hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超低遅延時代へ向けた大規模計算機の相互結合網のトポロジとルーティング

この研究は、次世代スーパーコンピュータなどの大規模並列計算機システムの中で、数万台のコンピュータが非常に短い時間(1マイクロ秒以下)で相互に通信するためのネットワーク設計法を明らかにした。将来出現する超低遅延ネットワーク機器を想定し、従来のネットワーク設計法では無視されていたケーブル内の信号伝搬時間をきちんと考慮したうえで、最適な配線と通信経路を決める方法を開発した。これにより、研究開始前に最先端だったネットワーク設計法に比べて、ケーブルの長さを65%も短くしながら通信遅延がわずか6%しか増加しないという、省資源性と低遅延性を高いレベルで両立する次世代のネットワーク設計が可能になった。本研究は、エクサスケール計算機システムのノード間結合網において、将来実用化される超低遅延スイッチを前提とした、真に効果的なネットワークの設計法を明らかにすることを目標に遂行している。すなわち、近い将来60ナノ秒以下の超低遅延スイッチが出現すると、総通信遅延に占めるケーブル内の信号伝搬遅延の割合が相対的に大きくなるため、これを陽に考慮した新しいネットワーク設計の方法論を考究するものである。平成25年度は、(1)ラック配置と物理ケーブル長を考慮した新たなネットワークトポロジ構成法を開発し、(2)ケーブル遅延を考慮した新たなルーティング手法を提案した。また、両者を組み合わせて用いた場合のネットワーク性能を数理解析とシミュレーションにより定量的に評価した。前提として、マシンルームのフロア上に数百台のラックが格子状に配置される状況を想定する。(1)のネットワークトポロジ構成法は、フロア上のラック配置を所与として、ラック間を結ぶ通信の信号伝搬経路が地理的に遠回りとならないようにケーブルを敷設する方法を開発したものである。このとき、各ラックを構成単位としてスモールワールド性を持つトポロジを構成することにより、幾何学的方法論とグラフ理論的方法論の「いいとこ取り」をして、低遅延性と省資源性を高いレベルで両立できることがわかった。(2)のルーティング手法は、各ケーブルの信号伝搬時間をあらかじめ計算しておき、ネットワークを重み付きグラフとしてモデル化することにより、遅延が最小となる経路を選択するものである。将来出現する60ナノ秒の超低遅延スイッチを想定し、256台のラックからなる大規模計算機システムを例として既存の低遅延ネットワークトポロジと比較した場合、(1)と(2)を組み合わせて用いることで、配線延長を65%短縮しつつ、平均通信遅延の増加を6%に抑えられるとの試算を得た。本研究は、エクサスケール計算機システムのノード間結合網において、将来実用化される超低遅延スイッチを前提とした、真に効果的なネットワークの設計法を明らかにすることを目標に遂行した。平成25年度中に当初想定を上回る成果を得ることができたため、平成26年度は、(3)本研究と他の研究のアイディアを融合することによる相乗効果の追究、および(4)論文・学会発表等による研究成果の周知普及に注力した。具体的には、共同研究先である慶応大学のチームが推進している低遅延ネットワーク・オン・チップの研究と、同じく共同研究先であるハノイ工科大学のチームが推進している低遅延インターコネクトの研究に対し、本研究代表者が開発・改良したトポロジ生成・グラフ解析・ラック配置最適化等のソフトウェア群を提供し、本研究のアイディアを適用することでさらなる低遅延化が可能であることを示した。これらの成果は雑誌論文1本・国際会議論文3本・国内会議論文2本で発表し、研究成果の周知に努めた。ハイパフォーマンスコンピューティング代表者らが考案したネットワークトポロジ構成法は、低遅延性と配線延長のトレードオフを極めて高いレベルで実現することが確かめられた。また、フロア上のラック配置を二次割り当て問題として最適化することで、さらなる費用対効果向上が見込めることも確かめられた。この一連のネットワーク設計法は、数十メートル四方のフロア上に数百台のラックが並ぶ大規模計算機システムだけでなく、数ミリメートル四方のチップ内に数十数百個のコアが並ぶネットワーク・オン・チップ(NoC)にもそのまま応用できる。

そこで、代表者らは提案手法をNoCに応用する場合の課題ついても検討し、本研究で開発・拡張したツール群を利用して、NoCにおける提案手法の効果をも定量的に評価した。その結果、当初想定していたトポロジ構成法に関する論文だけでなく、NoCを主題とした論文、ならびにラック配置最適化を含めた総合的なネットワーク設計法に関する論文を複数執筆し、発表することができた。研究が当初の計画以上に進展しているため、研究計画書に沿った現状の枠組みを維持しつつ、オフチップ(高性能計算機)とオンチップ(NoC)の垣根を越えた普遍的なネットワーク設計方法論への発展を図りたい。平成26年度は、(1)プロトタイプシステムを構築して提案手法の実現性を検証するとともに、(2)研究成果の周知普及を図る予定である。(1)については、国立情報学研究所が保有するOpenFlow対応スイッチを利用し、本研究で提案したトポロジをもつ計算機クラスタを実際に構築して、所期のネットワーク性能が発揮できるかどうかを確認する予定である。(2)については、前述したOpenFlowのプログラムをオープンソースソフトウェアとして公開する予定である。また、国際会議や研究会だけでなく、国立情報学研究所のオープンハウスやホームページ等の手段を通じて、積極的に研究成果を社会へ還元したい。代表者らが開発・改良したソフトウェア群(トポロジ生成ツール、グラフ解析ツール、ラック配置最適化ツール、ならびにネットワークシミュレータ)は当初の想定以上の性能を発揮し、計算サーバーのハードウェアを増強することなく、当初予定していた性能評価を完遂することができた。また、国立情報学研究所が提供するクラウドコンピューティングサービスの課金開始時期が12月からとなり、11月までは無償で5台の高性能計算サーバーを利用することができた。以上の理由により、当初予定していた物品費が大幅に縮減された。論文執筆数が当初の見込みを大幅に上回っているため、次年度予算は主として成果発表のための旅費に使用する見込みである。
看護師の特殊性に着目した職業価値観尺度の開発と関連要因の解明

