hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幼稚園児の家庭内受動喫煙状況と家族の意識－尿中コチニン測定と質問紙調査から－

本研究は,幼稚園児の受動喫煙状況を把握し,その結果を同居喫煙者に通知する介入で,禁煙に対する行動変容stageの変化や幼稚園児の受動喫煙環境の把握を目的とした.介入の結果,喫煙者は,受動喫煙の回避行動をとる者が増加したが,受動喫煙者は認められた.また,禁煙に対する行動変容stageの変化は有意な関連は認められなかったが,1年間で禁煙を試みた者があった.これらの結果から,喫煙場所による受動喫煙の回避は困難であることや,介入によって禁煙に対する何らかの影響を及ぼした可能性が考えられる.本年は,幼児の家庭内受動喫煙状況と家族の意識を把握するための調査を実施した.2012年1月より,11の幼稚園で実施した.対照群と介入群に分け,子ども・喫煙者に関する項目は自記式調査により把握した.禁煙に対する行動変容段階は,トランスセオレティカルモデルを基に,「無関心期」を詳細に把握するために,禁煙には関心が無いを「無関心期1」とし,禁煙に関心はあるが6か月以内には禁煙を考えていない「無関心期2」とした.幼児の受動喫煙状況は尿中コチニン値測定により把握した.対照群(n=17)では家庭内喫煙者数は,各世帯とも1人のみであった.喫煙者の続柄は,母親3人(17.6%),父親13人(76.5%),その他1人(5.9%)であった.受動喫煙の回避行動は,13人(76.5%)が行われていた.禁煙に対する行動変容stageは,無関心期(1)15人(29.4%),無関心期(2)7人(41.2%),関心期5人(29.4%),準備期0人(0.0%)であった.介入群(n=49)では家庭内喫煙者数は,平均1(SD 0.5:1-2)人のみであった.喫煙者の続柄は,母親10人(20.4%),父親38人(77.6%),その他1人(2.0%)であった.受動喫煙の回避行動は,30人(61.2%)が行われていた.禁煙に対する行動変容stageは,無関心期(1)11人(22.4%),無関心期(2)30人(61.2%),関心期5人(10.2%),準備期3人(6.1%)であった.幼児の尿中コチニン値では,受動喫煙が疑われる10ng/ml以上が20人(40.8%)であった.今後,1年後の禁煙の行動変容意識の変化を分析し,終了後発表予定である.本研究の目的は,幼稚園児の受動喫煙状況を尿中コチニン値により把握し,その結果を同居喫煙者に通知することで,同居喫煙者の禁煙に向けての行動変容段階の変化の有無と,行動変容段階の変化の関連要因を明らかにすることである.研究デザインは,幼稚園単位に割付けた比較介入調査とした.調査対象は,幼稚園児をもつ喫煙者とした.方法と研究期間は介入群と対照群の禁煙意識や喫煙状況等を調査し,介入群には幼稚園児の尿中コチニンを測定して,結果通知直後と1年後の禁煙の行動変容におけるステージの変化を比較した.平成23年度より,11の幼稚園にて実施し,介入群と対照群に分け,幼児と喫煙者に関する項目は自記式調査により把握をおこなった.禁煙に対する行動変容段階は,トランスセオレティカルモデルを使用し,「無関心期」を詳細に把握するために全く禁煙に関心がないものを無関心期(1)とし,禁煙には関心があるが6か月以内には禁煙を考えていないものを無関心期(2)とした.また,介入群には受動喫煙の状況把握には幼児より採尿したコチニン値も測定をした.第1回の調査では,対照群(n=17)は母親3人,父親13人,その他1人であった.受動喫煙の回避行動は,13人が行われていた.禁煙に対する行動変容stageは,無関心期(1)15人,無関心期(2)7人,関心期5人,準備期0人であった.介入群(n=49)では母親10人,父親38人,その他1人であった.受動喫煙の回避行動は,30人が行われていた.禁煙に対する行動変容stageは,無関心期(1)11人,無関心期(2)30人,関心期5人,準備期3人であった.幼児の尿中コチニン値では,受動喫煙が疑われる10ng/ml以上が20人(40.8%)であった.第2回の1年後の調査では,対象群,介入群共に計画していた回収率を満たさなかったことから,現在も調査継続中である.本研究は,幼稚園児の受動喫煙状況を把握し,その結果を同居喫煙者に通知する介入で,禁煙に対する行動変容stageの変化や幼稚園児の受動喫煙環境の把握を目的とした.介入の結果,喫煙者は,受動喫煙の回避行動をとる者が増加したが,受動喫煙者は認められた.また,禁煙に対する行動変容stageの変化は有意な関連は認められなかったが,1年間で禁煙を試みた者があった.これらの結果から,喫煙場所による受動喫煙の回避は困難であることや,介入によって禁煙に対する何らかの影響を及ぼした可能性が考えられる.

目的:本研究の目的は,幼稚園児の受動喫煙状況を尿中コチニン値により把握し,その結果を同居喫煙者に通知することで,同居喫煙者の禁煙に向けての行動変容段階が,変化するかどうかを明らかにすることである.また,行動変容段階が変化するもの者と,変化しない者の要因を明らかにすることである.研究デザイン:幼稚園単位に割付けた比較介入調査を行う.対象:幼稚園児をもつ喫煙者とした.方法と研究期間:介入群と対照群の禁煙意識や喫煙状況等を調査し,介入群には幼稚園児の尿中コチニンを測定して,結果通知直後と1年後の禁煙の行動変容におけるステージの変化を比較する.期間は平成23年12月平成26年3月とし,その内の約1年間とする.目標対象者数:介入群と対照群それぞれ130人,計260人とした.2012年は,1月から7月にかけて第一回の調査を実施した.調査対象者が,目標数に達しないため追加依頼を行い,協力園の依頼から実施まで時間を要した.2011年度は、4 8月に子どもの受動喫煙と禁煙支援の動機づけを中心に最新の文献レビューを,812月にデータ収集準備として質問紙作成,協力者との調整および倫理審査の承認を,1 3月に参加協力者の募集と,データ収集を実施した.目標対象者数に満たないため,協力者の依頼に時間を要した.今後は,第一回の参加者の追跡調査を実施し,一年後の受動喫煙の状況と禁煙に対する行動変容段階の変化を測り,対照群と介入群との比較を解析する.調査対象者の目標対象者数を満たすため更に協力者の依頼を行う.現在の参加協力者には,尿のコチニン測定と結果の返送を行い,その結果を確認した喫煙者から,禁煙に対する行動変容ステージの変化を測定する.さらに第1回データ収集を踏まえ,第2回データ収集を実施し,1年後の禁煙に対する行動変容ステージと採尿を実施し,ステージの変化と受動喫煙を検証する.2013年は,一年後の追跡調査の実施ならびに解析を行い,研究協力者への報告や国内外への研究発表を行う計画である.2012年度は,協力者の依頼・自記式質問紙調査・尿検査実施および解析・協力者への謝礼・検査結果通知・再自記式質問紙調査,再尿検査実施および解析・集計および結果分析・研究発表等に使用する計画である.
有肺類左右反転の量的変異に関する進化生態学的研究

