の多くはバクテリアのゲノムだった。現在、その中に病原性を持つ細菌に由来するものがあるのか等の検索を行っている。以上、初年度としては、ほぼ予定通りの進捗状況であるので、概ね順調に進展していると判断した。本年度は、結核菌の検出を目的とした分析を行った。対象としたのは北海道利尻島の種屯内(タネトンナイ)遺跡から発掘された人骨で、形態学的な調査から結核に罹患した固体であると考えられている。利尻町博物館に収蔵されている種屯内人骨から歯のサンプルを採取し、DNAを抽出した。最初に、分析可能なDNAが含まれているかを確認するために、APLP法を用いてミトコンドリアDNAのハプログループを決定した。その結果、この人骨が持つハプログループはYであることが判明した。次に、抽出DNAからライブラリを作成し、ミトコンドリアDNAをキャプチャした後にMiseqによるシークエンスを行ってミトコンドリアDNAの全配列を決定した。系統解析の結果、ハプログループはpre-Y1a2であることを確認した。また、このライブラリには充分な量のDNAが含まれていることが確認できたので、更にHiseqによる分析を行うことにした。分析では3つのライブラリを作製し、Hiseqの2レーンを使った分析を行った。その結果、総数で893,786,196本のreadsが得られた。更にヒトゲノムにmappingし, PCR duplicatesを除去後は19,424,713readsが得られている。末端のダメージはヒトゲノムにマップしたリードにおいて確認されており、4.8%程度と古代人ゲノムの中ではかなり低いことから、保存状態の良さがわかる。現時点では結核菌ゲノムへのマッピングは行っていないが、ダメージはバクテリアゲノムにおいても同様と思われるので、結核菌のゲノムが抽出DNAに残存していれば、検出することが可能であると考えられる。なお、ヒトを対象としてコンタミ率を推定したところ、1%以下であり、ヒトゲノム分析を始め、バクテリアゲノム分析にも適していることが確認されている。過去の二年間で、骨形態から病変が疑われる個体のゲノム解析を行ってきた。人骨に充分なゲノムが残っていない個体もあり、必ずしも病原菌の解析に充分な量のDNAデータを得られた訳ではない。しかし、今年度の研究で分析を手がけた利尻島種屯内人骨からは相当量のゲノムデータを取得することが出来た。そこで来年度は、このデータから結核菌のゲノムが抽出できるかを検討する。また場合によっては、江戸の結核を疑われるサンプルからも、同様の分析を行う予定である。

解析のためのゲノムデータを蓄積することが出来たことから、ここまでの病原菌ゲノム解析の計画は順調に進んでいると考えている。口腔の細菌叢に関する研究では、オーストラリア国立大学との共同研究で歯石からの細菌のゲノムデータを抽出する研究を進めている。抽出したDNAからPCR法で口腔細菌のゲノムを増幅することには成功しており、現在はその先の分析を進めている。また歯石に含まれる細菌のゲノム解析については、東京大学とも共同研究を行っており,科学博物館所蔵の縄文人と古墳時代人、江戸時代人の比較に着手したところである。こちらも最終年度には結果を出すことが出来ると考えており、これらの状況から研究は順調に進んでいると考えている。本年度は、昨年までに取得したゲノムデータの解析を行った。オホーツク文化期初期の人骨である北海道利尻島タネトンナイ遺跡から出土した人骨は、結核に罹患している可能性があることが指摘されていたが、今回の分析では結核菌のゲノムを抽出することはできなかった。これまでの結核菌分析の成功例を見ると、その多くは患部付近の人骨を材料としている場合が負い。今回は歯髄に含まれるDNAを解析しているので、これが検出に失敗した原因である可能性がある。古人骨からの病原菌DNAの検出は未だに成功例が少なく、定型的な手法が確立していないのが現状で、本研究期間でもそれをなし遂げることはできなかった。一方、四肢骨が強く萎縮した北海道の縄文人(入江9号人骨)のゲノムデータを見直した結果、この人物は男性であることが示唆された。