看護師の離職、転職などの職業移動には看護師それぞれの職業価値観が影響を及ぼすと考えられる。しかし、先行研究における職業価値観の測定では「他者を助けるという利他的な価値」「夜勤を含む労働条件に対する価値」などの看護師に特有の価値観が含まれていない。本研究では看護師の特殊性を踏まえた職業価値観の定義を行い、「女性が多い」「特殊な業務内容」など看護師が持つ特殊性に着目し、看護師に特化した職業価値観尺度を開発する。さらに、看護師が持つ職業価値観と職業移動にかかわる変数との関連を明らかにすることを目的とする。本研究で看護師が持つ職業価値観の適切な測定が可能となり、看護師の個人属性、離職意向、転職観、職務満足度などの関連が解明されることによって、看護師の離職予防・復職促進に向けた方策を検討する際の一助となることが期待される。初年度となる2018年度は次の4段階で研究を進める予定であった。1看護師が持つ職業価値観について文献レビューを行い、尺度の下位概念と質問項目を検討する。2職業価値観に関する研究を行う研究者から意見を聴取し妥当性を検討する。3質問紙や調査依頼文書を作成後、倫理審査を受審する。4研究対象施設を抽出し研究協力の依頼を行ったのち、質問紙調査(予備調査)を実施する。しかし、1の実施途中である2018年9月より研究代表者が産前産後休暇・育児休業を取得したため研究を中断している状態である。研究代表者が出産のため2018年9月2019年3月末まで産休・育休を取得し、研究活動を一時中断したため、初年度に予定していた文献検討、質問紙の作成等が終了していない。看護師が持つ職業価値観の下位概念とそれを構成する質問項目の作成の途中で産休・育休を取得したため、研究再開後は、質問項目の作成を行い質問項目の妥当性を検証したうえで、質問紙を作成するところから実施する。質問紙や調査依頼書ができ次第、倫理審査を受審し予備調査を実施する。以降は、本来予定していたスケジュールを半年程度ずらして実施していく。尺度開発にあたり下位概念とそれを構成する質問項目の作成の途中で産休に入ったため次年度使用額が生じた。2019年4月の研究再開後は、質問紙の作成や調査依頼書の作成、倫理審査の受審費用を支出する。2019年度後期は、予備調査の実施費用の支出が見込まれる。以降は、本来予定していたスケジュールを半年程度ずらして研究を実施し、予算を使用する。
K中間子崩壊における時間反転不変性の研究

本研究は、平成8年度平成9年度の科学研究費補助金(国際学術研究)による「K中間子崩壊における対称性の研究(課題番号08044100)」に引き続き、それを発展させる形で実施された研究である。高エネルギー加速器研究機構の陽子シンクロトロン(KEK-PS)での実験E246「K^+→π^0μ^+ν崩壊(K_<μ3>)における時間反転不変性(T)の破れの探索」を中心に行われた。この実験ではK_<μ3>崩壊で生成されるミュオンの横偏極(P_T)を精密に測定することでTの破れの探索を行う。KEK-PS北カウンターホールに設置されている超伝導トロイダルスペクトロメータとK5チャンネルからの低運動量K^+ビームによるstopped K^+が用いられ、系統誤差を画期的に抑制した測定が実施された。データ収集は本研究の期間中では、1999年と2000年とに実施された。また、データ解析が平行して進められて、1998年データについては、ロシアINR研究所とKEKでの独立した解析結果が得られるとともに、1999-2000年取得のデータの解析が進められた。E246のデータを用いて幾つかの副産物物理の解析も可能である。K_<e3>の関係する物理の研究がされた。さらに、stopped K^+で測定の可能なK^+→π^+π^0γチャネルについては、新たな実験提案を行い、2001年にデータ収集を実施した。現在のその解析も進められている。本研究では、高エネルギー加速器研究機構・陽子加速器を用いて、荷電K中間子の崩壊K^+→π^0μ^+νにおいてミュオン(μ^+)の横偏極(P_T)を精密測定することにより、時間反転不変性の破れを探索する実験を国際協力により実施した。この時間反転不変性の破れは、素粒子物理の標準理論では起こり得ないため、それを越える新しいCP不変性の破れモデルを探り検証するのに非常に有効であるとされている。この研究はE246実験として実施されてきた研究の継続研究であるが、今年度は新たに約720時間の測定を行い、データを収集した。これと平行して、これまでに収集されたデータの解析を、これも国際協力により進めた。精密実験であるため解析は2つの独立した解析を行い、それらの結果を統計処理で結合する方法をとった。初期に収集されたデータに対して、P_T=-0.0042±0.0049(stat)±0.0009(syst)の結果を得た。これは零からの差異がなく、時間反転の破れが実験精度の範囲ではないことを示している。この結果を、より普遍的な破れのパラメタImξで記述するとImξ=-0.013±0.016(stat)±0.003(syst)となり、従前のリミットを50%改善したことになる。これを論文として発表した。さらに解析方法に改良を加えて、最近されたデータの処理を続けており、来年度にその結果が得られる見通しである。時間反転不変性の問題の他に、収集されたデータを使っていくつかの崩壊モードの研究がされた。そのうちの一つK^+→π^+π^0π^0崩壊では、スペクトルの解析からダリツプロットパラメターを精度よく決定することができ、これも論文として発表した。本研究では、高エネルギー加速器研究機構陽子加速器を用いて、荷電K中間子の崩壊K^+→π^0μ^+νにおいてミュオン(μ^+)の横偏局(P_T)を精密測定することにより、時間反転不変性の破れを探索する実験を国際協力により実施した。この時間反転の破れは、素粒子物理の標準理論では起こり得ないため、それを越える新しいCP不変性の破れのモデルを探り検証するのに非常に有効であるとされている。

2年めとして昨年に引き続きKEK-PS E246実験として実施した。今年度も11月に680時間の加速器ビームを用いてデータ収集を行なった。これは昨年収集したデータ量とほぼ同じで、E246実験の総データ量としてはそれを約30%増やすことができた。解析は従来のように国際協力で実施された。1998年に収集されたデータの解析が、KEK及びロシアのINR研究所でほぼ終了し、最終的な結合作業に向かっている。これと平行して1999年及び2000年のデータの処理が開始された。データの質は良好で、解析が終了すると時間反転不変性のパラメターImξで1.0%以下の統計精度(σ)が期待できる。この研究では時間反転不変性の破れの他に、幾つかの副産物物理の解析が可能である。その一つとして、K^+→π^0e^+ν崩壊での形状因子が研究された。従来、標準模型ではあり得ない、スカラー及びテンソル結合がこの崩壊にあるように報告されていたが、本研究の結果ではそのような徴候はなく、標準模型とよく一致していた。この結果は論文として発表した。本研究では、高エネルギー加速器研究機構陽子加速器を用いて、荷電K中間子の崩壊K^+→π^0μ^+Vにおいてミュオン(μ^+)の横偏局(P_γ)を精密測定することにより、時間反転不変性の破れを探索する実験を国際協力により実施した。この時間反転の破れは、素粒子物理の標準理論では起こり得ないため、それを越える新しいCP不変性の破れのモデルを探り検証するのに非常に有効であるとされている。2年目の昨年にKEK-PS E246実験のデータ収集は終えており、今年度はデータ解析を進めた。間もなくP_γの最終結果を得る見込みである。解析が終了すると時間反転不変性のパラメターImξで1.0%以下の統計精度(σ)が期待できる。その一つとして、K^+→π^0e^+v崩壊での形状因子については、スカラー及びテンソル結合へのリミットをさらに向上した。また、この崩壊とK^+→π^0μ^+vの崩壊幅の比を精密に決定する解析を行ない、形状因子パラメターλ_0の導出を行ない、カイラル摂動理論の予言と一致することを示した。さらにK^+→π^0π^+γ崩壊については新たに960時間の加速器ビームタイムを獲得して、その崩壊分岐比の測定を行なった。ここではカイラル異常項から生じる磁気的な直接放射の分岐比が研究の対象となる。昨年11月にデータ収集を終えた後、現在解析が鋭意行なわれている。データの質は良好で予備的な結果を得ているが、系統誤差の評価をした後、この結果は間もなく論文として発表する。
高分解能乳腺MRIによる微小病変の診断能の検討

