hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トカマク高性能化のための基礎研究トーラスの開発

完全交流トカマク運転の実現40kHzPWM電流制御によるIGBTインバータ電源を用いることによりプラズマ電流600A,フラットトップ6ms,dwell timeのほとんどない60Hz完全交流トカマク放電を実現した。トロイダル磁場は定常約0.1T、周回電圧約10V、電子密度1×10^<18>m^<-3>、電子温度<15eVである。高運転責務長時間トカマク放電の実現プラズマ電流950Aで電流のフラットトップ6ms、運転責務50%の単極トカマク放電を連続で1分間維持することに成功している。この際、真空容器内の水素ガス圧力の興味深い時間発展が得られており、長時間放電における水素リサイクリングとの関連でその解析を行っている。トーラス型高熱流プラズマの発生環状装置の二つのポート間(長さ約16cm)に渡した炭素製棒状ヒーターに同心上に同軸円筒型に加工したLaB_6を多数貫通した傍熱型熱陰極を開発し、これを水平面に対して5.5°の傾きを持たせアルゴンガス中で放電を行うことに成功した。放電電流2A、ガス圧力5×10^<-4>Torr、トロイダル磁場0.086T、垂直磁場4.5×10^<-4>Tにて、プラズマ密度7.2×10^<18>m^<-3>のプラズマを定常的に生成することができた。交流トカマク放電IGBTインバータ電源(ジュール電源:Ip=100A,Vp=200V;垂直磁場電源:Ip=100A,Vp=50V)は定格の範囲内で指令電流波形に極めて良い、時間および振幅追随性を示すことが確かめられた。LABViewの任意波形発生機能によって作り出された指令波形の振幅を大きくし投入パワーを増大することにより、交流1サイクル繰り返し10Hzのモードで、プラズマ電流200A以上の交流トカマク放電を実現した。現在鉄心の1次捲き線の巻き数が8ターン(最終的には電源インピーダンスにとって最適の16ターンでFull Powerの予定)であるが年度内に上と同じモードで500Aの交流トカマク放電を実現し、春のプラズマ・核融合学会および電気学会で発表の予定。完全交流に向けて真空容器内に設置する強制水冷リミタが納入済みなのでその試験も年度内に終える予定。単純トーラス型高熱流プラズマの生成定常トロイダル磁場を有するトーラス真空容器内にまず1個のら旋型LaB6熱陰極を設置し、真空容器を陽極として定常放電を行った。垂直磁場強度を制御することによりトーラス状ら旋型のプラズマ柱を得ることに成功し、一連のデータを採取した。この実験データを基に、テストプラズマ部のガス圧力を下げるためと、放電電流の増大のために、ガス効率を上げるホロー陰極、ならびに垂直方向に設置する水冷陽極の設計を行い、大電流放電のための準備を終了した。交流トカマク放電変流器鉄心の1次捲き線の巻き数を16ターンとして、インバータ電源のインピーダンスとプラズマ・ループのインピーダンスの最適化をはかり、1KA以上のトカマク放電が実現された。さらに、プラズマ電流±500A交流60Hz100Hzの放電を連続1分間続けることに成功した。この間トーラス真空容器壁の温度が約10°C、時間に比例して上昇した。従ってより高い熱負荷、より長時間の完全交流運転のためには真空容器壁の強制冷却が必要である。真空容器型内部に設置した強制水冷リミターへの熱負荷は投入電力の10%程度と低く、熱除去に必ずしも有効ではないことが判明した。さて1分間の長時間完全交流トカマク放電においては周辺部におけるガス圧力の時間的変化がみられ、早い時定数の変化と遅い変化の複数の要素が働いていることをうかがわせる。長時間放電における水素リサイクリングを研究するためのモデルになりうることを示した。単純トーラス型高熱流プラズマの生成

局所的陰極となるLaB_6と比較し、トーラスに沿っての長い陰極となりうる新たな材料LaWの可能性を実験的に検討し、純Wより温度の低い18002000°Cで十分な熱電子放出特性が得られることがわかった。また仕事関数はLaB_6とWとの中間に位置することも判明した。現在プラズマ生成用に直接通電加熱陰極の試験を実施中である。完全交流トカマク運転の実現40kHzPWM電流制御によるIGBTインバータ電源を用いることによりプラズマ電流600A,フラットトップ6ms,dwell timeのほとんどない60Hz完全交流トカマク放電を実現した。トロイダル磁場は定常約0.1T、周回電圧約10V、電子密度1×10^<18>m^<-3>、電子温度<15eVである。高運転責務長時間トカマク放電の実現プラズマ電流950Aで電流のフラットトップ6ms、運転責務50%の単極トカマク放電を連続で1分間維持することに成功している。この際、真空容器内の水素ガス圧力の興味深い時間発展が得られており、長時間放電における水素リサイクリングとの関連でその解析を行っている。トーラス型光熱流プラズマの発生環状装置の二つのポート間(長さ約16cm)に渡した炭素製棒状ヒーターに同心上に同軸円筒型に加工したLaB_6を多数貫通した傍熱型熱陰極を開発し、これを水平面に対して5.5°の傾きを持たせアルゴンガス中で放電を行うことに成功した。放電電流2A、ガス圧力5×10^<-4>Torr、トロイダル磁場0.086T、垂直磁場4.5×10^<-4>Tにて、プラズマ密度7.2×10^<18>m^<-3>のプラズマを定常的に生成することができた。
血管の心臓化とその応用に関する研究