巻貝の交尾器は正中面ではなく体の側面にある。このため、左右逆に発生すると野生型との交尾が物理的に難しくなり、淘汰される。この正の頻度依存淘汰は、交尾せずに放精放卵する巻貝や、交尾器が正中線にある動物では生じえない。にもかかわらず、左右逆に発生する内臓逆位の系統や種は進化しておらず、巻貝同様に螺旋卵割する他の冠輪動物においても進化していない。左右反転に対する純化淘汰はこの進化パターンを説明しうるがメカニズムは不明である。交雑実験により同一両親の核ゲノムを共有する右巻と左巻のきょうだいを作成しても、右巻と左巻は互いの鏡像対称には発生しない。しかも、左巻変異体は右巻に比べ孵化率が低い。ゆえに不可前の発生段階で左右反転に対する純化淘汰が生じる。もしこの純化淘汰が左右反転の進化を抑制するなら、なぜ交尾する巻貝でのみ左巻がくり返し進化できたのかが問題となる。本研究の目的は、左右逆に発生する巻貝の進化を可能にする遺伝システムの存在を検証することにある。螺旋卵割の8細胞期に動物極からみて小割球が大割球に対して回転する角度(螺旋度)は、個体間で量的に変異し、正規分布から有意にはずれていない。左巻予定胚の螺旋度の個体間の分散は、右巻予定胚の分散よりも有意に大きく、平均値の絶対値が前者では有意に小さい。螺旋度が高ければ孵化率も高い。この右巻と左巻の量的変異に相加遺伝分散が有意にあるかを検証するため、自家受精を繰り返した結果、右巻では自家受精しても孵化率は改善せず、左巻でのみ自家受精すると集団繁殖した場合と比べ統計的に有意に孵化率が高くなり、右巻と同等になった。これは、右巻と左巻の間で相互に独立に自然選択に応答する相加遺伝分散が存在することを示唆する。29年度が最終年度であるため、記入しない。巻貝の交尾器は体側にあるため、左右反転すると野生型との交尾が難しくなり、淘汰される。この正の頻度依存淘汰は、放精放卵する巻貝や、交尾器が正中線にある動物では生じえない。にもかかわらず左右逆に発生する系統は進化していない。純化淘汰はこの進化パターンを説明しうるがメカニズムは不明である。モノアラガイの左右反転変異を用いた研究から、たとえ同一両親の核ゲノムを共有しても、右巻と左巻は互いの鏡像対称には発生せず、左巻変異体は孵化率が低いことが明らかである。この初期発生での純化淘汰が反転進化を抑制するなら、なぜ交尾する巻貝でのみ左巻がくり返し進化できたのかが問題となる。そのために螺旋卵割が鏡像対称からずれる角度(螺旋度)のきょうだい間の分布を異なる交配対(両親)の間で比較する測定値を得た。正規分布から有意にはずれていないことを確認し、両親しだいで正規分布の平均値が異なることを立証した。左巻のきょうだい間の螺旋度の分散は、右巻きょうだい間の分散よりも有意に大きく、かつ平均値の絶対値が前者では有意に低いことを統計的に確認した。これは、左巻予定の初期胚の螺旋卵殻が右巻野生型の螺旋卵割とは鏡像対称には進行せず、左右極性が量的に左巻変異系統では低いことを示す。しかも本交配実験から、その量的差異は系統間の遺伝的背景の差異によるものではなく、母性効果因子による左右極性の変異それ自体に起因することが明らかである。螺旋度の量的変異に有意に遺伝的変異が寄与していることを示す証拠を得た。これは、母性効果因子による左右極性の変異に加え、左右極性を量的に左右する遺伝的変異が実在することを示す点で画期的である。その平均値は両親しだいで変化する。

したがって、螺旋卵割の左右極性は左巻予定胚のほうが野生型の右巻予定胚よりも量的に低い(弱い)。この量的差異は右巻と左巻を別個に系統維持したために生じる系統間の遺伝的背景の差異によるものではなく、初期胚の左右極性を決定する母性効果因子と螺旋卵割の螺旋度を量的に左右する因子との相互作用に起因すると考えられる。しかも、右巻予定胚の螺旋度の量的変異は孵化率と無関係ではあるが、左巻予定胚の螺旋度の絶対値にみる量的変異と孵化率には正の関係があることをつきとめた。螺旋度の量的変異と以降の個体発生(形態形成)との関係に関する実験計画を順調に遂行できている。巻貝の交尾器は正中面ではなく体の側面にある。このため、左右逆に発生すると野生型との交尾が物理的に難しくなり、淘汰される。この正の頻度依存淘汰は、交尾せずに放精放卵する巻貝や、交尾器が正中線にある動物では生じえない。にもかかわらず、左右逆に発生する内臓逆位の系統や種は進化しておらず、巻貝同様に螺旋卵割する他の冠輪動物においても進化していない。左右反転に対する純化淘汰はこの進化パターンを説明しうるがメカニズムは不明である。交雑実験により同一両親の核ゲノムを共有する右巻と左巻のきょうだいを作成しても、右巻と左巻は互いの鏡像対称には発生しない。しかも、左巻変異体は右巻に比べ孵化率が低い。ゆえに不可前の発生段階で左右反転に対する純化淘汰が生じる。もしこの純化淘汰が左右反転の進化を抑制するなら、なぜ交尾する巻貝でのみ左巻がくり返し進化できたのかが問題となる。本研究の目的は、左右逆に発生する巻貝の進化を可能にする遺伝システムの存在を検証することにある。螺旋卵割の8細胞期に動物極からみて小割球が大割球に対して回転する角度(螺旋度)は、個体間で量的に変異し、正規分布から有意にはずれていない。左巻予定胚の螺旋度の個体間の分散は、右巻予定胚の分散よりも有意に大きく、平均値の絶対値が前者では有意に小さい。螺旋度が高ければ孵化率も高い。この右巻と左巻の量的変異に相加遺伝分散が有意にあるかを検証するため、自家受精を繰り返した結果、右巻では自家受精しても孵化率は改善せず、左巻でのみ自家受精すると集団繁殖した場合と比べ統計的に有意に孵化率が高くなり、右巻と同等になった。これは、右巻と左巻の間で相互に独立に自然選択に応答する相加遺伝分散が存在することを示唆する。左巻予定胚の螺旋度にみる量的変異と右巻予定胚の螺旋度にみる量的変異との比較を進め、初期胚の左右極性の量的変異と左右極性それ自体との相関が生じる遺伝的メカニズムを追究する。左右極性の量的変異だけで、孵化前の生存率のきょうだい内変異、交配対の間の生存率の差異、および右巻予定胚と左巻予定胚の間の生存率の差異を説明可能であるか否かを検証する。左巻予定胚の螺旋度にみる量的変異と右巻予定胚の螺旋度にみる量的変異との比較をさらに進め、初期胚の左右極性の量的変異がもつ発生学的な意味と進化学的な意味を理解するための遺伝解析を遂行する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
微小反応場としての大腸菌フロックの形成制御と機能化