平成19年度も引き続きシーメンス社、Avant 1.5テスラと同社の3 inchの小径表面コイルを使用して模擬病変(乳腺ファントム)、乳腺病変の撮影を行った。スピンエコー法のT1強調画像(repetition time: TR/echo time: TE=500ms/9.3ms)、STIR (short TI inversion recovery)法(TR/TE=6300ms/9.3ms)、また造影剤投与後のダイナミックスタディーには3次元VIBE (volumetric interpolated breath-hold examination)法(TR/TE= 5ms/1.7ms)を行った。3inch小径表面コイルを用い7cm程の関心領域で512×256 matrixの条件で撮像すると、1voxelあたり0.137mmと高分解能で撮像が可能であった。模擬病変や実際の乳腺腫瘤の撮像により、小さな表在に近い病変の場合は、内部の微細構造、辺縁の性状、進展範囲の評価、随伴する乳管病変の評価は通常の乳腺コイルによる撮像よりも良好であった。ただし3inch小径コイルでは撮像範囲が限られ、サイズが大きな乳腺腫瘍や、乳房の深部にある病変では撮像は困難であった。臨床例は症例が限られたため、十分な症例数を集めることができなかった。本年度当院のMRI装置用に411cmの表面コイルが導入されたので、これらのコイルを用いても撮像範囲の設定、通常の乳房コイルとの併用などを検討し、臨床例に応用していく予定である。現在佐賀大学医学部付属病院で稼動中である、MRI装置(GEメディカル社、Signa Horizon 1.5テスラ)と、軟部組織用の同社の5inchの表面コイルを応用して、まず模擬乳腺を想定したファントムを用いて撮像に適したパラメーターを決定した。撮影シーケンスは、スピンエコー法のT1強調画像、高速スピンエコー法の脂肪抑制T2強調画像、また造影剤後のダイナミックスタディーに用いるグラデュエントエコー法の撮影を様々な条件で行い、至適撮影条件を検討した。従来の乳腺コイル使用時の関心領域は16cmで片側乳腺をカバーしているが、乳腺のある部位に限定すれば表面コイルを用いて8cm程の関心領域で撮像でき、条件設定により12mm程のスライス厚、256×256matrixにて高い分解能、35分ほどの臨床上問題のない撮影時間で撮影できることを確認した。また複数の放射線科医により、模擬病変の信号、内部の微細構造、辺縁の性状に関して、通常の乳腺コイルを使用した場合との画像の対比を行った。通常の乳腺コイルに比べて、ある限定した領域での空間分解能の向上が得られ、どのシーケンスにおいても、模擬病変部の画像向上が確認された。その後インフォームドコンセントを得た患者に対して、撮像を実際に行なった。複数の放射線科医により、病変の信号強度、内部の微細構造、辺縁の性状、造影剤投与後の造影パターン、進展範囲の評価を行った。症例数が少なく統計的な解析は行えないが、従来の乳腺コイルと比較して、病変の検出能、内部構造、辺縁の性状に関しては、表面コイルの方が良好であると思われた。病変の信号強度に関して差はないようであった。今後症例を重ねて、病変の進展範囲、良悪性鑑別等に関しても検討する。また病変の内部構造に関しては、手術にて切除された病変の病理所見と対比を行ない評価していきたい。平成18年度は我々の施設のMRI装置が更新となったため(シーメンス社、Avant 1.5テスラ)、再度高分解能MRIにおける最適な撮像条件の設定が必要となった。同社の3inchの小径表面コイルを使用して、模擬乳腺ファントムを用いて様々な条件で撮像を行い、最適な撮像条件を決定した。以前の装置(GEメディカル社Horizon 1.5テスラ)の撮像条件の応用が可能であった。検討の結果から臨床で用いる乳腺MRIの撮像法であるスピンエコー法のT1強調画像(repetition time : TR/echo time : TE=500ms/9.3ms)、STIR(short TI inversion recovery)法(TR/TE=6300ms/9.3ms)、また造影剤投与後のダイナミックスタディーに用いる3次元VIBE(volumetric interpolated breath-hold examination)法(TR/TE=5ms/1.7ms)などの撮像条件を決定した。従来の乳腺コイル使用時の関心領域は16cmほどであるが、3inch小径表面コイルを用い7cm程の関心領域で512×256matrixの条件で撮像すると、1voxelあたり0.137mmと高分解能で撮像が可能で、スライス厚は12mm程、また1シーケンス35分ほどの臨床上問題のない時間で撮像できることを確認した。また模擬病変の信号、内部の微細構造、辺縁の性状に関して、従来の乳腺コイルを用いたMRIと小径コイルを用いた高分解能MRIを対比して、後者において空間分解能向上が確認された。まだ新しいMRI装置を用いて臨床例を撮像できていないが、今後臨床例の撮像を重ねて、乳腺腫瘤の信号強度、内部の微細構造、辺縁の性状、造影剤投与後の造影パターン・進展範囲の評価を、また乳管に関して乳管拡張、乳管内容液の性状、乳管壁の増強効果などの評価を行っていく予定である。特に乳癌やその他の乳腺腫瘍の高分解能MRI所見と術後病理所見と対比を行なっていきたい。

平成19年度も引き続きシーメンス社、Avant 1.5テスラと同社の3 inchの小径表面コイルを使用して模擬病変(乳腺ファントム)、乳腺病変の撮影を行った。スピンエコー法のT1強調画像(repetition time: TR/echo time: TE=500ms/9.3ms)、STIR (short TI inversion recovery)法(TR/TE=6300ms/9.3ms)、また造影剤投与後のダイナミックスタディーには3次元VIBE (volumetric interpolated breath-hold examination)法(TR/TE= 5ms/1.7ms)を行った。3inch小径表面コイルを用い7cm程の関心領域で512×256 matrixの条件で撮像すると、1voxelあたり0.137mmと高分解能で撮像が可能であった。模擬病変や実際の乳腺腫瘤の撮像により、小さな表在に近い病変の場合は、内部の微細構造、辺縁の性状、進展範囲の評価、随伴する乳管病変の評価は通常の乳腺コイルによる撮像よりも良好であった。ただし3inch小径コイルでは撮像範囲が限られ、サイズが大きな乳腺腫瘍や、乳房の深部にある病変では撮像は困難であった。臨床例は症例が限られたため、十分な症例数を集めることができなかった。本年度当院のMRI装置用に411cmの表面コイルが導入されたので、これらのコイルを用いても撮像範囲の設定、通常の乳房コイルとの併用などを検討し、臨床例に応用していく予定である。
神経細胞でのCaMキナーゼファミリーによるチロシンキナーゼ系の活性化反応