この人骨はこれまで女性のものとされ、それを根拠にして筋ジストロフィーではなく、ポリオに罹患していると判断されてきた。しかし男性であることが分かったので、筋ジストロフィーであった可能性が示されることになった。今回の分析は従来説の見直しを迫るものとなった。オーストラリアのアデレード大学との共同で行った縄文人と江戸時代人の口腔細菌のゲノム解析では、両者に違いが見られた。このことから食性と口腔細菌叢の間に関係がある可能性が示され、食性が不明な集団についても,口腔細菌叢の分析によって見当を付けることができる可能性があることが示された。古人骨から病原性の微生物や歯石に含まれる細菌のDNAを解析できれば、従来の研究では知ることのできなかった病の起源や口腔環境の再現などの情報を得ることができる。。本研究では実際の古人骨から抽出したゲノム情報をもとに,その可能性を追求した。病原菌のゲノム解析では、明瞭な結果を得ることができなかったが、ポリオに罹患していると判断されてきた縄文人について、ゲノム解析から筋ジストロフィーに罹患していた可能性が示された。また、縄文人と江戸時代人の口腔細菌のゲノム解析では、両者に違いが見られ、食性と口腔細菌叢の間に関係がある可能性が示された。来年度は、まずこれまでに得られたゲノムデータを解析する。このメタゲノムデータ解析によって、病原菌のゲノムが解析できるのかを検証する。
細胞内代謝シフトを解析、統合、理解するためのベイズモデリング

著しく変動する外界の環境変化に応じて、細胞は代謝経路を流動的に調整することで生体内の恒常性を維持しているが、その詳細な分子機構は未解明のままである。本研究課題では、ゲノム、エピゲノム、メタボローム、プロテオーム、トランスクリプトームといった多階層のオミクスデータをベイズ的アプローチにより統合し、予測精度の高い階層横断的な代謝流束ネットワークを推定することにより、細胞内代謝シフトを解析、統合、理解するための方法論を開発する。また、代謝異常やがんにおけるエネルギー代謝のリプログラミングや薬剤抵抗性のメカニズム解明、疾病診断、各種疾患マーカーの探索などへの応用を試みる。平成30年度は以下の進展があった。1ゲノム、エピゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、メタボロームなどの各オミクスデータを基に、細胞内外の代謝環境やエネルギー状態のダイナミックな変化によって、細胞内外のシグナル伝達、エピゲノム制御、転写制御機構にどのような変化を引き起こすかを俯瞰するためのシステム生物学的手法を開発した。2:シミュレーションデータを作成し、1で開発した手法の有効性を検証した。3:開発した手法を低栄養、低pH環境下におけるがん細胞株のエピゲノムデータ、トランスクリプトームデータ、メタボロームデータに適用し、がん微小環境においてキーとなるシグナル伝達、エピゲノム制御、転写制御機構、代謝制御に関わる因子を同定した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は以下の進展があった。1代謝流束解析を確率モデルとして定式化した。また、ギブス自由エネルギーと熱力学第二法則に基づく代謝流束の方向性と代謝物の濃度比の関係を代謝流速推定の際のパラメータ制約として組み込む方法の開発を行った。21で開発した代謝流束を推定するための解析プログラムを開発した。3実データを模倣した小規模シミュレーションデータを作成し、1および2で開発した開発手法の精度を検証した。41および2で開発した手法を敵装用するための基礎データを整理し、データベース化した。本研究課題に必要な解析の要素技術を開発し、研究協力者との共同研究も順調に進めることができた。平成28年度は以下の進展があった。1:前年度行ったギブス自由エネルギーと熱力学第二法則に基づく代謝流速の方向性の制約に加えて、ミカエリス・メンテン式に基づく代謝酵素と代謝流速の関係性を代謝流速推定の際のパラメータ制約として組み込む方法の開発を行った。2:推定されたケース群とコントロール群の代謝ネットワークを比較し、有意に変動する代謝関連分子を同定する解析法の開発を行った。3:1および2の方法をR言語で実装した解析プログラムを開発した。4:小規模シミュレーションデータを作成し、1、2および3で開発した開発手法の精度を検証した。5:実データに適用し、がんにおけるエネルギー代謝のリプログラミングに影響を及ぼす分子の同定を行った。