本研究では,bcsBの過剰発現によって誘導される大腸菌の自発的なフロック形成が,外膜小胞と呼ばれる細胞外小胞の産生と関連していることを明らかにした.続いて,エタノール発酵をモデルケースとして,大腸菌のフロック形成を利用した菌体濃縮操作が発酵プロセスにおける生産性を向上できることを実証した.さらに,フロックの構成成分はタンパク質性であり,質量分析の結果から同定されたTsfタンパク質と融合発現させることで,組換えタンパク質を大腸菌のフロック上に修飾できることを示し,更なる機能化への足掛かりを得ることができた.微生物フロックは,これまで活性汚泥法に代表される浮遊式生物水処理技術において,産業的に利用されてきた.フロック形成能力は活性汚泥の性質を決める上で重要であるが,その自己凝集メカニズムは明らかとなっていない点が多い.本研究の目標は,大腸菌のフロック形成機構の解明と分子修飾に基づいた機能化の設計開発指針の確立である.大腸菌フロックを微生物集合体として用いることで,細胞内・細胞間の活性化を行う反応場として捉えることができる.微生物フロック形成の自在な制御が可能になれば,廃水処理,有用物質生産,感染症対策など,微生物が関与する分野・産業への波及効果は大きい.まずは,bcsB遺伝子の過剰発現により形成された大腸菌のフロックに関して,その誘導機構の解明と詳細な構造解析を行った.樹脂包埋したフロックのTEM観察や,LC-MS/MS解析などによるフロック構成成分の分析を行った結果,メンブランベシクルと呼ばれる大腸菌が産生する直径20-250 nmの細胞外小胞体が重要な役割を果たしていることを明らかにした.この結果は,メンブランベシクル産生量が促進または抑制すると報告されている欠損株を使用することでも裏付けられた.次に形成するフロックのサイズを制御するパラメータとして,培養中の撹拌速度に着目した.結果として,撹拌速度が大きくなるにつれてフロックサイズは減少し,沈降に要する時間が長くなることが明らかとなった.この結果は,撹拌速度の増加に伴いせん断力などの物理的な力がかかり,フロックの凝集を妨げたためであると考えられる.今後は,形成された大腸菌フロックを,有用物質生産プロセスにおいて利用していく予定である.現在までのところ,大腸菌のフロック形成現象において,細胞外小胞体が重要な役割を果たしていること,ならびに培養中の撹拌速度を変化させることでフロックサイズを制御できることを明らかにした.また予備的な検討により,フロック表面上に多く存在するタンパク質の存在を明らかにしており,融合タンパク質をデザインすることでフロック上におけるタンパク質の固定化が可能であることを示唆している.前年度に構築した大腸菌のフロック形成制御手法に基づき,モデル系としてエタノール生産大腸菌であるKO11を対象として,連続回分反応において形成したフロックによる沈降濃縮操作を行い,生産速度が約2倍に向上することを試験管レベルで実証した.さらに1Lのジャーファーメンター培養にスケールアップし,同様に沈降濃縮操作により生産速度が増加することを確認することでき,フロック形成が大腸菌を用いた有用物質生産において生産効率を向上させることを示せた。また前年度までの結果から,フロックの主構成成分はタンパク質であること,さらにLC-MS/MS解析により,翻訳因子の1つであるElongation factor Ts (Tsf)と呼ばれるタンパク質の存在比率が最も高いことを確認していた.そこで本年度は,TsfにGFPを融合して発現させ,フロック上における融合タンパク質の修飾を試みた.共焦点レーザー顕微鏡によって観察した結果,フロック上に融合タンパクの発現が確認でき,特にGFPの緑色蛍光は菌体が存在しない領域も含めたフロック構造全体にわたって確認された.このことから,Tsf-GFPは菌体の外側にも排出され,フロック表面上に固相分泌発現されていると考えられた.一方で,tsfを融合せずGFPのみを発現した場合には,菌体内のみにGFPが局在している様子が確認された.この結果はウエスタンブロッティングによる定量解析によっても裏付けられ,翻訳因子Tsfと融合することで,大腸菌フロック上におけるタンパク質修飾が可能であることが実証された.得られたこれらの研究結果は,大腸菌フロック形成を利用した物資生産における効率化や,フロックの更なる高機能化の実現に向けて大きな意義を持つものである.本研究では,bcsBの過剰発現によって誘導される大腸菌の自発的なフロック形成が,外膜小胞と呼ばれる細胞外小胞の産生と関連していることを明らかにした.続いて,エタノール発酵をモデルケースとして,大腸菌のフロック形成を利用した菌体濃縮操作が発酵プロセスにおける生産性を向上できることを実証した.さらに,フロックの構成成分はタンパク質性であり,質量分析の結果から同定されたTsfタンパク質と融合発現させることで,組換えタンパク質を大腸菌のフロック上に修飾できることを示し,更なる機能化への足掛かりを得ることができた.今後,上記のサイズ制御技術に基づき形成されたフロックに対して,さらに融合タンパク質を利用した機能化を行い,有用物質生産へと展開していく.具体的には,モデル系としてエタノール生産大腸菌であるKO11を使用して,形成したフロックによる沈降濃縮操作を行い,連続回分反応においてフロック形成の有効性を実証していく.他にも,融合タンパク質のフロック表面への固相分必発現が可能であると考えており,フロックの反応場としての積極的な利用を試みる予定にしている.生物化学工学旅費が計上していた金額よりも小さい支出となったため、次年度使用額が生じた.旅費以外の費目に関しては、おおよそ計上していたとおりとなった。
腸炎ビブリオに新たに見出されたIII型分泌装置の解析