カルモデュリンキナーゼII(CaMキナーゼII)は、神経細胞に多く発現しており、カルシウムイオンとCaMによって活性化される。プロテインキナーゼD(PKD)はプロテインキナーゼCによって活性化されるが、触媒ドメインの構造と基質特異性の類似性からCaMキナーゼファミリーに属し、CaMキナーゼIIと同様の生理機能を有することが示唆されている。CaMキナーゼIIとPKDは、Gq/11と共役するG蛋白質共役型受容体(GPCR)によって活性化される。研究代表者らは、マウスの視床下部の神経細胞の培養細胞株であるGT1-7細胞を用いて、Gq/11と共役するGPCRの一つであるゴナドトロピン放出ホルモン(GnRH)受容体刺激後の細胞内シグナル伝達機構について検討してきた。特に、チロシンキナーゼの中のproline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2)と上皮成長因子受容体(EGFR)の活性化機構を研究してきた。Pyk2は少なくとも3カ所のチロシン残基がリン酸化されて活性化されることが知られていた。2015年に、研究代表者らはPKDがPyk2の活性化に関与することを見いだした。今回の研究実施期間に、PKDとCaMキナーゼIIがSrcファミリーの中のFynとPyk2の結合を増強させることを明らかにした。さらに、結合後のFynによるPyk2の活性化機構を解明した。また、EGFRのリガンドの一つであるHB-EGFの産生を測定する系を確立し、活性化されたPyk2が細胞膜に存在するHB-EGF前駆体を切断してHB-EGFの産生に関わることを見いだした。産生されたHB-EGFがEGFRを活性化すると考えられる。今回の研究は、GnRH受容体以外の多くのGq/11と共役するGPCRについての細胞内シグナル伝達機構を解明する上でも有用な知見を提供するものである。プロテインキナーゼD(PKD)は、Cキナーゼにより活性化されることが知られているが、その生理機能は不明である。カルモデュリンキナーゼII(CaMキナーゼII)は、カルシウムイオンとCaMによって活性化される。PKDは触媒ドメインの構造と基質特異性の類似性からCaMキナーゼファミリーに属し、CaMキナーゼIIと類似した生理機能を持つことが示唆されている。応募者らは、マウスの視床下部の神経細胞の培養細胞株であるGT1-7細胞を用いて、PKDがCキナーゼからチロシンキナーゼ系への情報伝達に関与することを見いだした。また、CaMキナーゼIIも同一のチロシンキナーゼ系を活性化することを示唆する実験結果を得た。今回の研究計画は、両酵素によるチロシンキナーゼ系の活性化の分子機構を解明することを目的としている。その目的で、以下の実験を行う計画である。1)PKD1とCaMキナーゼIIδ2がFynとPyk2の402番目のチロシン残基のリン酸化を促進させて、FynとPyk2との結合を促進させる可能性を検討する。2)アルカリホスファターゼを融合させたHB-EGF前駆体を細胞に安定的に発現させる。培養液中のアルカリホスファターゼ活性を測定し、Pyk2がHB-EGF前駆体の切断を介してErbBファミリーを活性化させる可能性を検討する(前年度終了)。3)Pyk2がErbB4とEGFRを直接にリン酸化して活性化する可能性を、Pyk2のノックダウン実験と過剰発現実験により検討する。さらに、Pyk2及びErbB4とEGFRをGT1-7細胞で過剰発現させて免疫沈降法により回収し、in vitroでのリン酸化を検討する。リン酸化された場合、遺伝子工学的手法を用いてリン酸化部位を決定する。4)PKD1とCaMキナーゼIIδ2によりリン酸化されるタンパク質を検討する。1.PKD1とCaMキナーゼIIによるPYK2の活性化の検討PKDの中のPKD1のノックダウンと阻害剤の添加によりPYK2の402番目のチロシン残基(Y402)のリン酸化が抑制された。また、CaMキナーゼIIδ2のノックダウンと阻害剤によっても同様の結果が得られた。我々は既に、GT1-7細胞では、Y402はFynによりリン酸化されることを見いだしており、両酵素はFynによるPYK2のY402のリン酸化を促進させると考えられる。Y402のリン酸化はPYK2とFynの結合をさらに増強させて、活性部位のY579とY580をリン酸化してPYK2を活性化すると思われる。2.Pyk2によるErbBファミリーの活性化の分子機構の解明応募者らは、HB-EGF前駆体の切断を容易に測定する系を開発した。この系を用いて、Pyk2がHB-EGF前駆体の切断に関与する可能性を検討した。siRNAを用いたノックダウン実験の結果から、Pyk2はHB-EGF前駆体の切断には関与しないことが明らかになった。今後は、活性化型Pyk2がErbBファミリーの中のEGFRかErbB4を直接にリン酸化して活性化する可能性を検討する予定である。