本研究課題では、ゲノム、エピゲノム、メタボローム、プロテオーム、トランスクリプトームといった多階層のオミクスデータをベイズ的アプローチにより統合し、予測精度の高い階層横断的な代謝流束ネットワークを推定することにより、細胞内代謝シフトを解析、統合、理解するための方法論を開発する。また、代謝異常やがんにおけるエネルギー代謝のリプログラミングや薬剤抵抗性のメカニズム解明、疾病診断、各種疾患マーカーの探索などへの応用を試みる。平成29年度は以下の進展があった。1:前年度開発したミカエリス・メンテン式に基づく代謝酵素と代謝流速の関係性に加え、代謝物の構造情報の制約を事前情報として取り柄れた代謝物・代謝流速予測のためのベイズ推定法を開発した。2:推定されたケース群とコントロール群の代謝流速ネットワークを比較し、代謝流速に影響を及ぼす因子を同定する解析手法を開発した。3:1および2で開発した手法をシミュレーションデータに適用し、解析手法の問題点と推定精度を検証した。4:研究協力者との連携の下、開発手法を同位体標識を利用したメタボロームデータ、および代謝酵素をノックダウン・過剰発現した実験データに適用し、代謝流速に影響を及ぼす因子を同定するとともに、その因子の分子生物学的な検証を行った。本研究課題に必要な解析の要素技術を開発し、研究協力者との共同研究も順調に進めることができた。前年度までに行った研究成果を踏まえ、代謝流束ネットワークを推定するための方法論をさらに進化させるとともに、細胞内代謝シフトを解析、統合、理解する解析法の数理的基盤の構築、解析プラットフォームの開発を目指す。また、得られた研究成果を積極的に論文として投稿し、国内外の学会・研究会における研究発表、開発したソフトウェアの公開を通じて、広く社会へ発信する。前年度までに行った研究成果を踏まえ、代謝ネットワークを推定するための方法論をさらに発展させるとともに、細胞内代謝シフトを解析、統合、理解する解析法の数理的基盤の構築、解析プラットフォームの開発を目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。研究協力者との有機的な連携の下で、代謝シフトに関する知識を深化させるとともに、代謝異常やがんにおけるエネルギー代謝のリプログラミングや薬剤抵抗性のメカニズム解明、疾病診断、各種疾患マーカーの探索などへの応用に繋げる情報解析基盤技術に開発に繋げる。
睡眠時無呼吸における低酸素ストレスは全身性炎症を惹起し動脈硬化を促進させる

閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)患者では心血管疾患の合併が高率に認められる。しかし粥状硬化病変の形成機序は今まで明確にされていなかった。今回のわれわれの研究では、OSAS患者において末梢血単球からの炎症性メディエーター産生が亢進しており、実験的血管壁モデルに対する単球の浸潤能も亢進していた。また可変式の低酸素曝露装置を用いた検討では、間歇的低酸素刺激によりヒト単球細胞の炎症性サイトカイン産生能の亢進、ラット内臓脂肪細胞からのアディポサイトカイン・ケモカインの分泌障害がもたらされることが明らかとなった。しかし粥状硬化病変の形成機序は明確にされていない。本年度はOSAS患者の夜間低酸素/再潅流ストレスが惹起する炎症過程の観点から検討を行った。(1)重症OSAS患者では炎症性メディエーターであるTNF-α、MCP-1、MMP-9等の末梢血単球による産生能はいずれも睡眠前よりも睡眠後で亢進が認められた。これらの睡眠後における産生能の亢進は年齢、BMIをマッチした対照群よりも有意に顕著であり、無呼吸低呼吸指数(AHI)などの夜間低酸素ストレスの重症度と相関を認めた。