腸炎ビブリオ(Vibrio parahaemolyticus)は長年にわたり日本国内における食中毒原因の上位を占めている。われわれは患者由来腸炎ビブリオRIMD2210633株の全ゲノム配列決定の結果、臨床分離腸炎ビブリオのゲノム上にこれまで知られていなかったIII型分泌装置(TTSS)遺伝子群が2セット(TTSS1およびTTSS2)存在していることを明らかにした。本研究では腸炎ビブリオに新たに見出されたこれらTTSSの機能および病原性への関与について研究を行った。本研究により得られた研究成果は以下である。1.TTSS1は腸炎ビブリオのHeLa細胞に対する細胞毒性に、TTSS2は腸管毒性に関与している。2.TTSS1依存的な細胞毒性により細胞はアポトーシスを起こす。3.TTSS1は菌密度の低い状態で産生され、この産生制御にはquorum sensingが関与している。5.TTSS1依存的に分泌される蛋白のうち、VP1680にコードされる蛋白が細胞毒性に関与している。6.CaCo-2細胞はTTSS2依存的に障害を受ける。7.TTSS2依存的に分泌される細菌蛋白が複数明らかになり、そのうちVopTが部分的にではあるが、TTSS2依存的なCaCo-2細胞に対する細胞毒性に関与していることが示された。8.TTSS2関連遺伝子の発現制御に関わる遺伝子、トランスロコンと考えられる遺伝子、およびmolecular switchと考えられる遺伝子を明らかにした。われわれは患者由来腸炎ビブリオRIMD2210633株の全ゲノム配列決定の結果、臨床分離腸炎ビブリオのゲノム上にこれまで知られていなかったIII型分泌装置(TTSS)遺伝子群が2セット(TTSS1およびTTSS2)存在することを明らかにした。本研究では腸炎ビブリオに新たに見出されたこれらTTSSの機能および病原性への関与について研究を遂行中である。これまでに得られている知見は以下である。2.TTSS1は菌密度の低い状態で産生され、この産生制御にはquorum sensingが関与している。以上のように、当初の研究目的に向けて研究は順調に進行中である。これらの成績や今後のデータをもとに、腸炎ビブリオに新たに見出されたIII型分泌装置の機能と病原性への関与について本研究期間内に一定の見解を得るとともに、海洋細菌であるビブリオ属細菌におけるTTSSの意義について考察を行いたい。本年度得られた研究成果は以下である。1.TTSS1依存的な細胞毒性により細胞はアポトーシスを起こす。2.TTSS1依存的に分泌される蛋白のうち、VP1680にコードされる蛋白が細胞毒性に関与している。4.TTSS2依存的に分泌される細菌蛋白が複数明らかになり、そのうちVopTが部分的にではあるが、TTSS2依存的なCaCo-2細胞に対する細胞毒性に関与していることが示された。5.TTSS2関連遺伝子の遺伝子発現制御に関わる遺伝子、トランスロコンと考えられる遺伝子、およびmolecular switchと考えられる遺伝子を明らかにした。

以上のように、本研究により腸炎ビブリオに新規に見出された2セットのIII型分泌装置の機能や責任遺伝子のおもだったものを明らかにすることができた。この成果をもとに今後本装置の病原性への関与の詳細について明らかにしていきたい。
ジョン・ミルトンの精神史的研究

マ-ロウの悲劇『パリの大虐殺』には有名な論理学者ペトルス・ラムスが登場し、聖バ-ソロミュー事件の首謀者ギュイーズ公と哲学論議を交わしながら殺されてゆく、このラムス登場の場面は、従来は「全て不必要な哲学談議」、「奇妙にアカデミックな幕間狂言」といって非難されることが多かったが、最近は「劇的な緊張を高める不可欠な場面」であり、左右の極端な思想に対抗して人間価値を護る、劇全体の「焦点」として好意的に評価されるようになった。いずれにせよ、ギュイーズ公のラムス批判は、次の二点において、カトリックの立場からするラムスとその弟子たちに対する非難を要約している。すなわち、ラムス主義者たちが唱える「二分法」と、証言に拠く論議はinartificialである、という主張である。前者は、スコラ哲学の崩壊後において、明晰判明知を求める哲学の新傾向に符合し、後者は、啓示神学のためにその論理的根拠を提供しようとする主張である、「信仰の論理」を確立しようとするこの努力は、中世の普遍論争に始まって近代のカントにまで継承されるものであり、論敵が、ラムス主義の最も重要な特長を正確に見抜いている点が興味ぶかい。ともあれ、マ-ロウは、ロンドンの一般大衆よりもケンブリッジの学者を対象にして創作したかのようであり、ラムスの造型に自己の自伝的要素を投入している。エリザベス朝の知識人にとって、ラムスの影響が如何に広範で深刻であったかが分かる。
スピン軌道相互作用と電子相関がもたらす物性の理論的研究

有限温度の異常Hall効果における非弾性散乱の影響を調べた.異常Hall効果は強磁性体においてスピン軌道相互作用によって横方向の電流が誘起される現象であり,多バンド系における異常速度(Berry位相)による内因性機構と異常な不純物散乱による外因性機構の2つの機構が提案されていた.絶対零度においてはこれらを統一的に扱う理論的枠組みが構築され,ほぼその全貌が明らかになっている.有限温度においてはフォノンやマグノンによる非弾性散乱を受け,外因性機構は抑制される一方で内因性機構は強固に残ることが実験的に知られていたものの,理論的な裏付けはなされていなかった.我々は強磁性合金に焦点を当て,内因性・外因性両機構を示す最小模型を構成した。不純物はs軌道とpx-ipy軌道をもち,希薄な場合両者の干渉によって外因性機構の1つであるskew散乱を示す.逆に周期的に配列した極限ではpx-ipy軌道の存在により内因性機構を示す,この模型に対し,自己エネルギーの虚部を現象論的に定数・として導入した久保公式を用いて縦・Hall伝導度を数値的に計算した.得られた値を不純物配置に関して平均することにより,不純物による弾性散乱に関しては厳密に扱った.まずHall伝導度σxyと縦伝導度σxxに関して,実験グループが提案していたスケーリング関係-σxy=ρxy0*σxx^2+bが成り立つことを見出した.第1項が外因性機構の寄与であり,Matthiessenの法則と合わせて非弾性散乱によって抑制される.第2項が内因性機構の寄与であり,非弾性散乱の強さによらない.外因性機構の寄与については,バンドがよく定義される両極限でのみ,さらにskew散乱とside jumpの寄与に分解できることも分かった.非弾性散乱に抑制されない内因性機構は,Fermi分布の温度依存性によって温度変化する.特に巨大なBerry曲率を生み出すバンド反交差点がFermi準位直上にあるとき,大きな温度依存性を示す.外因性機構の温度依存性については,非弾性散乱の機構を注意深く検討する必要がある.我々は電子-フォノン相互作用について自己エネルギーの虚部の周波数依存性を取り入れた計算を行った.Debye温度以下の低温では自己エネルギーの虚部が定数であるという近似が妥当でないが,ω=0での値を用いた定数γでの計算で再現できることを見出した.これはFermi面以下全体の積分でなく,Fermi準位直上が主にHall伝導度に寄与していることを示唆する,既に知られているように縦伝導はω=0での値で決まることから,先の計算で得られたスケーリング関係も成り立つことが期待できる.非弾性散乱の起源として電子-フォノン相互作用を取り入れHall伝導度の温度依存性を数値的に調べたが,もうひとつ重要な起源に電子-マグノン相互作用がある.これはスピン反転を伴い,前者とは定性的に異なるとされている.有限温度の異常Hall効果の全貌を明らかにするには独立な両者を取り入れた統一的な手法で計算する必要がある.絶対零度の異常Hall効果の統一理論に有効であったFeynmann図や非平衡Green関数法の利用して,非弾性散乱の主な起源であるフォノンとマグノンを取り入れた計算を行う.スピン軌道相互作用と電子相関が同程度の寄与をもつと期待される5d遷移金属酸化物Na2IrO3について,モデルの構築を行い層状量子スピンHall絶縁体(弱いトポロジカル絶縁体)であることを確かめた.また第一原理バンド計算を行い,モデルの妥当性についても議論を行った.本研究はトポロジカル絶縁体における電子相関の研究の先駆けとなっており,パイロクロア格子上のモデルなどに拡張されている.本研究はPhysical ReviewLetters誌に投稿された.電子相関の効果を考えるにあたり,スレーブローター近似を用いて非磁性絶縁体(スピン液体)における表面状態について議論した.この近似では,まず平均場近似で電荷をもたないスピノンの表面状態が形成され,平均場近似を超えたゲージ揺らぎによってギャップが開くことが示される.Na2IrO3を想定した蜂の巣格子では,反強磁性秩序によるギャップ形成が先に起こるが,パイロクロア格子などのフラストレートした系では,表面状態がほとんどギャップレスの相から完全にギャップが開いた相へのクロスオーバーが観測されることが期待できる.本研究の一部は2009年秋に熊本大学で行われた日本物理学会で発表された.これまでに発見されたBi2Se3などの物質は,ギャップが大きく室温で機能するトポロジカル絶縁体として期待されるが,実験的にはSe欠損によりそのままでは絶縁体とはならない.新たなトポロジカル絶縁体の発見を目指して,BiTelの第一原理計算とモデル計算を行った.結果的には,トポロジカル絶縁体となるには実験値に倍するスピン軌道相互作用が必要であったが,空間反転対称性の破れとスピン軌道相互作用によるpolar metalという興味深い問題を提供した.ひとつの電子状態を電場や磁場で精密に制御できる量子ドット系に対して,交換相互作用とスピン軌道相互作用に由来するDzyaloshinsky-Moriya相互作用を通してひとつのスピンを電場のみで制御する方法を理論的に提案した。