研究代表者らは、これまでにマウスの視床下部の神経細胞の培養細胞株であるGT1-7細胞を用いて、Gタンパク質共役受容体(GPCR)の一つであるゴナドトロピン放出ホルモン(GnRH)受容体刺激後の細胞内シグナル伝達機構について検討してきた。2年前に、プロテインキナーゼD(PKD)がチロシンキナーゼ系の活性化に関与することを見いだした。また、カルモデュリンキナーゼII(CaMキナーゼII)は、神経細胞に多く発現しており、カルシウムイオンとCaMによって活性化される。PKDは触媒ドメインの構造と基質特異性の類似性からCaMキナーゼファミリーに属し、CaMキナーゼIIと同様の生理機能を有することが示唆されている。我々は、チロシンキナーゼの中のproline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2)と上皮成長因子受容体(EGFR)の活性化機構を研究してきた。これまでに、Pyk2の活性化機構については、PKDとCaMキナーゼIIがSrcファミリーの中のFynとPyk2の相互作用を増強させることが明らかになってきた。この分子機構により、GnRH受容体刺激後にPyk2がFynにより活性化されると考えられる。また、EGFRのリガンドの一つであるHB-EGFの産生を測定する系を確立し、Pyk2が細胞膜に存在するHB-EGF前駆体を切断してHB-EGFの産生に関わる可能性を見いだした。産生されたHB-EGFがEGFRを活性化すると考えられる。PKDとCaMキナーゼIIは、Gq/11と共役するGPCRによって活性化される。すなわち、今回の研究は、GnRH受容体以外の多くのGq/11と共役するGPCRについての細胞内シグナル伝達機構を解明する上でも有用な知見を提供するものである。平成29年度までに以下の三つの研究成果が得られた。1.我々は、GT1-7細胞では、PKDとCaMキナーゼIIのアイソフォームとして、それぞれ、PKD1とデルタ2が主に発現していることを見いだした。それぞれのsiRNAを用いたノックダウン実験と阻害薬を用いた薬理学的実験および過剰発現実験により、両者がGnRH受容体刺激後のPyk2の活性化に関与することを見いだした。Pyk2を直接に活性化するのはFynであり、PKD1とCaMキナーゼIIデルタ2は、Pyk2とFynの相互作用を促進させると考えられる。2.我々は、アルカリフォスファターゼとHB-EGF前駆体の融合タンパク質をGT1-7細胞に過剰発現させ、細胞培養液中のアルカリフォスファターゼの活性を測定することで簡便にHB-EGF前駆体の切断を測定する系を確立した。この系を用いて、Pyk2がHB-EGF前駆体の切断に関与することが明らかになった。3.これまでに見いだしたPKD1とCaMキナーゼIIの作用が、下垂体のゴナドトロピン産生細胞でも機能していることを確認した。これらの結果は、見いだしたシグナル伝達機構の普遍性を示唆するものである。よって、本研究課題の進捗状況として、おおむね順調に進展していると判断した。カルモデュリンキナーゼII(CaMキナーゼII)は、神経細胞に多く発現しており、カルシウムイオンとCaMによって活性化される。プロテインキナーゼD(PKD)はプロテインキナーゼCによって活性化されるが、触媒ドメインの構造と基質特異性の類似性からCaMキナーゼファミリーに属し、CaMキナーゼIIと同様の生理機能を有することが示唆されている。CaMキナーゼIIとPKDは、Gq/11と共役するG蛋白質共役型受容体(GPCR)によって活性化される。研究代表者らは、マウスの視床下部の神経細胞の培養細胞株であるGT1-7細胞を用いて、Gq/11と共役するGPCRの一つであるゴナドトロピン放出ホルモン(GnRH)受容体刺激後の細胞内シグナル伝達機構について検討してきた。
ナノ電子デバイス用雪だるま型バイオナノパーツの創成と機能評価

本研究では、詳細なナノ粒子作製条件の検討を行い、直径12nm内部空洞7nmの球殻状バイオテンプレートであるアポフェリチン内部に、ナノ電子デバイス作製に有用である3種類の新規化合物半導体ナノ粒子(CdS, CuS, ZnS)の作製に成功した。特に、溶液中のアンモニア濃度を調整することにより、異なる粒子径を持ち、異なる蛍光を発するCdSナノ粒子の作製が可能となった。同時に遺伝子変異フェリチンを作製し、フェリチン内部におけるナノ粒子形成メカニズムを明らかにした。さらにフェリチンタンパク質と直径9nmのLisDpsタンパク質をQCM基板上で結合させ雪だるま型バイオナノパーツの試作を行った。本研究は直径12nm内部空洞7nmの24量体タンバク質であるフェリチンタンパク質と直径9nm、内部空洞4.5nmのリステリアDpsタンパク質の異なるタンパク質超分子内にサイズの異なるナノ粒子を作製し、それらを接合する事で新規のナノ電子デバイス用雪だるま型バイオナノパーツの創成と機能発現を目的として行われた。本年度は、作製したバイオナノパーツが電子デバイスとして機能するために必要な新規ナノ粒子作製条件の決定と作製したナノ粒子の性質検討を行った。ナノ粒子合成条件を詳細に検討する事によりアポフェリチン空洞内へ新規化合物半導体ナノ粒子であるCdSナノ粒子の一溶液中合成(one-pot合成)に成功した。作製したナノ粒子の詳細な分析より本ナノ粒子は直径7nmのCdS立方晶である事が確認され、さらかタンパク質殻を保持するにもかかわらずCdSナノ粒子由来の赤色蛍光発光が初めて確認された。さらに、反応溶液中のアンモニウムイオンの濃度を変化させる事で世界で初めてone-pot合成におけるフェリチン内でのナノ粒子粒径制御が可能となった。この粒径制御により、3種類の直径が異なるCdSナノ粒子(直径4.7, 5.1及び7.1nm)が作製され、それぞれ異なった蛍光を発する事が確認された。この簡便なアポフェリチン内ナノ粒子サイズ調整法により種々の蛍光を発生するナノ粒子が作製可能となり、今後の電子デバイス分野における応用展開に非常に重要な技術となると考えられる。これらの成果は学会で発表され、さらに国際論文(K.Iwahori et.al., Nanotechnology, 19,49561(2008))に発表済みである。現在、上記CdSで検討されたナノ粒子合成方法を元にアポフェリチン空洞内へZnSナノ粒子及びCuSナノ粒子の作製も可能になりつつあり、ナノ粒子に関する特徴を検討中である。また、雪だるま型バイオテンプレート(SMBT)の作製に関しては、現在基板上修飾法の条件検討を行い、水晶振動子(QCM)、及び電子顕微鏡等を用いて評価を行っている。本研究は直径12nm内部空洞7nmの球殻状タンパク質であるフェリチンタンパク質(Fer)と直径9nm、内部空洞4.5nmのリステリアDpsタンパク質(LisDps)の異なるタンパク質内部に大きさの異なるナノ粒子を作製し、接合する事でナノ電子デバイス用雪だるま型バイオナノパーツの創成と機能発現を目的としている。本年度は、Fer及びLisDps内部に大きさの異なる新規ナノ粒子の作製と化学的接合による雪だるま型バイオテンプレート(SMBT)の作製を進めた。昨年度までに成功しているCdSナノ粒子作製法を改良したslow chemical reactionsystemを利用し、ナノ粒子合成条件の詳細な検討により、一溶液中で新規化合物半導体ナノ粒子であるZnS及びCuSナノ粒子作製に初めて成功した。作製したZnSナノ粒子はXRD等による構造分析より直径7nmの立方晶であり、さらに励起波長照射(350nm)により440nmに極大をもつ強い青色蛍光が確認された。また反応溶液中のアンモニア濃度を変化させる事で、作製したZnSナノ粒子の蛍光強度の制御できる事を発見した。これはナノ粒子内部の結晶性に由来してると推測している。また作製されたCuSナノ粒子は直径5nmのCuS立方晶である事が明らかになり、さらに溶液中のSイオンの濃度で粒子径及び結晶性が左右される事を発見した。CuSナノ粒子は近赤外域発光や電磁波遮断等の機能が期待されるため引き続き緒性質の検討を行っているら。以上の結果よりslow chemical reactionsystemによる種々の大きさの異なる化合物半導体ナノ粒子が作製可能である事を証明した。本研究で開発したタンパク質-ナノ粒子複合体は今後の電子デバイス分野における応用展開に非常に重要なナノパーツとなるはずである。これらの成果は学会で発表され、現在それぞれの論文を投稿中及び投稿準備中である。またSMBTの作製については、水晶振動子(QCM)基板上への両タンパク質の結合及びFerとLisDpsの結合には成功したが、タンパク質の回収率が低いため、収率上昇のための条件検討を引き続き行っている。
自然風を活用した建築環境技術再興のための基礎的研究