(2)マトリゲルチャンバーを実験的血管壁モデルとしてOSAS患者における末梢血単球の浸潤能を検討した。重症のOSAS患者では、睡眠前よりも睡眠後で浸潤能の亢進が認められ、睡眠後の浸潤能は年齢、BMIをマッチさせた健常対照群よりも亢進しておりAHIと正の相関を示した。(3)内臓脂肪から分泌されるアディポネクチン(APN)は、抗炎症、抗動脈硬化作用を有し、血中濃度の低下が心血管疾患の発症因子となっている。OSAS患者では血中のTNF-α濃度が健常対照よりも高値を示す一方で、APNは低値を示した。さらに、このAPNの低下は低酸素ストレスの重症度と関連を認め、低下したAPNが血中可溶性ICAM-1の増加をもたらすことが示唆された。以上述べた末梢血単球による炎症性メディエーターの産生能や浸潤能の亢進、および抗動脈硬化因子であるAPNの低下は、長期の経鼻的持続陽圧換気(CPAP)による睡眠時低酸素の解除によって、いずれも改善が認められた。本年度の研究からOSAS患者における動脈硬化の発症機序の一端が明らかとなり、CPAP治療が動脈硬化の発症・進展を予防する可能性が示された。閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)では心血管疾患の合併が高率に認められる。本年度は『重症のOSAS患者では、低酸素/酸化ストレスが炎症性サイトカインの産生と相伴い増強する。さらに、脂肪細胞からのアディポサイトカイン・ケモカインの分泌障害をきたし動脈硬化の病態が進行する』との仮説をたて、その検証を行った。(1)ヒト単球細胞を用いた検討;当教室で開発した可変式の低酸素培養装置を用いて、ヒト由来の単球細胞を間歇的低酸素(IH)・持続的低酸素(SH)・室内気の各条件下で培養を行った。単球からのTNF-α産生能を測定したところ、自然産生能は各条件下で差はみられなかったが、LPS刺激下ではIH曝露群で有意なTNF-α産生能の亢進を認めた。(2)ラット由来内臓脂肪を用いた検討;IH・SHの各条件下でラット由来の内臓脂肪を培養しアディポネクチン(APN)およびMCP-1産生能を測定した。IH曝露群ではAPN産生能は有意に低下しており、MCP-1産生能は有意に亢進していた。(3)OSAS患者における血中多量体APNの検討;OSAS患者と年齢および肥満度が一致した健常群で血清中多量体APNおよび総APNを測定し、比較検討を行った。OSAS群では多量体APNは有意に低下していたが、総APNは有意差を認めなかった。また両者はともに長期CPAP治療により有意に上昇した。多量体APNは低酸素ストレスの指標と有意な相関を認めた。本年度の研究により、OSASでみられる低酸素・再酸素化ストレスが、単球細胞からの炎症性サイトカイン産生能亢進や、内臓脂肪からのアディポサイトカイン・ケモカイン分泌障害をもたらし、動脈硬化やメタボリックシンドロームの病態形成に関与していることが明らかとなった。またCPAP治療はこれらに対する抑制効果を有することも示唆された。

閉塞型睡眠時無呼吸症候群(OSAS)では心血管疾患の合併が高率に認められる。しかし粥状硬化病変の形成機序は明確にされていない。本年度は低酸素ストレスが単球および内臓脂肪細胞に及ぼす影響について更なる検討を行い、新たに血管内皮細胞に及ぼす影響についても検討を行った。(1)ヒト単球細胞を用いた検討:当教室で開発した可変式の低酸素培養装置を用いて、ヒト由来の単球細胞にLPS刺激を行い、間歇的低酸素(IH)・持続的低酸素(SH)・室内気(N)の各条件下で5時間培養を行った。その後室内気に戻して計24時間培養を行った.IH群における単球からのTNF-α産生能は、SH群およびN群に比べて有意に亢進していた。(2)ラット由来内臓脂肪を用いた検討;ラット由来の内臓脂肪を(1)と同様の条件で培養しアディポネクチン(APN)およびMCP-1産生能を測定した。IH群ではAPN産生能はSH群およびN群に比べて有意に低下しており、MCP-1産生能は有意に亢進していた。real time PCRを用いてmRNAの発現を確認したが、MCP-1はIH群において高い傾向にあった。