量子ドット系は量子計算機への応用が期待されており,その量子状態を電場のみで制御する本研究は,量子計算機実用化後の省電力化を目指す上で重要であると考える,本研究はPhysical Review Bに掲載され,オンラインジャーナルであるVirtual Journal of Quantum InformationおよびVirtual Journal of Nanoscale Science&Technologyに選ばれた.幾何学的フラストレーションのためにスピンが有限の立体角をもって配列しているMoパイロクロア酸化物系を想定して,2次元カゴメ格子上の二重交換模型における電気伝導,特にそのスピンカイラリティが与える異常Hall効果を考察した.スピン密度を変化させ実空間基底でHall伝導度を数値的に計算することで,低密度極限における実空間のスピンカイラリティによる異常Hall効果と,高密度極限における波数空間におけるBerry位相による異常Hall効果という両極限をつなぐ統一的な理論を構成できる.Hall抵抗率がスピン密度に対して温度と準粒子減衰率に依存した非自明なべきで変化することを見出した.有限温度の異常Hall効果における非弾性散乱の影響を調べた.異常Hall効果は強磁性体においてスピン軌道相互作用によって横方向の電流が誘起される現象であり,多バンド系における異常速度(Berry位相)による内因性機構と異常な不純物散乱による外因性機構の2つの機構が提案されていた.絶対零度においてはこれらを統一的に扱う理論的枠組みが構築され,ほぼその全貌が明らかになっている.有限温度においてはフォノンやマグノンによる非弾性散乱を受け,外因性機構は抑制される一方で内因性機構は強固に残ることが実験的に知られていたものの,理論的な裏付けはなされていなかった.我々は強磁性合金に焦点を当て,内因性・外因性両機構を示す最小模型を構成した。不純物はs軌道とpx-ipy軌道をもち,希薄な場合両者の干渉によって外因性機構の1つであるskew散乱を示す.逆に周期的に配列した極限ではpx-ipy軌道の存在により内因性機構を示す,この模型に対し,自己エネルギーの虚部を現象論的に定数・として導入した久保公式を用いて縦・Hall伝導度を数値的に計算した.得られた値を不純物配置に関して平均することにより,不純物による弾性散乱に関しては厳密に扱った.まずHall伝導度σxyと縦伝導度σxxに関して,実験グループが提案していたスケーリング関係-σxy=ρxy0*σxx^2+bが成り立つことを見出した.第1項が外因性機構の寄与であり,Matthiessenの法則と合わせて非弾性散乱によって抑制される.第2項が内因性機構の寄与であり,非弾性散乱の強さによらない.外因性機構の寄与については,バンドがよく定義される両極限でのみ,さらにskew散乱とside jumpの寄与に分解できることも分かった.非弾性散乱に抑制されない内因性機構は,Fermi分布の温度依存性によって温度変化する.特に巨大なBerry曲率を生み出すバンド反交差点がFermi準位直上にあるとき,大きな温度依存性を示す.外因性機構の温度依存性については,非弾性散乱の機構を注意深く検討する必要がある.我々は電子-フォノン相互作用について自己エネルギーの虚部の周波数依存性を取り入れた計算を行った.Debye温度以下の低温では自己エネルギーの虚部が定数であるという近似が妥当でないが,ω=0での値を用いた定数γでの計算で再現できることを見出した.
分極処理による低LTD型生体活性イットリア安定化ジルコニアの開発

優れた強度と生体親和性により医療材料として利用されているイットリア安定化正方晶ジルコニア(Y-TZP)には、水の介在により結晶が不安定化して破壊に至る現象(LTD)を示すという問題点がある。LTDは、Y-TZP表面に吸着した水が表面OH^-イオンを生成、これが内部侵入することで進行するとされているため、本研究では、静電反発効果による水吸着及びOH^-イオン侵入抑制をめざしてY-TZP表面の電荷修飾を試みた。結果、安定な静電気を保持する帯電Y-TZP表面の作成に成功し、この表面上におけるLTD抑制効果の発現を実証した。イットリア安定化正方晶ジルコニア(Y-TZP)は、その優れた強度と生体親和性により生体材料として臨床利用されている。しかし、湿潤環境下で長期間保持すると、低温劣化(LTD)と呼ばれる現象により単斜晶への相転移が発生して強度が大幅に低下するため、埋入期間が数十年の長期にわたるようなインプラント用の材料としては信頼性が低い。LTDの発生機構は現時点で未解明であるが、表面欠陥が影響しているとの説が有力であることから、本研究では、Y-TZPの持つ酸化物イオン伝導性を利用して直流電界下で分極処理を行うことにより、酸化物イオン欠陥濃度の異なるY-TZP表面を作成、そのLTD挙動を評価した。更にY-TZPに生体活性を付与する為、分極処理とSiクラスター含有NaOH水溶液による化学処理を併用した表面改質を試みた。分極後のY-TZPにおいては、正に帯電した面(酸化物イオン欠陥濃度大)、負に帯電した面(酸化物イオン欠陥濃度小)共に低温劣化が抑制される傾向が見られた。分極Y-TZPの、加熱下での脱分極挙動を検討した結果、Y-TZPセラミックス内では、双極子は結晶粒ごとに形成されており、各結晶粒表面の正・負面は別の結晶粒の逆極性の面と粒界を介する形で対向しているものと予想された。このように個々の結晶粒の正、負面の欠陥構造が対向する逆の面によって静電的に安定化されていることで、分極Y-TZPの低温劣化進行が抑制されたものと考えられた。一方、未分極、分極Y-TZPセラミックスをNaOH水溶液中で化学処理すると、正に帯電した面でより多くのシロキサン修飾が起こり、またこの面において、疑似体液中での骨類似アパタイト形成速度が最も速くなることが確認された。これは、酸化物イオン欠陥がシロキサン修飾の活性サイトとなり、かつ導入されたシロキサン基が骨類似アパタイトの核形成サイトとして機能した結果であると考えられた。イットリア安定化正方晶ジルコニア(Y-TZP)は、優れた強度と生体親和性により医療に欠かせない材料となっている。しかし、湿潤環境下において、単斜晶への相転移を経て亀裂が発生、破壊に至る現象(低温劣化;LTD)が発生することから、埋入期間が長期にわたるようなインプラント材料としての信頼性は低い。LTDの発生機構は完全には解明されていないものの、水の静電吸着を起点として生成する表面OH^-イオンが内部に拡散してゆく過程で進行するとの説が有力となっている。そこで本研究では、Y-TZPを直流電界処理し、負電荷を持つO^<2->イオンを陽極側に、正電荷を持つO^<2->イオン欠陥を陰極側に誘導して局在化させる(以降、前者をN面、後者をP面と表記)、すなわち帯電表面を作り出すことによりLTDの抑制が可能であるかを検証した。Y-TZPセラミックスディスク(Y_2O_3=3mol%、φ8mm×2mm)を、200°C、250Vcm^<-1>で5480分間処理することで、処理前の結晶構造を保持しつつ帯電強度が異なる表面(電荷密度1100mCcm^<-2>を作成することに成功した。非電帯および帯電試料をそれぞれ100°Cの沸騰水に7日間保持して加速的にLTDを発生させた後、その進行を単斜晶転移率として見積もったところ、帯電強度によらず、P面は非帯電面とほぼ同程度に相当する4050%、N面はこれより有意に小さい38%という値を示し、N面上において明白な相転移抑制効果が現れた。前述のように、LTDの進行は水の静電吸着と表面OH^-イオンの生成、およびその内部への拡散といった複数の段階を経て進行するとされている。N面側においてLTDの進行が鈍化したのは、過剰な酸化物イオンが形成する負電荷によってOH^-イオンの内部拡散が抑制されたためであると考えられる。
潤滑場における潤滑剤成分の相互作用と潤滑特性