本プロジェクトでは心臓創生に焦点を絞り、胎生期心筋細胞,ES細胞由来心筋細胞を用い動脈と静脈の心臓化およびその応用を目指した。平成13年度に行った胎生期心筋細胞による動脈の心臓化に関する研究はTissue Eng8巻2002年に掲載された。要約すると、胎生期の心筋細胞は異所性に移植が可能であり、自ら血管を確保し、収縮機能を示した。この研究は埋め込み型心肺装置への研究に発展した。しかし動脈周囲に巻いた胎児心筋細胞は増殖能が移植後7日前後でほとんど消失し、動脈の自律拍動化には細胞量が十分であるとはいえなかった。そこで14年度に無限に増殖し、多分化能を持つES細胞を細胞供給源とするため、ES細胞由来心筋細胞の研究を開始した。内容の一部はCardiovascular Research58巻2003年に掲載された。概略するとin vitroで分化させた心筋細胞は心房筋が主で心室筋を確保できなかった。しかし移植すると心室筋も出現することから、心房筋から心室筋へのスイッチがin vivoに存在するファクターに強く依存していることが推測された。このような結果を踏まえES細胞由来心筋細胞を動脈周囲に移植し動脈の心臓化を試みた。心筋細胞は自ら血管を確保し、自律的拍動を示した。従ってES細胞由来の心筋細胞をこのプロジェクトが求める心臓創生に応用できることがわかった。またこの間心筋細胞を確実にかつ大量得るために幾つかの方法が試され開発された。通常ハンギングドロップ法で胚様体を作り、ゼラチンコートデッシュに接着させると約100%の確率で拍動を開始する。しかしこの方法は煩雑であるため、特殊に作成されたチューブを用い確実、手軽に胚様体を作成する方法を確立した。この概要はJ Biosci Bioeng96巻2003年に報告された。次に心筋細胞のセレクトについて検討を加えた。最初遺伝子導入によるセレクトを中心に行ったが、量が多く取れず、しかも増殖能力が落ちていた。そこで残存しES細胞を取り除くネガテーブセレクション法を考案した。奇形腫の形成は見られたが、最初の方法に比較すれば改善された。現在ES細胞から直接心筋細胞に分化させる方法を検討し試みている。平成15年度は移植されたES細胞由来心筋細胞の細胞生物学的研究を進めた。特に心房性内分泌顆粒について焦点を絞り解析した。その結果免疫染色法により、数は少ないが、明らかに存在することを見いだした。したがって今後ES細胞由来心筋細胞を用いた再生医療は、心不全を始めとする幾つかの心疾患へ応用できることが明らかになった。この研究の内容は現在投稿中である。また局所的な循環改善を目的に、酸化チタニアナノチューブの光触媒による酸素産生能を利用し酸素供給装置を作成した。この装置と心筋移植を組み合わせ,埋込型心肺装置を開発した。さらに新たに着手したのが、部分心臓移植の手技の開発だった。これは異所性に作成した心筋組織を、血管を確保したまま、元の心臓の壁を切り取った部位に移植する方法である。この方法が完成すれば、細胞移植と異なり、移植後すぐに心筋の機能を確保することが可能である。ここでは大網に作成した心筋組織を心室壁に移植するため、胸部横切開法を開発した。この方法の利点は視野が広く、操作がやりやすいことであり、実際手術を施行できたケースでは、80%ほど生存する。この方法の完成により、部分心臓移植を試みることが可能になった。この概要はJ Biosci Bioeng96巻

2003年に報告された。次に心筋細胞のセレクトについて検討を加えた。最初遺伝子導入によるセレクトを中心に行ったが、量が多く取れず、しかも増殖能力が落ちていた。そこで残存しES細胞を取り除くネガテーブセレクション法を考案した。奇形腫の形成は見られたが、最初の方法に比較すれば改善された。現在ES細胞から直接心筋細胞に分化させる方法を検討し試みている。平成15年度は移植されたES細胞由来心筋細胞の細胞生物学的研究を進めた。特に心房性内分泌顆粒について焦点を絞り解析した。その結果免疫染色法により、数は少ないが、明らかに存在することを見いだした。したがって今後ES細胞由来心筋細胞を用いた再生医療は、心不全を始めとする幾つかの心疾患へ応用できることが明らかになった。この研究の内容は現在投稿中である。また局所的な循環改善を目的に、酸化チタニアナノチューブの光触媒による酸素産生能を利用し酸素供給装置を作成した。この装置と心筋移植を組み合わせ,埋込型心肺装置を開発した。さらに新たに着手したのが、部分心臓移植の手技の開発だった。これは異所性に作成した心筋組織を、血管を確保したまま、元の心臓の壁を切り取った部位に移植する方法である。この方法が完成すれば、細胞移植と異なり、移植後すぐに心筋の機能を確保することが可能である。ここでは大網に作成した心筋組織を心室壁に移植するため、胸部横切開法を開発した。この方法の利点は視野が広く、操作がやりやすいことであり、実際手術を施行できたケースでは、80%ほど生存する。この方法の完成により、部分心臓移植を試みることが可能になった。本プロジェクトでは心臓創生に焦点を絞り、胎生期心筋細胞を、ES細胞由来心筋細胞を用い動脈と静脈の心臓化を目指す。以下平成13年度の研究実績である。胎生期由来心筋細胞による動脈の心臓化(Tissue Eng. 2002)大動脈の心臓化を行うためにマウス胎生期心臓(10-13日胚)を細切し、心筋組織のままあるいはトリプシン処理した後3日培養して腹大動脈周囲に巻きつけるように移植した。移植後3、7日目に細胞生物学的解析、生理学的解析を行った。肉眼的に観察すると移植組織は血管を確保し、拍動が見られた。元の心臓に比較すると遅く、心室性心筋と考えられた。これは心電図をとることで確認できた。微細形態学的に検索してみると、トロポニンは移植初期より連続して発現し、α-smooth muscle actiminは初期のみ存在した。さらに介在板の明白な形成が見られ心筋組織構築を認めた。これらの結果より動脈の心臓化による埋め込み型の補助人工心臓の可能性が示唆された。研究成果は学会2回、シンポジウムで1回報告し、論文にまとめられた。また内容の一部はマスコミ(読売新聞)に取り上げられた。ES細胞由来心筋細胞による動脈の心臓化大量の心筋細胞を得るためにマウスES細胞を用い、心筋細胞に分化する研究を開始した。ES細胞をフィーダー細胞、LIFを用いて増殖させ、LIF、フィーダー細胞を抜いた後、ハンギングドロップ法にて胚様体を作成し、ゼラチンデッシュで培養させた。この状態で収縮する細胞が出現してきた。最初にこれらの細胞生物学的解析を行った。
社会体育領域における資格認定・取得とその任用に関する社会学的研究

本研究では、スポーツ・レクリエーション領域における質の高いボランティア指導者の養成と指導者のプロフェッション化を視座に入れつつ、それを可能にする資格の望ましいあり方と制度化に関する社会学的基礎研究として、スポーツ・レクリエーションの資格に係わる機能的要件を明らかにするとともにそれらの要件とスポーツ・レクリエーション指導者の社会的特性や指導活動及び意識との関連性について比較検討することを目的とした。本研究は、予備調査で精選されたスポーツ・レクリエーション資格の機能的要件に関する25項目を含む、66項目から成る質問紙法で行われ、そのデータは、スポーツ・レクリエーション指導者187名によって得られた。主な結果は、以下の通りである。1,スポーツ・レクリエーション資格の機能的要件として6因子が抽出され、それぞれ「能力開発」、「職能評価」、「専門職化」、「差別化」、「資格-環境構造化」、「活動啓蒙」因子と命名された。これらの資格に係わる機能的要件により、スポーツ・レクリエーション資格が指導者自身の資質の向上と自己能力開発機能、さらには活動の啓蒙機能が明らかになり、スポーツ・レクリエーションの普及を目的とした資格認定のあり方を特徴づける機能として注目された。一方、資格と職業との関連では、専門職化、差別化、資格-環境構造化機能により過度のクレデンシャリズムに陥ることなく、いわば「開かれた専門職」の確立と質の高いボランティアの養成を可能にする資格制度の再検討と資格環境の整備の必要性が示唆された。2,抽出された因子群と社会的特性、活動状況や諸意識間で、いくつかの特徴的な関連が認められた。まず、若年層、学生、福祉関係団体・施設職員、資格取得不満足者、生活や職場生活の不満足者で専門職化を肯定する傾向が顕著だった。また職能評価因子では、特にスポーツ・レクリエーション資格取得満足者、指導実施者で肯定的傾向を示し、差別化因子では、スポーツ・レクリエーション資格取得満足者で肯定する傾向が強かった。
ポルフィロモナス ジンジバリスのバイオフィルムにおける抗菌剤抵抗性に関する研究