温暖な地域における建築物の省エネルギーのためには、中間期や夏期夜間などの通風や自然換気が重要であり、その定量的な設計方法、評価方法が考案されることによって、防寒対策と防暑対策の均衡のとれた建築の実現がより容易となる。我が国のみでなく、膨大な人口をかかえ、今後生活水準の上昇が予想される東南アジア諸国を中心とする地域の省エネ対策や環境保存に活用が可能となる。このような意図を持ち本研究は以下のような目的・内容に関して進められた。(1)通風量予測手法の開発建築物の窓等を通じた通風量を、風圧係数値と換気回路網モデルによって推定する際の誤差要因を明らかにした上で、精度向上のための手法を考案した。そのために、オリフィス流れ式(開口の上下流両側の差圧と開口を通過する気流量との関係式)と実際の通風量との間の誤差要因を解明し、従来のオリフィス流れ式に代わる改良型の関係式を実験データに基づいて考案した。(2)建物に作用する風圧係数分布予測法の開発暖冷房負荷計算のためには、標準気象データが整備され、室温や負荷の予測の道筋はつけられている。これに対して、いわゆる自然エネルギー利用技術のひとつである通風や自然換気に係る現象予測のためには、既に整備が進んでいる風向風速データのみでは不十分であり、着目する建物の形状や周辺に存在する遮蔽物の影響を加味した風圧の推定方法が重要となる。このため、環境設計用の風圧係数データベースの整備を進め、その一環として隣接建物の影響を評価するため使用可能なデータの収集を行った。風洞実験は日本大学生産工学部境界層風洞(幅2200mm、高さ1800mm)において実施し、縮尺250分の1の模型を使用した。風圧測定を行った模型は、中層及び高層の集合住宅(板状、長方形平面)を模擬したものを中心とした。自然風を活用した建築環境設計計画法の確立を目的として、平成14年度においては主として、第一に窓のような大開口を通じた通風量及び建物に作用する風圧力に関する実験室実験を建築研究所通風実験棟において実施し、風向が異なる場合における開口部流量係数の変化の様子を定量的に把握した。また、壁面風圧、建物内部床面風圧、開口部通過気流速の時系列データを解析し、時間的な相関性を把握することによって気流圧力性状の理解を深めることを試みた。流量係数が風向によって変化する様相を明らかにし、値が定格的な流量係数値をほぼ上回らないこと、多くの条件で定格的な流量係数の数分の一程度に低下する可能性があることなどを明らかにした。第二に、250分の1建物縮尺模型を使用し、様々な立地条件(粗度)における様々な形状の建物に作用する風圧及び風圧係数を収集した。建物形状は、その高さ、幅、奥行き、その他の平面形状(直線、くの字形、星形、L字形等)を変えて多様な条件での風圧係数データを収集した。多様な条件に関する建物への作用風圧を予測するためのデータベースのあり方についての検討を開始した。さらに、一対の建物模型を用い、相互の距離や位置関係を変更した風洞実験を行って、隣接建物による遮風効果を予測するための方法を検討した。第三に、戸建住宅に関する作用風圧の予測手法を作成するため、異なる風洞を用いて模型実験を実施するための予備実験を実施した。これについては、圧力測定手法や風洞実験条件の改良のためにさらに本格的な実験の開始に向けて準備が必要である。

自然風を活用した建築環境設計計画法の確立を目的として、平成14年度における(1)風向が異なる場合における開口部流量係数の測定、(2)壁面・床面風圧及び開口部通過気流速の時間的な相関性の把握、(3)建物縮尺模型を使用し、様々な立地条件(粗度)における様々な形状の建物に作用する風圧及び風圧係数を収集、(4)一対の建物模型を用い、相互の距離や位置関係を変更した風洞実験を行って、隣接建物による遮風効果を予測するための方法を検討、(5)戸建住宅に関する作用風圧の予測手法を作成するため、異なる風洞を用いて模型実験を実施するための予備実験を実施、等を行った。平成15年度においては、(1)流量係数の変化の原因を探る目的で開口部平均風速の外部風速に対する比、開口部流入気流角度との関係を調べ、風速比については流量係数の下限を特定できる見込みを、角度については流量係数との相関がよいことを確認した。(2)実際のサッシをモデル建物に取り付けた実験を行って、(1)と同様のデータを得た。(3)建物外部に樹木や衝立を置き、それによる開口部の風圧変化の計測、気流性状の可視化を行った。(4)典型的と考えられる戸建住宅地の模型を製作し、建物に作用する風圧の計測を行ったとともに、ビルについても種々の形状のもの、或いは隣接建物の遮風効果に関する実験を計測して行った。(5)風圧係数のデータベース用のソフトウェアを作成した。(6)夏期において、実際の戸建住宅における通風現象及び通風による夜間温度低下効果に関する実測を行った。平成16年度以降の課題としては、(a)オリフィス流れ式を応用した通風量予測方法を確立すること、(b)風圧係数データベースを完成させること、(c)可能な限り、通風の温熱環境影響を明らかにし、通風計画上の要点を明確にすること、等が挙げられ、これらを中心に取り組む予定である。平成15年度までに、矩形から開始してヘの字型、コの字型、ロの字型、かまぼこ型等の多様な形状の建物模型を用いて風圧係数実測を行った。また、一対の建物同士が及ぼし合う遮風効果に関する実験、戸建住宅地における風圧分布の実験に関しても実測を行った。平成16年度は、さらに多様な形状の建物に関する実験を進めるとともに、風影モデル等のモデルを用いた遮風効果予測手法の開発に取り組むため、複数の建物模型を用いた相互の遮風効果に関する実験を系統的に進めた。また、建物の形状、立地条件(地表面粗度)、隣接建物、風向等の要因を加味して、任意の建物壁面に作用する風圧を予測するためのデータベースの初期のものに関しては平成15年度に製作したが、平成16年度においては、その使い勝手及び有効性の検討を行うとともに、追加的なデータの収納方法の検討等を行って改良した。一対開口の最も基本的と思われる条件に関しては、流入流出各々の開口に関する流量係数の測定、その変化要因に関する検討は平成15年度にほぼ終了し得たが、開口位置が基本条件とは異なる場合や3開口以上が存在する場合など、さらに多くの条件下における流量係数の実測を実施した。また、通風時における建物全域及び開口部周辺の気流に関する可視化を行った。実験では、流れの動圧や静圧を直接測定することが困難な場合がある。また、多数の条件の組み合わせについて実験を行うことの困難な場合がある。さらに、自然通風計画のために実用的に流体数値計算を実施する場合も考え得るので、実験結果を流体数値計算によって再現あるいは計算結果の検証を行った上で、通風現象の仕組みを解明するために流体数値計算手法を活用する方法を検討した。さらに、流体数値計算よりも実用性が高いと思われる換気回路網モデル(既開発のVENTSIM)の改良を行った上で、通風量予測に適用し、その精度の検証を行った。
放射光励起反応による新ナノ反応場の構築とSTMによる評価