平成30年度では,分子間相互作用(水素結合)を形成する潤滑剤試料を選定し,新規装置の製作が終了するまでの間,現有の装置を用いて潤滑状態のその場観察とトラクション係数の測定を行った.潤滑剤試料には脂肪酸添加油を用いた.添加剤としてアルキル鎖長が異なる脂肪酸を数種類と無極性の基油を用いた.潤滑状態のその場観察には,顕微赤外分光光度計と潤滑試験機を組み合わせた装置を用い,潤滑試験機にトルク計を付加してトラクション係数を同時計測した.静的状態で測定した赤外線吸収スペクトルから,いずれの脂肪酸も二量体を形成して基油に溶解していることが分かった.また,常圧粘度を測定したところ,アルキル鎖長が短いほど低粘度を示した.動的状態においては,いずれの脂肪酸もヘルツ接触域で濃度低下が確認され,基油濃度が高くなっていることが確認された.しかし,トラクション係数は脂肪酸を加えることで低下し,脂肪酸のアルキル鎖長が短いほど小さくなる傾向が見られた.ヘルツ接触域で脂肪酸の濃度が低下していたが,ヘルツ接触域に導入された一部の脂肪酸がトラクション係数に影響を及ぼしていると考えられる.また,ヘルツ接触域で脂肪酸二量体の水素結合が安定化していた.さらにトラクション係数についてはアルキル鎖長の影響も見られたことから,小さな活性化体積を有する脂肪酸二量体で流れが発生し,トラクション係数が減少することが示唆された.他に,高分子と水分子が水素結合を形成する高分子水溶液を試料として実験を行ったところ,常圧粘度が高い試料でも低いトラクション係数を示し,成分の濃度変化も確認された.前述の脂肪酸添加油の結果を踏まえながら,その潤滑メカニズムについても考察を行う.分子間相互作用を形成する潤滑剤試料の選定と,現有の装置を用いた潤滑状態のその場観察,トラクション係数の測定ができた.一方,新規その場観察用潤滑兼せん断装置の設計は年度の前半で終了したものの,せん断試験の機構に関する再検討や仕様の追加,納入金額の予算超過などがあったため納品が遅れている.しかし,現有の装置で潤滑状態におけるデータの蓄積ができているため,現有装置と新規装置を相補的に用いることでこの遅延を最小限に留めることができると考えている.また,せん断試験機の機構については,当初膜厚制御および計測システムを付加することを検討していたが,膜厚計測システムが予算も含めて装置に設置することが困難であると判断した.その代わりに赤外線吸収スペクトルから膜厚を算出する機構を採用することとした.当初購入を予定していたシリコーンディスクは予算の関係上購入が困難と判断し,現有のシリコーンディスクなどを含めて様々な寸法のディスクを取り付けられるような装置の仕様とした.2019年度は,新規に導入したその場観察用潤滑兼せん断装置を用いて、潤滑状態のその場観察とトラクション係数の同時測定を行う。試料には,添加した脂肪酸が二量体を形成する試料や単量体を形成する試料,水が高分子と水素結合を形成する高分子水溶液,さらに他の官能基の組み合わせを用いる。得られた潤滑膜の赤外線吸収スペクトルから,潤滑膜構造とトラクション特性との関係を考察する。また,高圧試験で用いる装置(ダイヤモンドアンビルセル)については,予算の関係上購入が困難であることから,他機関(岩手大学等)に借りて試験を行うこととする.現有の高温セルと合わせて,高温と高圧条件における試験を行うことが可能であることを既に確認している.せん断試験の機構も確認しながら,各条件における水素結合の情報を得る.平成30年度では,分子間相互作用(水素結合)を形成する潤滑剤試料を選定し,新規装置の製作が終了するまでの間,現有の装置を用いて潤滑状態のその場観察とトラクション係数の測定を行った.潤滑剤試料には脂肪酸添加油を用いた.添加剤としてアルキル鎖長が異なる脂肪酸を数種類と無極性の基油を用いた.潤滑状態のその場観察には,顕微赤外分光光度計と潤滑試験機を組み合わせた装置を用い,潤滑試験機にトルク計を付加してトラクション係数を同時計測した.静的状態で測定した赤外線吸収スペクトルから,いずれの脂肪酸も二量体を形成して基油に溶解していることが分かった.また,常圧粘度を測定したところ,アルキル鎖長が短いほど低粘度を示した.動的状態においては,いずれの脂肪酸もヘルツ接触域で濃度低下が確認され,基油濃度が高くなっていることが確認された.しかし,トラクション係数は脂肪酸を加えることで低下し,脂肪酸のアルキル鎖長が短いほど小さくなる傾向が見られた.ヘルツ接触域で脂肪酸の濃度が低下していたが,ヘルツ接触域に導入された一部の脂肪酸がトラクション係数に影響を及ぼしていると考えられる.また,ヘルツ接触域で脂肪酸二量体の水素結合が安定化していた.さらにトラクション係数についてはアルキル鎖長の影響も見られたことから,小さな活性化体積を有する脂肪酸二量体で流れが発生し,トラクション係数が減少することが示唆された.他に,高分子と水分子が水素結合を形成する高分子水溶液を試料として実験を行ったところ,常圧粘度が高い試料でも低いトラクション係数を示し,成分の濃度変化も確認された.前述の脂肪酸添加油の結果を踏まえながら,その潤滑メカニズムについても考察を行う.分子間相互作用を形成する潤滑剤試料の選定と,現有の装置を用いた潤滑状態のその場観察,トラクション係数の測定ができた.一方,新規その場観察用潤滑兼せん断装置の設計は年度の前半で終了したものの,せん断試験の機構に関する再検討や仕様の追加,納入金額の予算超過などがあったため納品が遅れている.