本研究より、含嗽剤などに使用している抗菌剤であるグルコン酸クロルヘキシジン(CHX)および塩化セチルピリジニウム(CPC)は、辺縁性歯周炎や根尖性歯周炎の病原性細菌であるPorphyromonas gingivalisのバイオフィルム中の菌体そのものには効果を示すが、菌体とともにバイオフィルムを構成する菌体外マトリックスは、菌体が死滅した後も残存することを明らかにした。また、CHXを作用させた後に残存する菌体外マトリックスは機械的除去が困難であり、バイオフィルム再形成の足場となることが示唆された。本年度は、Porphyromonas gingivalisのバイオフィルムに著効を示すことが報告されているグルコン酸クロルヘキシジン(CHX)の菌体および菌体外マトリックスに及ぼす影響を3次元的に解析した。菌体をDAPIにより染色後、唾液処理を行ったカバーグラスチャンバー内で36時間培養し、バイオフィルムを形成した後、菌体外マトリックスの主な構成成分である菌体外多糖をConcanavalin A-FITCおよびWheal germ agglutinin-FITCにて染色し、共焦点レーザー顕微鏡(CLSM)観察に供した。得られた画像を画像解析ソフトにて解析した結果、バイオフィルム全体を被覆する菌体外多糖が観察された。次に、上記と同様の方法でバイオフィルムを形成した後、CHXを0.0005、0.005、0.05、0.1、0.2%の濃度で作用させ、菌体外多糖を染色し、CLSMにて観察した。その結果、0.0005%添加群では、CHX非添加群と比較し、菌体の体積が有意に減少し(P<0.05,Student t-test)、さらに、0.005、0.05、0.1%添加群では、濃度依存的な菌体の体積の減少が認められた(p<0.05)。しかし、すべての群において菌体外多糖の体積に有意差は認められなかった。これらの結果より、CHXはP.gingivalisのバイオフィルム中の菌体外多糖には作用せず、菌体のみを選択的に排除・抑制することが示唆され、CHXは菌体外マトリックスに対して効果を示さないことが推察された。現在、CHXを作用させたバイオフィルムを走査型電子顕微鏡にて観察し、微細形態学的構造について解析中である。残りの研究期間にて、残存した菌体外マトリックスの除去の必要性について検討するとともに、テトラサイクリン,アジスロマイシン,アンピシリン,ならびにセファゾリンナトリウムについても同様に、バイオフィルムにおける菌体および菌体外マトリックスへの影響を3次元的ならびに微細形態学的に解析するや定である。本年度は、1.Porphyromonas gingivalis ATCC33277株のバイオフィルムにグルコン酸クロルヘジシジン(CHX)を作用させた後に残存する菌体外マトリックス成分の機械的除去に対する抵抗性と新たな菌の再付着の可能性、2.CHXと同様に陽イオン性抗菌剤である塩化セチルピリジニウム(CPC)のP.gingivalisバイオフィルムの菌体外マトリックスに及ぼす影響について検索した。1.0.2% CHX作用後のサンプルを超音波処理に供した後、残存物の吸光度を測定した結果、CHX作用群はコントロール群と比較し、超音波処理による除去に対して抵抗性を示した。また、DAPIにて蛍光染色したP.gingivalisをCHX作用後のサンプル上で1時間培養した後、共焦点レーザー顕微鏡(CLSM)および画像解析ソフトを用いて定量した結果、CHX作用群への菌の再付着量は唾液処理のみを地した群への付着量と比較して有意に増加した。2.DAPIにて蛍光染色したP.gingivalisを用いて形成したバイオフィルムに0.0005%-0.2%のCPCを作用させた後、菌体外マトリックスの主成分である菌体外多糖をConcanavalin A-FITCおよびWheat germ agglutinin-FITCにて染色し、CLSMおよび画像解析ソフトを用いて定量的解析を行った。その結果、すべてのCPC作用群において、バイオフィルムを形成している菌体の体積が有意に減少したが、菌体外多糖の体積に有意差は認められなかった。これらより、CHXおよびCPCを作用させるとバイオフィルム中の菌体が死滅した後も菌体外マトリックス成分が残存することが明らかとなった。さらに、CHX作用後に残存した菌体外マトリックス成分は機械的除去が困難で、バイオフィルム再形成の足場となる可能性があり、抗菌剤作用後に残存する菌体外マトリックス排除法を検討する必要性が示唆された。
血清脂質レベルと自殺に関する前向き疫学研究

[対象と方法]1990年に某自治体で全職員を対象に実施した健診受信者18,710名中、40歳以上54歳以下の8,367名(男5,616名、女2,751名)を対象として血清脂質レベルと自殺との関連につき前向き検討を行った。血清脂質(総コレステロールと中性脂肪)はその分布にしたがい、構成員を四分割または十分割し、血清脂質レベルと自殺・事故との関連をCoxの比例ハザードモデルを用いて性・年齢・喫煙状態・飲酒状態・精神的な訴えの状況(不安の有無、憂うつの有無)で調製し検討した。観察は1996年3月31日まで実施し、退職者は退職時点で打ち切り例として扱った。死亡者については、死因・死亡年月日などを把握した。[結果と考察]96年3月31日までの約6年間に観察対象者から384例の退職、73例の死亡(うち自殺10例、事故5例)が発生した。総コレステロール:第一四分位から3例の自殺者、5例の自殺・事故死亡者が観察されたが、他の群にくらべ若干ハザード比が高いものの有意ではない。さらに、総コレステロール値の分布に従い十分割して検討したところ、最も低い群(157mg/dl未満)では2例の自殺者、3例の自殺・事故死亡者が認められ、他群を1としたときのハザード比はそれぞれ2.66、2.51と高いが有意ではない。中性脂肪:第一第四四分位からそれぞれ2、2、4、2例の自殺者、2、4、4、5例の自殺・事故死亡者が観察された。中性脂肪値が高い群ほどリスク値が増加するが、その増加は有意ではない。十分割して観察しても特に傾向は認めない。HDLコレステロール値は1,997名でのみ測定しており、自殺者は2名のみの観察であったため、今回の検討からは除外した。外国では、低コレステロール血症のものはそれ以外のものにくらべ自殺発生率が高いとの報告が数件ある。今回の検討では、総コレストロール低値群で自殺のリスクが高かったものの有意ではなかった。しかし、観察数が少ないことの影響も考えられ、日本では低コレステロール血症と自殺との間に関連がないと結論するのは早計であろう。自殺は有効な対策を立てることにより予防可能であり、今後、当該集団でのさらなる追跡観察に加え、別集団での観察などハイリスク者を同定する努力を続ける必要があると考える。
マイクロ非平衡場の制御による細胞サイズ分子ロボットの動的自己組織化と自律運動