放射光エッチング反応の励起エネルギー依存性測定技術とこの反応を利用したナノ加工技術の開拓、およびその素性の良い応用の開拓を目標として研究をすすめ、以下の成果を得た。(1)STM専用アンジュレータビームラインの建設と応用分子研UVSORの高度化改造工事に歩調をあわせ、ビームライン7UにSTM測定専用のアンジュレータビームラインと、実験ステーションとしての超高真空STM装置の設計と製作を進め平成15年度に完成した。水素終端Si(111)表面にアンジュレータ光を照射し、Si-H結合の切断を観測した。(2)生体ナノ反応場の製作の発案から分子による情報伝逮-分子通信-の新概念の提案。放射光エッチングで微細加工を施したSi表面に、脂質二重膜とチャンネルタンパク質を集積した、サポーテッドメンブレンバイオセンサーを発案し、この素子を製作するのに必要な多くの要素技術:シリコン表面のナノ加工、表面の-CH_3化や-COOH化などの領域選択的化学修飾、ベシクルフユージョンによる脂質二重膜の堆積など、の開発をほぼ完了した。本センサーは、分子を情報伝達媒体とする生体内情報伝達系の受信素子とみなせる事から、"分子通信"という新しい学術分野の重要性を提案した。(3)埋め込み金属層基板を用いた赤外反射吸収分光(BML-IRRAS)技術の開拓と応用。シリコン表面での水素と水の反応の観測にBML-IRRASを応用し、酸化の度合いの異なる色々なSiH_2に帰属される3対の二重項バンドを発見し、BML-IRRASの特徴:指紋領域を含む広い周波数範囲での、高感度高分解能、基板表面に垂直な遷移則、などを初めて明瞭に実証した。Si表面に固定化したタンパク質のBML-IRRAS測定により生体物質測定に特に有用であることを確認した。放射光励起によるSi表面酸化膜の除去により650-700°Cの低温で熱平衡状態のSi表面が得られることを見出した。この現象について二次元ガスモデルによる解析を行い、電子励起により、二次元ガス密度の増大と表面ホッピング速度の増大が起こっていることを明らかにした。また、この現象を利用して、10nmレベルのナノ構造を自己組織化現象を利用して領域選択的に作成できる見通しを得たので、Si基板表面に、配置や配向を制御して、脂質やタンパク質を堆積しこれらの物性や表面反応特性を調べる研究を新たにスタートした。2000年度は、クリーンルーム、超純水設備、化学反応器具などの実験設備の準備を終え、Si表面にdodecanの自己組織単層膜の堆積を行った。上記の、半導体表面反応および自己組織単層膜の特性解析手法として、埋め込み金属層(BML)基板による赤外反射吸収分光法(BML-IRRAS)の開発と応用の研究を進めた。この手法によりSi(100)表面での水素吸着反応を調べ、変角振動領域に現れる二重項ピークが、単独SiH_2と隣接SiH_2によることを明らかにした。また、基板温度の条件を変えてSi(100)表面に水素を飽和吸着させ、モノハイドライド終端のSi(100)理想表面を得ることに成功した。また、この理想表面が得られる条件から、さらに基板温度を上昇させると水素が脱離し、被服率が低下する。被服率とピークシフトとの関係をダイポールダイポールカップリング効果によって説明し、誘電率の分子振動の項の常数を決定した。この結果については、さらにこの理想表面の安定性を調べた後、上記のSi(100)表面への生体物質堆積の前処理過程として応用する。アンジュレータ放射光励起によるSi表面の反応をSTMによってその場観察するための実験系(超高真空STM装置)の設計を進めた。

放射光によるナノ反応場の構築とそのSPMによる評価に加え、平成13年度より、この反応場における生体機能性物資の自己組織化反応の研究と、これによるシリコン基板表面での生体機能の創成の研究をスタートした。各項目ごとに研究実績を報告する。(1)放射光励起反応のSTMその場観察について、励起エネルギー依存性を調べるための専用アンジュレータビームラインとSTM装置の製作を進めた。STM装置の立ち上げを終了し、ビームラインについては設計をほぼ完了した。さらに、放射光エッチングにより微細構造を形成するための専用ビームラインを完成し、SiO2/si(100)基盤のエッチングを行い、最先端のプラズマエッチングと比較し、約一桁平坦度の良いエッチングが簡単に出来ることを見出した。オングストロームレベルの平坦度と高い清浄度が要求される生体物質堆積用基板の加工に極めて適しているエッチング技術であることを確認した。(2)埋め込み金属層を用いた赤外反射吸収分光(BML-IRRAS)技術の開発の一環として、BML基板をウエハーボンディングにより製作することを試みた。ウエハーボンディングに成功し基板を試作した。今後IRRAS測定に応用し性能を評価する予定である。(3)SI(100)基板を水素終端し、その表面に各種の自己組織アルキル単分子膜を形成し、BML-IRRASにより評価した。シリコン基板表面の凹凸の程度の増大とともにCH2伸縮振動ピークがシフトすることを見出した。一方、表面粗さが一定の場合は被服率が変わってもピーク位置が変わらないことから、膜の成長が島状成長機構によっていると結論した。(4)Si(100)の完全な水素終端表面を得る条件を見出すとともに、この表面の水分子との反応をBML-IRRASにより調べた。3x1終端面は反応しにくいのに対し、2x1表面は容易に反応し、酸化が進むことを見出した。また、完全終端の条件においても、水素原子がSiバルクに容易に拡散し、SiH伸縮振動の線幅が広がることを見出した。放射光(SR)エッチングによるSi表面ナノ反応場の形成、STMやAFMによる構造評価、Si表面の自己組織有機単分子膜(SAM)による修飾と生体機能物質の集積、の研究を進め以下の実績を得た。平成13年度末から始めた"生体機能物質の集積"のサブテーマについてはその進展が著しく、また国外との競争も激しい分野であるので、本科研費で予定されている15年度の補助金100万円では極度に研究費が不足のため、新たな研究費を投入して4年間ほど研究を継続したいと考え、「計画最終年度前年度の申請として基盤研究(A)」を提案した。特に下記アンダーライン部は本基盤(B)提案時以降、研究遂行中に生れたアイデアや概念であり、基盤(A)の審査に当たってはぜひ考慮していただきたい。(3)上記(1),(2)と収束イオンビーム技術とを組み合わせ、径60nmのナノ加工に成功。これらの成果をいかして、対称性を制御したナノ反応場を形成し、一個のタンパク質の配置と配向およびその分子認識反応を制御する研究に着手。*文字数の制限のため、STMとBML-IRRAS(赤外反射吸収分光)の報告を省略(投稿中を含め4報の論文を執筆)。放射光によるナノ反応場の構築とそのSTMによる評価の成果の応用として、平成13年度よりナノ反応場における「生体機能性物質の自己組織化反応」のサブテーマを追加した。
0.2ミクロンより小さい細菌(ナノバクテリア)の多様性と系統分類に関する研究