しかし,現有の装置で潤滑状態におけるデータの蓄積ができているため,現有装置と新規装置を相補的に用いることでこの遅延を最小限に留めることができると考えている.また,せん断試験機の機構については,当初膜厚制御および計測システムを付加することを検討していたが,膜厚計測システムが予算も含めて装置に設置することが困難であると判断した.その代わりに赤外線吸収スペクトルから膜厚を算出する機構を採用することとした.当初購入を予定していたシリコーンディスクは予算の関係上購入が困難と判断し,現有のシリコーンディスクなどを含めて様々な寸法のディスクを取り付けられるような装置の仕様とした.2019年度は,新規に導入したその場観察用潤滑兼せん断装置を用いて、潤滑状態のその場観察とトラクション係数の同時測定を行う。試料には,添加した脂肪酸が二量体を形成する試料や単量体を形成する試料,水が高分子と水素結合を形成する高分子水溶液,さらに他の官能基の組み合わせを用いる。得られた潤滑膜の赤外線吸収スペクトルから,潤滑膜構造とトラクション特性との関係を考察する。また,高圧試験で用いる装置(ダイヤモンドアンビルセル)については,予算の関係上購入が困難であることから,他機関(岩手大学等)に借りて試験を行うこととする.現有の高温セルと合わせて,高温と高圧条件における試験を行うことが可能であることを既に確認している.せん断試験の機構も確認しながら,各条件における水素結合の情報を得る.新規その場観察用潤滑兼せん断装置の設計は年度の前半で終了したものの,せん断試験の機構に関する再検討や仕様の追加,納入金額の予算超過などがあったため,該当年度分と翌年度分に請求した助成金とを合わせて支払いを行うことにした.
保育実践記録活用システムがカリキュラムマネジメント力向上に及ぼす効果に関する研究

○研究目的幼稚園現場において幼児教育の質を向上させるためには、教師の実践力とカリキュラムマネジメント力の向上が不可欠である。これらの取組を行う際に重要なツールとなるのが保育記録である。保育記録を書くこと、保育記録を使って子どもの学びを発信・共有することなどの取組を通して、子どもの内面理解を深め、子どもの事実を基に自らの実践を振り返り、次の実践に生かしている。一方で、これらの積み重ねをカリキュラムの改善につなげることも大変に重要である。平成28年度には、科学研究費補助金(奨励研究)を受け、保育記録をカリキュラム改善につなげるシステムをモデルとして構築した。本研究では、平成28年度に構築したシステムを継続運用し、カリキュラムマネジメント力向上に及ぼす効果を明らかにすることを目的とする。○研究方法1これまでカリキュラムを改善する根拠として使用した記録の種類、記録の活用方法、改善の過程における教師のかかわり方、結果として改善された点等、カリキュラムの改善の実態を比較検討し、改善状況の違いを明らかにする。2平成28年度明らかになった課題をふまえて改善し、保育実践記録活用システムを継続して実施する。3保育実践記録活用システムがカリキュラム改善案の根拠として使用した保育実践記録(ドキュメンテーション、実践記録)の質の変化を検証する。4保育記録活用システムの効果を、カリキュラムマネジメント力向上の観点から検証する。○研究成果保育記録(ドキュメンテーション、実践記録)をカリキュラム改善に直接使用できるように書式の改善を行い、新しい書式で記述することで、カリキュラム改善の根拠に保育記録が位置づき、その関係も明確に示せるようになった。また、保育記録の記述内容がカリキュラムの改善に資するものに変容した。
大船渡湾における沈降粒子フラックスの季節変動

1.大船渡湾における沈降粒子フラックスの季節変動を実測した結果,全重量フラックス,全炭素,全窒素,全リンの含有量とフラックスの年平均値は各々12.5(g/m^2/d),10.2(%)と1300(mg/m^2/d),1.2(%)と150(mg/m^2/d),0.16(%)と19(mg/m^2/d)であった。フラックスは春期3月と夏期79月に高く,冬期に低い傾向が顕著で,夏期のフラックスは春期の約2倍大きかった。これは実測したクロロフィルaが夏期表層で10(μg/L)以上を示したことから,夏期表層の大きな基礎生産速度が養殖マガキの摂食と排泄を通じて沈降粒子フラックスに反映したと考えられた。結果の一部は「大船渡湾におけるクロロフィル現存量と沈降粒子フラックスの平均的季節変動」と題して平成8年度日本水産学会秋季大会で口頭発表した。2.マガキの排泄量について,既存モデルに基づき環境要因の実測時系列のデータを用いてシミュレーションした結果,上記した沈降粒子フラックスの絶対値と季節変動の特性を再現できることが明らかとなった。この結果は「大船渡湾における養殖マガキによる沈降粒子フラックスの推算」と題して平成9年度日本水産学会春季大会で口頭発表予定である。3.沈降粒子の溶存酸素消費速度は10100(mg-O_2/m^2/d)程度で,季節変動はフラックスの季節変動に比べ不明瞭であった。これは沈降粒子の酸化分解が沈降中に極めて速やかに進行し採集時には易分解性有機物の割合が減少していたか,または穏やかに進行し沈降後の底泥としての酸素消費過程に反映されることを示唆した。底泥の酸素消費速度は200700(mg-O_2/m^2/d)程度で,水温に依存し夏期に極大となった。4.大船渡湾底層の貧酸素化の過程を実測し,貧酸素層が発達しない他の湾と比較した。この結果の一部は「越喜来湾における栄養塩類の平均的季節変化と経年変化」と題し共著として日本水産学会誌に掲載予定(平成9年3月)である。
細胞膜の動態計測から探る深海性好圧性細菌の圧力適応機構の解明