本研究では,マイクロメートルスケールの非平衡場を構築・制御し,分子を時空間的・動的に自己組織化させ,非平衡場のエネルギーを利用して自律的に駆動する,「動的な細胞サイズ分子ロボットの創製と制御」を行うことを目的とした.研究の結果,細胞サイズ分子ロボットのための非対称複雑形状ゲル粒子の構築技術と動的自己組織化法の開発,化学反応によるゲル粒子の自律運動の実現に成功した.さらに,細胞やDNAを用いた細胞サイズ分子ロボットへのバイオ機能の付与や,細胞サイズマイクロ粒子の集団的自発運動の実験と理論解析にも成功した.これらを通し,細胞サイズ分子ロボットに動的な運動・機能などを実現する基礎を築いた.研究代表者の瀧ノ上は,触媒反応による気泡で自己推進する細胞サイズの複雑形状ゲル粒子の構築と制御を行った.具体的には,遠心力を利用した液滴射出マイクロ流体システムにより,直径約100 μmの複雑形状(プロペラ型等)の粒子を生成し,形状の非対称性による推進の制御を行い,並進運動,回転運動,およびその複合である円運動を実現することができた.また,同マイクロ流体システムを発展させ,鞭毛様の多重らせん構造のマイクロファイバーを生成する技術の開発にも成功した.分担者の森田は,上記マイクロ流体システムを応用し,脂質二重膜小胞(リポソーム)の生成に成功し,DNAコンピューティング反応を内包する小胞型分子ロボット構築のための基礎ができた.分担者の尾上は,自己組織化するマイクロスケールのユニットの作製を行った.具体的には,上記マイクロ流体システムにより,直径約100 μmの磁性体を封入したヤヌス型のマイクロ粒子を形成し,周期的に変動する磁場内においてマイクロ粒子の駆動のダイナミクスを観察した.その結果,10 mT,20 Hzの歳差磁場内において,マイクロ粒子周囲に生じる磁力と流体力の相互作用による自己組織化パターンの形成に成功した.分担者の原は,細胞サイズの分子ロボット実現を目指して,化学振動反応であるBZ(Belousov-Zhabotinsky)反応を力学的なエネルギーに自励変換して駆動する自励振動高分子の合成を行った.様々な主鎖構造を有する自励振動高分子を合成した結果,高分子鎖の自励振動挙動を主鎖構造によっても制御可能な知見を得た.また,BZ反応基質(硝酸,マロン酸,臭素酸ナトリウム)や温度の変化に対する振動挙動への影響についても検討を行った.研究代表者の瀧ノ上は,白金触媒によって生成する気泡で自己推進するマイクロサイズの複雑形状ゲル粒子の構築と制御および理論の構築を行った.具体的には,昨年度構築した遠心力を利用した液滴射出マイクロ流体システムにより,直径約100 μmの複雑形状の粒子を生成し,形状の非対称性による推進の制御(並進/回転/円運動)を実現し,数理モデルによって運動をシミュレートすることができた.また,DNAオリガミ技術を用いたエマルション型の細胞サイズ分子ロボットの構築にも成功した.分担者の森田は,瀧ノ上とともに,上記マイクロ流体システムを応用し,脂質二重膜小胞(リポソーム)の生成と制御に成功し小胞型分子ロボット構築技術を発展させた.さらに,森田と瀧ノ上は,DNAゲル技術を用いてスケルトン構造や球殻構造を持つDNAマイクロスフィアの生成と,その生成メカニズムの解明に成功した.分担者の尾上は瀧ノ上と協力して,外場に応答して動的に自己組織化するマイクロスケールのゲル粒子の生成・制御と理論の構築を行った.具体的には,上記マイクロ流体システムにより,直径約100 μmの磁性体を封入したヤヌス型のマイクロ粒子を形成し,回転交流磁場(歳差磁場)内においてマイクロゲル粒子の駆動および自己組織化のダイナミクスを観察した.その結果,歳差磁場の回転速度依存的に,自己組織化パターンを形成・制御することに成功した.この現象は,マイクロ粒子周囲に生じる磁力と流体力の相互作用を仮定した数理モデルにより説明することができた.分担者の原は,化学振動反応であるBZ(Belousov-Zhabotinsky)反応を細胞サイズの分子ロボット実現へ応用するため,力学的なエネルギーに自励変換して駆動する自励振動高分子の構築を行った.様々な環境で駆動できるような検討を行うとともに,マクロスケールへの拡張も検討した.まず,分子ロボットのボディ開発において,マイクロ流体システムを利用することでの自己組織化するマイクロパーティクルの複雑化および外場による制御が研究課題であった.代表者の瀧ノ上は,プロペラ等の複雑構造を有する粒子やファイバーを生成する基礎技術開発に成功するとともに,分担者の尾上と協力することで,化学分子濃度場(過酸化水素水濃度),磁場(歳差磁場)による外場からのエネルギー供給で自律的に駆動したり,自己組織化したりする原理の構築と物理メカニズムを入れた数理モデルの構築に成功している.さらに,もう一つの課題である小胞型の細胞サイズ分子ロボットの構築に関して,瀧ノ上は,DNAオリガミ技術を用いた油中水滴型の細胞サイズ分子ロボットの構築において,分担者の森田は瀧ノ上と協力して,リポソームを用いたものやDNAゲルを用いたものなど複数の手法において成果を挙げている.また,分担者の原は,化学-力学エネルギー変換として重要になるBZ反応駆動の高分子システムに関して,様々な環境においての駆動条件の検討や改良に成功している.以上のように,最終目的を達成するための研究進捗は順調であると考えている.研究代表者の瀧ノ上は,DNAオリガミ技術を用いたエマルション型の細胞サイズ分子ロボットの構築にも成功し,機能の解析を実現した.また,マイクロ粒子の自律的な集団運動を実現し,その物理モデルの構築や運動のシミュレーションにも成功した.