(3)ヒトHUVECを用いた検討:ヒトアジア人由来の正常HUVECをIH・SH・Nの各条件下で12時間培養を行い、培養上清中のvon Willebrand factor (VWF)濃度を測定した。IH群におけるVWF増加率は、N群に比べて高値であった。本年度の研究により、OSASでみられる低酸素・再潅流ストレスが、遺伝子レベルも含めて単球および内臓脂肪細胞の機能に影響を及ぼし、さらには血管内皮機能をも亢進させることが示唆された。これらのメカニズムがOSASにおける動脈硬化やメタボリックシンドロームの病態形成に関与していると考えられる。
イネ減数分裂で染色体行動を支配する要因とゲノム間雑種の解析

昨年度に続きシナプトネマ複合体因子ZYP1の機能解析を進めた。日本型水稲品種である日本晴と台中65号の遺伝的背景をヘテロに持つ正常型(ZYP1/ZYP1)と変異体型(zyp1/zyp1)の植物体を作出し、交叉について遺伝学的解析を行った。それぞれを自殖させて得た組換え後代を用い、第2染色体長腕の5つのSTSマーカー座について隣接マーカー間の組換え価を求めたところ、zyp1変異体では全ての領域で正常型より組換え価が大きかった。これは変異体では正常型より高頻度に交叉が起こることを示す。組換え後代を、ひとつの隣接マーカー間領域について交叉がある集団とない集団に分け、残りの領域の組換え価を集団間で比較したところ、正常型では交叉がない集団よりある集団の組換え価の方が小さい傾向があった。これは「干渉」により、交叉の周辺で別の交叉形成が抑制されていることを示す。一方、変異体では同様の傾向はみられず、干渉がないことが示唆された。交叉は少なくとも2つの組換え経路で形成され、そのうち組換え酵素MSH4に依存する経路で生じる交叉のみが干渉を示すと考えられている。そこでzyp1 msh4二重変異体の解析を進めた結果、zyp1変異体では正常型と同様に、多くの交叉がMSH4経路によって形成されることが明らかとなった。以上の結果から、zyp1変異体での交叉はMSH4経路で形成されるにも拘らず、干渉がないことが示唆された。干渉は多くの真核生物で報告がある現象だが、その分子機構はほとんどわかっていない。ZYP1は対合に必須であることから、今回の結果は対合が干渉を制御する可能性を示唆し、干渉の分子機構を解明する手がかりとして期待される。また、イネではMSH4経路での交叉形成に対合は必須ではないことが明らかとなった。これは出芽酵母や動物での報告と相反し、減数分裂機構の多様性を示す重要な知見である。育種面においては、交叉の頻度や分布は交配育種の効率を左右する要因であり、干渉が欠失し組換え価が上昇するzyp1変異体は育種の効率化に寄与する可能性がある。イネの減数第一分裂前期における染色体挙動と対合、相同組換え等の相同染色体間相互作用に関わるタンパク質について当該年度は以下の解析を行った。(1)減数第一分裂間期から前期にかけての染色体挙動の解析減数第一分裂前期におけるテロメア、セントロメアの挙動を解析した。テロメアは第一分裂前期になると核膜付近に局在するようになり、その後相同染色体の対合に先立って核の一極へ集合することが明らかとなった。一方、セントロメアは第一分裂前期に入ると核膜付近から内部に局在を変えるとともにセントロメア同士が結合し、複数のクラスターを形成した。これらの結果はテロメアやセントロメアの核内配置が第一分裂前期において動的に制御されていることを示しており、それによって染色体位置や配向か制御されている可能性が考えられる。さらに染色体上の位置の違いによる挙動の違いについて調べるために第11番染色体の異なる位置に座上する複数のDNAプローブを調整した。今後それらを用いて蛍光in situ hybridization法による解析を進める。(2)相同染色体間相互作用に機能するタンパク質の解析シロイヌナズナのシナプトネマ複合体(SC)の中央要素であるZYP1のイネホモログ、OsZYP1を同定した。局在解析よりOsZYP1タンパク質が対合した相同染色体の間に存在することが明らかとなった。