深海の好圧性細菌は高水圧への適応を果たしている。細胞膜は物質透過とエネルギー生産に重要だが、一般に高圧や低温によって機能阻害される。本研究では細胞膜の物性の観点から、好圧性細菌における高圧適応機構を解析した。様々な深度から単離されたShewanella属、Moritella属およびPhotobacterim属の細菌を培養後、蛍光偏光試薬TMA-DPHを用いた時間分解蛍光偏光解消法を行って、膜の秩序因子とアシル鎖の回転拡散係数Dを測定した。その結果、より高い圧力に適応した種ほど膜が剛直であることがわかった。このことは、好圧性細菌の細胞膜は柔軟であるという従来のイメージとは大きく異なるものである。海洋研究開発機構が保有するShewanella属、Moritella属、およびPhotobacterium属の深海好圧性細菌について、細胞膜の物性を解析した。すなわち、低温・常圧培養した菌体を蛍光偏光プローブTMA-DPHで標識し、時間分解蛍光偏光解消法によって膜の秩序因子と脂質アシル鎖の回転拡散係数を計測した。そして、これらの値が各種細菌の至適増殖圧力とどのような関係にあるのかを調べた。その結果、膜の秩序因子はいずれの菌株でも0.650.75の値を示し、菌株間で大きな差異は見られなかった。一方、脂質アシル鎖の回転拡散係数は、至適増殖圧力が高い株ほど低く、すわなちアシル鎖の回転が遅いことがわかった。このことは、より高い圧力に適応した菌株ほど膜構造が剛直であることを示唆しており、「深海性細菌の膜は柔らかい」という通説に反するものだった。一方、中性菌である大腸菌の場合、細胞膜は非常に柔軟で、加圧すると著しく圧縮されることがわかった。各菌株を高圧下で培養し同様に膜物性を調べようとした。ところが、高圧チャンバー内のような微好気条件下と、これまで行ってきた振とう培養条件では、同じ大気圧下でも膜物性に差異が生じ、高圧と常圧下での膜物性は単純に比較できないことがわかった。そこで現在、酸素飽和したフロリナートを培養液と共存させ、酸素共有量を増大させた条件での高圧チャンバー内培養を試みている。また、ガスクロマトグラフィー装置を用いて各菌株の脂肪酸組成を調べ、膜物性との相関を調べる予定である。本研究は、我々が開発した高圧時間分解蛍光偏光解消測定システムを基盤とし、海洋の様々な深度から得られたShewanella属の好圧性細菌について、膜の特性と多価不飽和脂肪酸の役割を解明することを目的としている。まず本年度は研究基盤の強化のため、Shewanella属細菌と近縁の大腸菌Escherichia coliにおいて、温度と圧力が細胞膜物性にどのような影響を及ぼすのかを調べることとした。大腸菌は多価不飽和脂肪酸を持たないため、比較対照の1つとして有用である。37 °Cで培養した大腸菌を蛍光プローブTMA-DPHでラベルし、15 °Cと37 °Cの温度条件、および0.1100 MPaの圧力条件で高圧時間分解蛍光偏光解消測定を実施した。その結果、0.1 MPa(大気圧下)における膜の秩序因子Sは、37°Cで0.78だったのに対し15°Cでは0.88に上昇した。このことは、低温条件が大腸菌細胞膜を秩序だった構造に変化させることを示している。一方、50100 MPaの高圧は膜のSをさらに上昇させ、37°Cでは0.86、15°Cでは0.95という値を示した。すなわち、低温と高圧は相加的に膜の秩序を増大させると言える。一方、脂質アシル鎖の回転拡散係数Dwの変化はSの変化と鏡像対称的であり、膜秩序が増大するとDwは低下することがわかった。興味深いことに、SやDwの圧力依存性は、人工脂質であるパルミトイルオレイルホスファチジルコリン(POPC)膜が液晶相にあるときと類似していた。大腸菌はホスファチジルコリンを持たないが、とりわけ膜構造変化の圧力依存性という点で人工膜と類似の応答性を示したことは興味深い。以上の研究成果はHigh Pressure Research誌に受理され、現在印刷中である。前年度に引き続き、海洋研究開発機構から分譲された深海好圧性細菌について、細胞膜物性の解析を継続した。すなわち、低温・常圧培養した菌体を蛍光偏光プローブで標識し、時間分解蛍光偏光解消法によって膜の秩序因子と脂質アシル鎖の回転拡散係数を計測した。本年度はDPHを用い、単価不飽和脂肪酸における不飽和度の変化を鋭敏に検知しようと考えた。ところがDPHが培養液中で凝集してしまい、細胞膜を十分に標識することができなかった。

そこでこれまで通りTMA-DPHをプローブとして用い、解析菌株を増やすことで膜構造と棲息深度や至適増殖圧力とのさらなる相関を図った。すなわち、S. oneidensis (0 m)、S. livingstonensis (0 m)、M. marina (1200 m)、P. profundum (2551 m)、M. abyssi (2815 m)、M. profunda (2815 m)、S. violacea (5110 m)、M. japonica (6353 m)およびS. benthica (6356 m)を解析対象とした。括弧内は棲息深度を示す。その結果、膜の秩序因子Sは棲息深度との間に大きな相関が見られないことがわかった。一方、脂質アシル鎖の回転拡散係数は、より深い海底に棲息する種ほど値が小さいことがわかった。すなわち、より高い圧力に適応した菌株ほど膜構造が剛直であることを示唆しており、昨年までの結果を支持した。なおM. japonicaのみ深部から分離されたにも関わらず、例外的に脂質アシル鎖の回転拡散係数が高かった。これはM. japonicaの至適増殖圧力が10 MPa程度と低く、必ずしも深海に適応していないことを反映しているのかもしれない。また、当初計画にはなかったが、膜物性と高圧下における微生物の増殖との相関を知るため、出芽酵母変異株の膜物性の解析を行った。興味深いことに高圧増殖可能な野生株では細胞膜が剛直であるのに対し、erg2株やerg6株では剛直性が低下していた。ところが、内膜系ではこの傾向が逆転していることがわかった。分子遺伝学Moritella属、およびPhotobacterium属の深海好圧性細菌においては、これまでに細胞膜物性に関する報告例がなく、本研究成果の新規性は高いものと言える。また、至適増殖圧力と脂質アシル鎖の回転拡散係数の逆相関は興味深く、生物種を越えた普遍性が見いだされる可能性もある。ただし、当初予想していなかったこととして、培養時の通気性が膜構造に影響を及ぼした点が挙げられる。これについては、酸素飽和フロリナートを用いて最適培養条件を探る予定である。本研究は海洋の様々な深度から得られたShewanella属の好圧性細菌について、膜の特性と多価不飽和脂肪酸の役割を解明することを目的としている。本年度得られた大腸菌Escherichia coliにおける膜物性の温度・圧力依存性は、多価不飽和脂肪酸を含まない比較対照膜として有用な情報をもたらす。さらに、液晶相にある限り人工脂質であるPOPC膜の圧力依存性が大腸菌膜と類似した挙動を示した点は興味深い。すなわち、組成の複雑な生細胞の膜を解析するに当たって、単純な人工膜の実験系で得られた知見がある程度活用できるのである。研究成果は既にHigh Pressure Research誌で論文公表に至っており、また英文総説をBiophysical Chemistry誌に、和文総説も3報掲載予定であるため、本年度はおおむね順当な達成度にあると評価している。現在、深海好圧性細菌の培養は低温・常圧下で行っている。今後は培養を低温・高圧下で行い、かつ時間分解蛍光偏光解消法を高圧下で実施する。これについては既に専用の高圧セルを開発しており、150 MPaまでの高圧条件下で測定が可能である。また、ガスクロマトグラフィーにより菌体の脂肪酸組成を調べ、膜物性とどのように相関するかを明らかにする。