触媒反応によって気泡を発して自律駆動するマイクロ粒子のゆらぎ等の影響に関する成果を得た.分担者の森田と瀧ノ上は,DNAゲル技術を用いてスケルトン構造や球殻構造を持つDNAマイクロスフィアの生成と,その生成メカニズムの解明に成功した.研究分担者の尾上は瀧ノ上と協力し,磁性体を半球に封入したマイクロヤヌスゲルビーズにおける歳差磁場内での動的構造変形について評価を行い,内容をJournal of Applied Physics誌に投稿,掲載された.またヤヌスゲルビーズの材料を細胞が封入可能なコラーゲンゲルへと応用展開をし,微小なマイクロゲルビーズ空間内で細胞間の相互作用系を含むアセンブルユニットの開発を行った.その結果をAdvanced Healthcare Materials誌に投稿,掲載された.分担者の原は,振動反応であるBZ反応で高分子鎖の状態が周期的に変化する自励振動高分子を用いて,細胞サイズの分子ロボットの実現へ応用することを目的として研究を実施した.自励振動高分子は主鎖の化学構造に依存して大きく振動挙動が異なることが,これまでの研究から明らかになっており,本年度では細胞サイズの分子ロボットの実現に最適な高分子の化学構造を決定することを目指して,様々な自励振動高分子を合成し,その振動挙動と基礎物性について計測を行った.本研究課題は,DNA分子ロボットの自己組織化技術の実現と,分子ロボットのための自律運動技術の構築である.代表者の瀧ノ上は,プロペラ等の複雑構造を有する粒子やファイバーを生成する基礎技術開発に成功するとともに,分担者の尾上と協力することで,化学分子濃度場(過酸化水素水濃度),磁場(歳差磁場)による外場からのエネルギー供給で自律的に駆動したり,動的に自己組織化したりする技術の構築と物理モデルの構築に成功している.また,瀧ノ上は,DNAオリガミ技術を用いた油中水滴型の細胞サイズ分子ロボットの構築において,分担者の森田は瀧ノ上と協力して,リポソームを用いたものやDNAゲルを用いたものなど複数の手法において成果を挙げている.さらに,尾上はマイクロゲルビーズ内に液性因子拡散による細胞間相互作用を組み込むことが可能なコラーゲンゲルユニットの開発に成功し,より複雑なマイクロ構造場の制御を実証した.また,分担者の原は,広い温度範囲で安定に振動挙動を実現することが可能な自励振動高分子について検討を行った結果,温度応答性がない主鎖を採用することで広い温度範囲で安定な振動を実現することが可能ではあるが,振幅が減少する傾向があることが分かった.このように,化学-力学エネルギー変換として重要になるBZ反応駆動の高分子システムに関して,様々な環境においての駆動条件の検討や改良に成功している.以上のように,最終目的を達成するための研究進捗は順調であると考えている.本研究では,マイクロメートルスケールの非平衡場を構築・制御し,分子を時空間的・動的に自己組織化させ,さらに,非平衡場のエネルギーを利用して自律的に駆動する,「動的な細胞サイズ分子ロボットの創製と制御」を行うことを目的とし,研究を行った.最終年度である今年度は,予定通り,DNAを用いた機能性の小胞による細胞サイズ分子ロボットの発展を行った.
応力による可逆的結晶転移を示す繊維状高分子の構造解析による相転移機構の解明

本研究では、応力による高分子結晶の相転移機構を分子レベルで明らかにすることを目的として、ポリテトラメチレンサクシネート(PTMS)、ポリエチレンサクシネート(PES)をはじめとする脂肪族ポリエステルの結晶構造解析を進めてきた。今年度は以下のような研究成果をあげることができた。1. X線解析法による結晶弾性率の測定昨年度構造解析を終了したPESについて結晶弾性率の測定を行ったところ、延伸による出現するPESβ型の結晶弾性率は、平面ジグザグ構造から予測される弾性率にくらべかなり低く、その値はPTMSβ型の結晶弾性率とほぼ同程度の値であることがわかった。PESβ型は、分子鎖一本のコンホメーションと分子鎖方向からみた分子鎖のラテラル方向のパッキングには規則性があるが、分子軸方向の相対的な位置関係に乱れがある結晶相であった。このため、分子鎖の構造には平面ジグザグ構造を仮定して解析を行ったが、結晶弾性率の測定結果より、PESβ型でもPTMSβ型のように、そのコンホメーションは完全な平面ジグザグ構造ではないことが明らかになった。2.結晶構造解析と構造転移機構の検討昨年度より解析を進めっていたポリテトラメチレンアジペート(PTMA)の結晶構造解析をほぼ終了した。PTMAは延伸と緩和による結晶相転移を示さないが、その構造はPESやPTMSβ型と類似したものであることがわかった。これまでの実験結果をもとに、PESの構造転移機構について検討したところ、この転移機構は熱力学的一次転移であり、T_3GT_3GからT_8コンホメーションへ構造変化が生じることがわかった。PESの構造転移における自由エネルギー変化はPTMSにくらべて大きな値であった。これは、PESの構造転移がオーダー相からディスオーダー相への転移であること、PTMSにくらべて分子鎖の構造変化が大きいことと関係していると考えられた。以上のように、結晶構造解析結果をもとにして脂肪続ポリエステルに見られる結晶構造転移現象の詳細について分子レベルで明らかにすることができた。本研究では、応力による高分子結晶の相転移機構を分子レベルで明らかにすることを目的として、ポリテトラメチレンサクシネート(PTMS)、ポリエチレンサクシネート(PES)をはじめとする脂肪族ポリエステルの結晶構造解析を進めている。1.試料調整構造解析に適したX線回折像を得るために、延伸温度、延伸倍率、熱処理温度などの試料調整条件の最適化を行った結果、PES、ポリテトラメチレンアジペ-ト(PTMA)については非常に良好な試料を得ることに成功した。2.X線回折データの収集繊維状試料の延伸倍率を変化させながら、イメージングプレートを装備したカメラシステムでX線回折測定を行った。PTMSに関しては安定結晶相(α型)試料を約26%延伸することにより新結晶相(β型)に転移することをすでに明らかにしていたが、PESは約35%の延伸によりβ型に完全に転移することを新たに確認した。また、わずかな化学構造の違いにも関わらず、PTMAは延伸と緩和による結晶相転移を示さないことがわかった。3.結晶構造解析と分子レベルでの構造転移機構の検討従来より解析を進めていたPTMSについては結晶構造を決定することができた。この結果、α型からβ型への結晶相転移はα型でGTGのコンホメーションをとっているテトラメチレン部分がTTTに変化することにより生じており、他の部分の分子構造や分子鎖のパッキングは転移前後でほぼ維持されていることがわかった。一方、PESβ型は分子鎖一本のコンホメーションと分子軸方向から眺めた分子鎖のラテラル方向のパッキングには規則性があるが、分子鎖の相対的な高さに乱れがある結晶相であることがわかった。解析の結果、分子鎖のコンホメーションは平面ジグザグであり、そのパッキングはポリエチレンに非常に類似していた。PTMAについては現在解析を進めている。