またTos17挿入変異体集団より見出したoszyp1変異体では相同染色体が対合しなかった。これらの結果はOsZYP1が対合に必須なSCの構成要素であることを示しており、OsZYP1は対合領域を可視化するための有用な分子マーカーとして期待できる。現在相同染色体間の組換えに機能するDMC1、MLH1等のイネホモログを同定し、抗体作製を試みており、今後免疫染色法による各タンパク質の局在解析を進めていく。イネの減数第一分裂前期における染色体挙動や、対合、相同組換えなどの現象の相互関係を明らかにすることを目的に研究を行った。昨年度までに第一分裂前期においてテロメアは核の一極に一時的に集合すること、一方、セントロメアは核内で複数の集合体を形成していることを明らかにしていた。またシナプトネマ複合体の構成タンパク質OsZYP1を同定し、染色体の対合領域に局在することを確認していた。本年度は、テロメアおよびセントロメアの挙動と相同染色体対合の時空間的な関係を明らかにするため、OsZYP1を対合のマーカーとして、蛍光顕微鏡による観察を行った。その結果、セントロメアの集合体形成は対合に先立って起こり、その後、テロメアの集合とともに染色体対合が開始することが明らかとなった。興味深いことに、テロメア近傍領域は他の染色体領域に優先して対合することがわかった。これはテロメア近傍での対合が促進されていることを示唆しており、テロメア集合の対合への寄与が想定される。一方、セントロメア近傍では対合しやすい傾向は見られなかった。また対合がほぼ完了した時期でも、セントロメア依然として対合していない場合が多かった。このことからセントロメアでは対合が抑制されていることが示唆された。

以上の結果より、染色体領域によって対合時期に差異があることが明らかとなり、特にテロメアやその近傍領域は、相同染色体の対合において、重要な役割を果たしている可能性が示唆された。また、上記に加え、相同組換え領域の可視化に向け、DNA組換えタンパク質であるDMC1,MLH1のイネホモログに対する抗体を作製し、間接免疫蛍光法による局在解析を試みたが、シグナルを検出できなかった。実験条件の再検討を行っているが、今後、その他の分子マーカーを用いることも検討していく予定である。昨年度に続きシナプトネマ複合体因子ZYP1の機能解析を進めた。日本型水稲品種である日本晴と台中65号の遺伝的背景をヘテロに持つ正常型(ZYP1/ZYP1)と変異体型(zyp1/zyp1)の植物体を作出し、交叉について遺伝学的解析を行った。それぞれを自殖させて得た組換え後代を用い、第2染色体長腕の5つのSTSマーカー座について隣接マーカー間の組換え価を求めたところ、zyp1変異体では全ての領域で正常型より組換え価が大きかった。これは変異体では正常型より高頻度に交叉が起こることを示す。組換え後代を、ひとつの隣接マーカー間領域について交叉がある集団とない集団に分け、残りの領域の組換え価を集団間で比較したところ、正常型では交叉がない集団よりある集団の組換え価の方が小さい傾向があった。これは「干渉」により、交叉の周辺で別の交叉形成が抑制されていることを示す。一方、変異体では同様の傾向はみられず、干渉がないことが示唆された。交叉は少なくとも2つの組換え経路で形成され、そのうち組換え酵素MSH4に依存する経路で生じる交叉のみが干渉を示すと考えられている。そこでzyp1 msh4二重変異体の解析を進めた結果、zyp1変異体では正常型と同様に、多くの交叉がMSH4経路によって形成されることが明らかとなった。以上の結果から、zyp1変異体での交叉はMSH4経路で形成されるにも拘らず、干渉がないことが示唆された。干渉は多くの真核生物で報告がある現象だが、その分子機構はほとんどわかっていない。ZYP1は対合に必須であることから、今回の結果は対合が干渉を制御する可能性を示唆し、干渉の分子機構を解明する手がかりとして期待される。また、イネではMSH4経路での交叉形成に対合は必須ではないことが明らかとなった。これは出芽酵母や動物での報告と相反し、減数分裂機構の多様性を示す重要な知見である。育種面においては、交叉の頻度や分布は交配育種の効率を左右する要因であり、干渉が欠失し組換え価が上昇するzyp1変異体は育種の効率化に寄与する可能性がある。