通常の表層海水試料に加えて、深部地下水ならびにトカラ列島や口永良部島などの火山域、サハラ・ゴビ砂漠、北極・南極等の極限環境試料から孔径0.2ミクロン(μm)通過菌(すなわちナノバクテリア)の単離・培養を試みた。上記試料液あるいは懸濁液を三連にした孔径0.2ミクロンSterivexフィルターで濾過し、その濾液を貧栄養の1/100LB液体培地に接種した後、濁りの生じた培地をさらに1/100LB寒天培地に塗布し、形成した単コロニーからの釣菌および画線を繰り返して、0.2ミクロン通過菌、(極微小菌)の単離を行い、6株を取得することができた。このうち好気・室温条件で増殖が比較的速い深部地下水由来の3株の分子系統を16S rRNA遺伝子で調べたところ、それぞれ既知の属(Acidovorax、Micrococcusおよびphaeospirillum)に帰属することが分かった。この深部地下水由来の3株について、一酸化炭素と二酸化炭素の変換および亜硫酸と硫酸の変換という地球化学的な機能を有する酵素の遺伝子を得ることができた。また、一本鎖DNAの分解、突然変異源である酸化ヌクレオチドの分解酵素、トレハロース生合成の最終段階、グルタミン酸の生成(synthetaseではなく、糖代謝とアミノ酸代謝を結ぶsynthase)など、種々の代謝に関わる酵素の遺伝子も得ることができ、極微小生物の生理に関する基礎知見を拡充することができた。海底火山(水曜海山)や背弧海盆(マリアナ・トラフ)などの深海熱水噴出孔で採取した熱水/海水の混合試料から、0.2ミクロン以上の画分と0.10.2ミクロンの画分を取得し、それぞれの画分からバルクDNAを抽出して、従来的な微生物DNAと本研究のターゲットである極微小生物DNAを別個に獲得した。このDNAについて、原核微生物の系統分類に汎用されるバクテリアとアーキアの16S rRNA遺伝子をPCR法により増幅したところ、バクテリア・アーキアともに16S rRNAが増幅されたので、各々の試料・画分のPCR産物について50個前後を単離し、その近全長塩基配列を決定した。ここで、アーキア遺伝子も検出されたことから、バクテリア(細菌)だけでなくアーキア(古細菌)も対象に含めることとし、研究課題名にあるナノバクテリアという呼称ではなく、「極微小生物」という呼称を用いることにした。16S rRNA遺伝子の結果、バクテリア・アーキアともに新規遺伝子が多数発見され、極微小生物が新種の宝庫である可能性が示唆された。特にバクテリアでは「培養例はまだないが遺伝子解析からその存在が強く示唆される新規微生物グループ」であるcandidate divisionという推定上の細菌門に属する16S rRNA遺伝子が顕著であった。また、アーキアでは生物進化の系統樹の根元近くから深く分岐しdeep-branchingと呼ばれるような16S rRNA遺伝子が見つかり、極微小生物の中に現生の生物の「共通祖先に最も近い」ものが含まれている可能性が示唆された。現在、その結果をまとめた論文原稿を専門学術誌に投稿中である。また、今後はそのような微生物の単離・培養に向け努力する予定である。伊豆-小笠原弧の海底火山(水曜海山)やマリアナ背弧海盆の深海熱水噴出孔で採取した熱水/海水の混合試料から、0.2ミクロン以上の懸濁物画分と0.10.2ミクロンの懸濁物画分(すなわち極微小生物画分)を取得し、それぞれからバルクDNAを抽出して、原核微生物の系統分類に汎用されるバクテリアとアーキアの16S rRNA遺伝子をPCR法により増幅した。増幅産物について50個前後を単離し、その近全長塩基配列を決定した。16S rRNA遺伝子の結果、バクテリア・アーキアともに未知の系統群に属する遺伝子配列(phylotypes)が多数発見され、0.1O.2ミクロンの懸濁物画分(極微小生物画分)が新規微生物の宝庫である可能性が示唆された。特にバクテリアでは「そこに生息しているが培養された例がない」(viable-but-nonculturable)VBNCと称される微生物の代表例であるcandidate divisionという推定上の細菌門に属する16S rRNA遺伝子が顕著であったほか、アーキアでは生物進化の系統樹の根元近くから「深く分岐している」(deep-branchng)と形容される16S rRNA遺伝子が見つかり、極微小生物の中に現生の生物に「最も近い共通祖先」(last umiversalcoumon ancestor、LUCA)に迫る可能性のあるphylotypesが含まれている可能性が示唆された。この結果をまとめた論文が専門学術誌に印刷中であるほか、そのようなphylotypesのコレクションを引き続き拡充する予定である。上記試料液あるいは懸濁液を三連にした孔径0.2ミクロンSterivexフィルターで濾過し、その濾液を貧栄養の1/100LB

液体培地に接種した後、濁りの生じた培地をさらに1/100LB寒天培地に塗布し、形成した単コロニーからの釣菌および画線を繰り返して、0.2ミクロン通過菌、(極微小菌)の単離を行い、6株を取得することができた。このうち好気・室温条件で増殖が比較的速い深部地下水由来の3株の分子系統を16S rRNA遺伝子で調べたところ、それぞれ既知の属(Acidovorax、Micrococcusおよびphaeospirillum)に帰属することが分かった。この深部地下水由来の3株について、一酸化炭素と二酸化炭素の変換および亜硫酸と硫酸の変換という地球化学的な機能を有する酵素の遺伝子を得ることができた。また、一本鎖DNAの分解、突然変異源である酸化ヌクレオチドの分解酵素、トレハロース生合成の最終段階、グルタミン酸の生成(synthetaseではなく、糖代謝とアミノ酸代謝を結ぶsynthase)など、種々の代謝に関わる酵素の遺伝子も得ることができ、極微小生物の生理に関する基礎知見を拡充することができた。