これまでの実験結果をもとに、PESの構造転移機構について検討したところ、この転移機構は熱力学的一次転移であり、T_3GT_3GからT_8コンホメーションへ構造変化が生じることがわかった。PESの構造転移における自由エネルギー変化はPTMSにくらべて大きな値であった。これは、PESの構造転移がオーダー相からディスオーダー相への転移であること、PTMSにくらべて分子鎖の構造変化が大きいことと関係していると考えられた。以上のように、結晶構造解析結果をもとにして脂肪続ポリエステルに見られる結晶構造転移現象の詳細について分子レベルで明らかにすることができた。
判断力と公開性を中心とするカントの政治理論の研究

日本学術振興会特別研究員に採用された初年度は、博士論文を仕上げることに専念した。主にイマヌエル・カントの政治的自律の構想についての研究を進めた。この研究は博士論文の最終章をなすものであると同時に、本研究員に応募するにあたり提出した研究計画に直接つながる重要な位置を占める研究である。カントの構想する政治的自律は、実定法の制定に関与しうる権利と機会が保障された状態を指している。実定法の制定に関与しうる機会が保障されるためには、経済的な自立もまた必要となる。そこでカントは、政治的自律のための社会保障という構想を提示した。これは社会保障の目的としては社会思想史上特異な発想であるが、近年においては政治理論家のジョン・ロールズが提示する「財産所有のデモクラシー」にも通じるアクチュアリティのある見解である。博士論文では、こうした政治的自律の構想を含むカントの政治理論の研究に取り組み、2013年4月に早稲田大学政治学研究科に提出した。当初の予定では博士論文提出後に、研究計画書に記した、カントの構想に始まる社会保障の目的をめぐる思想史研究に従事する予定であった。初年度は、博士論文執筆の他に、2012年8月に小樽商科大学で行われた第20回政治哲学研究会で研究報告を行った。この研究会では、博士論文の主題の一つであったハンナ・アーレントの政治理論について報告し、コメンテーターや司会の方をはじめ、多くの参加者から質問やコメントをいただいた。ここでの報告内容を大幅に加筆・修正した内容の論文を雑誌『理想』の「特集アーレント」に寄稿した。
生分解/pH応答が可能なフォトニックデバイスの開発とインプラント型DDSへの応用

高い全身性副作用をもつ抗がん剤を腫瘍部位へ集中的かつ持続的に必要量だけ投与するドラッグデリバリーシステム(DDS)の開発は、現在のがん治療が抱える問題を解決するための鍵を握るものである。本研究では、外部刺激答への高速自律応答と生分解による薬物放出ができ、非侵襲的手段でそのモニタリングが可能な医用デバイスを開発し、これをインプラント型DDSへと応用することを匿的とする。第1の目標は、生分解性・刺激応答性高分子ゲルを用いて、逆オパール型多孔質構造をもつフォトニックデバイスを作製することである。第2の目標は,近赤外光を用いた薬物放出の非侵襲・実時間モニタリングである。初年度の研究推進により、逆オパール型多孔質構造をもつフォトニックデバイスの多孔質構造、化学構造、反射特性が明らかとなった。次年度においては、in vitroにおけるデバイスの分解特性についてはじめに検討した。その結果、分解に伴い多孔質構造が崩壊し、同時に反射特性が連続的あるいは不連続に変化することが分かった。また、in vivoでの分解特性についてはデバイスをマウス皮下に挿入したところ、多孔質構造が完全に崩壊し反射ピークが消失する結果となった。また、生体適合性についても優れることが分かった。さらに、皮下埋入状態において反射スペクトルが計測可能であることを実証するために、デバイスを豚皮で被覆しその際の反射特性の皮厚依存性について明らかにした。また、デバイスにモデル薬物を担持させ分解にともなう薬物リリース実験を行い、反射特性の変化との相関関係について検討した。本研究では、外部刺激答への高速自律応答と生分解による薬物放出ができ、非侵襲的手段でそのモニタリングが可能な医用デバイスを開発し、これをインプラント型DDSへと応用することを目的とする。第2の目標は、近赤外光を用いた薬物放出の非侵襲・実時間モニタリングである。始めに多価アルコールと多価カルボン酸を原料とすることで脂肪族クエン酸系ポリエステルを作製した。IR吸収測定、ラマン散乱測定、XRD測定の結果、エステル結合の3次元的ネットワークをもつゲルが形成されていることが分かった。また、TG-DTA,DSC測定により熱物性を評価した。更に、アッベ屈折計を用いてポリエステルフィルムの屈折率を評価した。一方、コロイド結晶を用いたレプリカ法により、逆オパール型多孔質構造をもつポリエステルを作製した。多孔質構造は、SEM観察により確認した。また、含溶媒状態において逆オパール構造に特有の構造色が観察された。その反射特性については、反射測定用高分解能ファイバ分光システムを用いて調べた結果、ブラッグ則からの予想されるものとよい一致が見られた。更に、フォトニックバンド計算を行い、多孔質体の作製過程における反射特性の変化について検証した。本研究では、外部刺激答への高速自律応答と生分解による薬物放出ができ、非侵襲的手段でそのモニタリングが可能な医用デバイスを開発し、これをインプラント型DDSへと応用することを露的とする。前年度の研究成果により逆オパール型多孔質構造をもつフォトニックデバイスの多孔質構造、化学構造、反射特性が明らかとなった。そこで本年度は、in vitroにおけるデバイスの分解特性についてはじめに検討した。

その結果、分解に伴い多孔質構造が崩壊し、同時に反射特性が連続的あるいは不連続に変化することが分かった。また、in vivoでの分解特性についてはデバイスをマウス皮下に挿入したところ、多孔質構造が完全に崩壊し反射ピークが消失する結果となった。また、生体適合性についても優れることが分かった。さらに、皮下埋入状態において反射スペクトルが計測可能であることを実証するために、デバイスを豚皮で被覆しその際の反射特性の皮厚依存性について明らかにした。また、デバイスにモデル薬物を担持させ分解にともなう薬物リリース実験を行い、反射特性の変化との相関関係について検討した。
不活性惑星高層大気分子との高速衝突による化学的材料損傷リスク評価