小型マイクロ波放電型イオンエンジンの性能特性に関する研究

将来の小型人工衛星のニーズを考慮し、放電室内径2cm、3cm、5cm級の小型マイクロ波放電型イオンエンジンを作製、性能試験を実施した。小型マイクロ波放電型イオンエンジンの性能向上のためには、放電室内の磁場と電場による電子の加速、生成電子の磁場による閉じ込め維持、プラズマ内での電子の平均自由行程を考慮し設計することが重要であることが分かった。近年の宇宙開発において、小型推進機の要求がたかまりつつある。ミッション遂行を小型人工衛星群にさせることにより、事故や故障によるミッション遂行の失敗を回避することが可能となるからである。電気推進機のひとつであるイオンエンジンは、エンジン内に生成したプラズマ中のイオンを静電グリッドで加速し推力を発生するもので、高比推力、高推進剤利用率などの特長を有している。マイクロ波放電型イオンエンジンは、プラズマ生成にマイクロ波放電を利用するもので、上記の特長に加えて小型化における利点を有する。すなわち、本イオンエンジンは、プラズマ生成に必要な電源はマイクロ波電源のみで、プラズマ源はマイクロ波を導入する放電室のキャビティ周囲に永久磁石を配置した単純な構造であるので、エンジンのスケールダウンが容易である。そこで、電源も含めたコンパクトかつ軽量な推進システムの開発が可能である。本研究の申請者らは、これまでにイオン引出しグリッド口径10cmおよび2.5cm級のマイクロ波放電型のイオンエンジンの研究開発を行っており、2.5cm級は既に高い水準の性能を有している。しかしながら、今後の小型宇宙推進機に要求される推力等の性能を考えた場合、10cmから2.5cmの間における推進機の開発事例が更に必要である。本年度は、2.5cmから10cm間のイオンエンジン用放電室の設計を行い以下の実績を得ている。(1)放電室内にマイクロ波を導入するアンテナの設計、製作を行った。(2)放電室内部の磁場配意の設計を行った。(3)イオンエンジンの性能評価用の実験体系を設計し各部品の製作を完了した。来年度は、性能評価実験を実施し、プラズマ生成のメカニズムおよびマイクロ波放型イオンエンジン最適設計についてまとめる予定である。イオンエンジンは、エンジンの放電室内にプラズマを生成し、その中のイオンを静電グリッドで加速し推力を発生するもので、イオン加速の物理的なメカニズムが明確であり、高比推力、高推進剤利用率などの特長がある。マイクロ波放電型イオンエンジンは、プラズマ生成にマイクロ波放電を利用するもので、永久磁石で背景磁場を形成した放電室にマイクロ波を導入しプラズマを生成する簡単な構造である。すなわち、電源構成も含めたエンジンのスケールダウンが容易であるという利点も有している。近年、小型人工衛星が盛んに打ち上げられており、将来的には、小型人工衛星の連携によるミッション遂行が、打ち上げリスクの低減や開発期間の短縮によるコスト削減の観点から検討されている。マイクロ波放電型イオンエンジンは、その有する利点から、小型人工衛星の姿勢制御や駆動装置として必要となる小型推進機の有力な選択肢の一つになることが考えられる。本研究グループでは、これまでにイオン引出しグリッド径10cmおよび2.5cm級のマイクロ波放電型のイオンエンジンの研究開発を行っており、2.5cm級は既に高い水準の性能を有している。今後の小型宇宙推進機に要求される推力等の性能を考えた場合、10cmから2.5cmの間における推進機の開発事例が更に必要である。本年度は、3cmおよび5cm級のマイクロ波放電型イオンエンジンの開発を進め以下の実績を得ている。(1)3cmおよび5cm級のマイクロ波放電型イオンエンジンの設計、製作を行った。(2)放電室内部の磁場配意の計測を行った。(3)製作したイオンエンジンにマイクロ波を導入し、イオンエンジンの放電実験を実施した。以上の内容をまとめ、性能評価結果およびイオンエンジン最適設計についてまとめる予定である。