宇宙環境工学の分野でこれまで全く考慮されてこなかった原子状酸素以外の大気成分と宇宙機表面との相互作用の可能性を、理論計算結果に基づいた実験により検証した。窒素100%ガスを用いてビーム形成をすると窒素分子の解離が生じるため、単原子分子のアルゴンを用いて高質量不活性ビームを形成し実験を行った。その結果、ポリイミドは9eVの衝突エネルギーを有するアルゴンで質量減少を生じないのに対して、実験に用いたフッ素系高分子薄膜では大きな質量減少を生じることが確認され、高質量不活性原子の高エネルギー衝突が材料劣化を生じることが実験的に確認され、高質量不活性ガスの衝突による材料劣化現象が確認された。本研究は、宇宙環境工学の分野でこれまで全く考慮されてこなかった原子状酸素以外の大気成分と宇宙機表面との相互作用の可能性を理論計算結果に基づいた実験により検証するものである。そのために、低軌道原子状酸素環境を模擬するためレーザーデトネーション型原子ビーム発生装置を用いて8km/sの窒素分子ビームを形成し、窒素分子高速衝突による材料劣化を定量的に評価することを試みた。超低軌道における窒素分子の高エネルギー衝突効果を地上実験で再現するために窒素ガスをターゲットガスに用いると解離反応が生じるため適当ではないという平成23年度の結論を受け、平成24年度にはアルゴンガスを用いてビーム形成を行い、軌道上での高エネルギー分子衝突環境を模擬した実験を行った。平均並進エネルギー10eV程度のアルゴンビームをレーザーデトネーション法で形成し、水晶振動子上に成膜したポリイミドおよびフッ素系高分子薄膜に照射し、共振周波数の変化から材料劣化現象の発現の有無を検証した。また、高速チョッパーを用いてアルゴン衝突エネルギーを変化させた実験から、理論計算で予測されているエネルギー依存性と定性的に整合する結果を得ることができた。これらの結果から、これまで無視されてきた高質量不活性分子の軌道上での高エネルギー衝突はフッ素系高分子材料の質量減少を誘起していることが確認された。また、フッ素系高分子のアルゴン衝突による質量減少は酸素原子と同様の衝突エネルギー依存性を発現することから、フッ素系高分子の劣化には酸素原子の科学的活性度は重要ではなく、衝突エネルギーが大きな要因であることが示唆された。一方、超低軌道技術試験機SLATSミッションに関して窒素分子フルーエンスの計算を行い、質量(膜厚)減少量の推定を行った。その結果、本研究グループが提案しているSLATS搭載実験により本研究の結果が軌道上で確認できることが示された。本研究は、宇宙環境工学の分野でこれまで全く考慮されてこなかった原子状酸素以外の大気成分と宇宙機表面との相互作用の可能性を、理論計算結果に基づいた実験により検証するものである。そのために、低軌道原子状酸素環境を模擬するためのレーザーデトネーション型原子ビーム発生装置を用いて8km/sの不活性分子ビームを形成し、不活性分子の高速衝突による材料劣化を定量的に評価する。平成23年度は本プロジェクトの初年度であり、軌道上の環境に近いビームプロファイルを実現するための装置の改修と整備を行った。窒素分子ビーム形成実験を行った結果、以下のような結果と問題点が明らかになった。(1)窒素100%ガスを用いてビーム形成を試みたところ、窒素分子と原子状窒素を含むビームが形成される。(2)飛行時間スペクトルにおける原子状窒素のピーク強度は窒素分子ピーク強度よりも大きく、窒素分子の大部分が原子状窒素に解離している。(3)窒素分子の解離はビームの並進エネルギーが大きくなると促進される傾向がある。これらの実験データから、超低軌道領域における窒素分子の高エネルギー衝突の効果を地上実験で再現するためには窒素ガスをターゲットガスに用いるのは適当ではないと結論された。一方、アルゴン100%ガスを用いてビーム形成を行ったところ、超熱アルゴンビームの形成が確認され、軌道上での窒素分子と材料の科学的反応性との差異を考慮できればアルゴンビームで軌道上での高エネルギー原子衝突環境の模擬が可能であることが示唆された。実験は概ね順調に進展している。平成23年度には本システムに使用していた大型ターボ分子ポンプが故障するという想定外の事態が生じたが、本プロジェクト予算で代替品を措置することができ、実験を継続する事ができた。それに伴い、当初計画から購入品が一部変更されている。本実験装置で使用していたパルスバルブを高速応答のピエゾバルブに交換し、さらにビーム軸中のスリット径を再検討することにより、原子ビームの正確な飛行時間スペクトルの取得を可能となった。一方、軌道上における窒素分子の高エネルギー衝突を地上で模擬する際に、レーザーデトネーション現象により窒素分子の解離が生じるという問題は、当初からある程度予想された現象であり、これを回避するために単原子分子であるアルゴンガスの適用を検討した。

アルゴンビームを用いた実験結果は良好であり、次年度にアルゴンビーム実験を実施するに向けての当初目的をほぼ達成した。超低軌道における窒素分子の高エネルギー衝突の効果を地上実験で再現するためには、軌道上における窒素分子と材料の科学的反応性との差異を考慮できればアルゴンビームで軌道環境の模擬が可能であることが平成23年度の研究結果から明らかになった。そこで、平成24年度にはアルゴンビームと高速チョッパーの組み合わせにより軌道上の窒素分子衝突エネルギーを模擬し、材料劣化量の測定を行う。具体的には水晶振動子上に成膜したポリイミドやフッ素系高分子薄膜にアルゴンビームを照射し、共振周波数の変化から、材料劣化現象の発現の有無、ならびに理論計算で予測されているエネルギー依存性等を測定する。これにより不活性原子の高エネルギー衝突が材料劣化に及ぼす影響を評価する。また、表面分析により窒素とアルゴンの反応性の差異が材料劣化現象に与える効果も併せて評価する。これらの実験により、原子状酸素の化学的反応性と物理的衝突エネルギーの効果を切り分けた理解が可能となる。平成24年度は研究最終年度であることから、本研究で得られた結果を総括し、低軌道における不活性分子の高エネルギー衝突が宇宙用材料へ与える効果について、ミッションリスクアセスメントを含む評価を行うとともに、SLATS等の超低軌道ミッションプロジェクトへの助言を行う。平成24年3月にオランダで実施予定であった研究協力者との打ち合わせが先方の都合により5月に延期されたことから、平成23年度の外国旅費の一部が平成24年度に繰り越された。平成24年度には大きな装置系の変更は予定されておらず、研究費は主として実験用の消耗品と成果発表用の旅費である。本研究での結果は平成24年9月に開催される本分野の国際会議ISMSE-12, IAC-63等で発表予定である。
超好熱性アーキアの転写制御因子の網羅的解析

超好熱性アーキアThermococcus kodakarensisにおいて糖新生系酵素と細胞内多糖類合成酵素の転写抑制因子を同定した。また芳香族アミノ酸合成オペロンに対する転写活性化因子Tarは本菌において芳香族アミノ酸生合成系全体を制御している可能性が考えられた。さらに愛媛大学との共同研究によりTarの立体構造解析を行った。新規Lrp/AsnCfamily転写抑制因子はアスパラギナーゼ遺伝子の制御に関することが示唆され、DNAとのダイナミックな結合・解離機構が存在する可能性が示された。本菌の転写制御系の遺伝子組換えにより、より高効率で水素を生産する株を育種した。1)新規転写制御因子のin vitro機能解析大腸菌in vitroタンパク質合成系を用いて作製した、T.kodakarensis推定転写制御因子ライブラリーを用いたスクリーニングにより、Rubisco遺伝子のプロモーター領域に結合するTK1494などを見出した。TK1494については、組換えタンパクを作製し、精製を行った。TK0271タンパク質を大腸菌を用いて調製し、精製タンパク質を用いて芳香族アミノ酸生合成系のpromoterに対してEMSAを行った。その結果、いずれのpromoterに対しても複合体形成が観察された。更に、これらのpromoterに含まれる回文配列に変異を導入したところ、複合体が形成されなくなったことから、TK0271の結合には回文配列が必須であることが明らかになった。次に最近構造や細胞内での機能を明らかにしたT. kodakarensisのRNA polymerase (RNAP)やTFBを含む、基本転写因子(RNAP, TFB, TBP)から構成されるin vitro転写系にTK0271を添加し、転写反応に与える影響を調べた。その結果、trp promoterの転写産物量はTK0271の添加により増加した。1)新規転写制御因子のin vitro機能解析昨年度、組換えタンパク質の精製を進めたTK1494に関して、その被制御遺伝子との関係性を明らかにするために、本遺伝子破壊株を作製し、これを用いたマイクロアレイ解析を行った。その結果、本遺伝子の破壊により、主に糖新生系酵素遺伝子と、細胞内の多糖類合成に関与する遺伝子群の転写量が上昇することが判明し、TK1494によりこれらの遺伝子が制御されている可能性が考えられた。続いて精製TK1494タンパク質を用いたelectropheretic mobility shift assay(EMSA)を進めた結果、これらの遺伝子上流配列との直接的な結合が確認されたことから、TK1494はT. kodakarensisの糖質代謝に関わる転写抑制因子であることが示唆された。2)新規転写制御因子候補Tarのin vivo機能解析まずはTar遺伝子破壊株の作製を行った。本破壊株の生育測定を行った結果、培地中にTrpが含まれている場合はホスト株と同様の生育を示したが、Trp非存在下での生育は大幅に悪化した。さらに本破壊株はTrp以外の芳香族アミノ酸の非添加条件でも生育が悪化もしくは生育しなかったことから、本遺伝子が本菌の芳香族アミノ酸生合成全体に寄与している可能性が示唆された。またTrp非存在下で生育させた本破壊株のマイクロアレイ解析を行った結果、Trp生合成遺伝子群の転写量の現象が観察されたことから、Tarが実際の細胞内においてもTrp生合成遺伝子群の転写活性化に寄与していることが明らかとなった。本研究により新たに同定したTK1494やTarなどの転写制御因子の被制御遺伝子の同定やその細胞内機能が次々と明らかとなっている。昨年度にアスパラギナーゼ遺伝子の上流配列への結合が見られたLrp/AsnCfamily転写制御因子(150aa)が、succinyl-CoA synthetase遺伝子の上流にも結合することが、EMSA解析により明らかとなった。また、アスパラギナーゼ遺伝子の上流配列内には転写因子との結合領域が2箇所存在することが示され、これらの塩基配列への変異導入により、結合配列と予想される領域を同定した。また転写因子とDNAと結合がアスパラギンの添加により大きくスーパーシフトすることが示された。この結果より、本転写因子が本菌のアスパラギン代謝に深く関与する可能性が示された。2)新規転写制御因子Tarの機能解析Tarの立体構造解析を行い、X線結晶構造を1.58オングストローム分解能で決定することに成功した。Tarは2つのドメインで構成されており、N末端には二量体形成に必要なドメインが存在し、C末端にはDNA結合に重要なwinged helix-turn-helix(wHTH)型DNA結合ドメインが存在していた。wHTH上にはDNA認識に重要と予想される複数の正電荷アミノ酸残基が見られた。DNA修復に関わるRadA/Rad51recombinaseの上流に結合することが予想された、新規なLrp/AsnC familyに属する転写制御因子についての機能解析を進めた。

本遺伝子破壊株を作製し、それを用いたマイクロアレイ解析により、転写量が変動する遺伝子群を検出した。その結果、推定アスパラギナーゼをコードする遺伝子の転写変動が大きいことが判明した。アスパラギナーゼ遺伝子と本転写制御因子遺伝子の上流配列を確認したところ、共通配列の存在が明らかとなった。そこで、大腸菌を用いて調製した組換えタンパク質を用いてElectrophoretic Mobility Shift Aaasy (EMSA)を行った結果、バンドシフトが観察されたことから、これらのプロモーターへの結合が確認された。2)新規転写制御因子Tarの機能解析TarがT. kodakarensisの芳香族アミノ酸生合成系全体を制御している可能性を考え、trp operonに加えて、aro operon tyr/phe operon, his operonに対するTarの機能解明を進めた。まずTar遺伝子破壊株の生育測定を行った結果、いずれの芳香族アミノ酸非添加培地においても、元株よりも生育が著しく悪化することが判明した。またEMSAによりTarがこれらの全てのオペロンのプロモーターと結合することを確認した。これらのことから、TarはT. kodakarensisの芳香族アミノ酸生合成系全体を制御している可能性が考えられた。しかし野生株のマイクロアレイ解析の結果、his operonの挙動が、trp operon, aro operon, tyr/phe operonとは異なる点が見られたことから、his operonにおいて他とは異なる制御機構が存在している可能性が示された。Tarが芳香族アミノ酸生合成系全体を制御している可能性が示され、それに加えhis operonには新たな制御系の存在が明らかになるなど、新しい事実の発見が続いているため。当初の予想通りにTK1494などの新規転写制御因子が同定され、また先に同定された新規転写制御因子TK0271のin vitroにおける機能解析が順調に進んでいるため。新規なLrp/AsnC familyに属する転写制御因子のin vitro機能解析を進める。またTarがTrp以外の芳香族アミノ酸生合成遺伝子群の制御も担っているかを調査する。29年度が最終年度であるため、記入しない。極限環境微生物学芳香族アミノ酸生合成遺伝子群の制御機構の全体像を明らかにすると共に、Tarの立体構造解析によりその転写活性化機構の分子メカニズムの解明を行う。また新規なLrp/AsnCfamily転写制御因子についても、in vitro解析を進めると共に、遺伝子破壊株の特性解析を行う。新規転写制御因子TK1494のin vitro機能解析を進める。TK0271遺伝子破壊株を作製し、そのアミノ酸合成能の比較などを行う。遺伝子工学用試薬・酵素・キット類の消費が当初の想定より少なかったため。