hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脊髄損傷回復期に重要なモノアミンの脊髄前角運動ニューロンに対する作用機序の解明

初年度の研究成果は、脊髄前角細胞に対するノルアドレナリン(NA)の作用機序を電気生理学的実験により調査し、解明したことである。幼若ラットの脊髄横断スライスを作成し、脊髄前角細胞にホールセル・パッチクランプ記録(主に膜電位固定法)を適用した。NAやその選択的受容体アゴニストまたはアンタゴニスト投与による膜電流の変化や、主に興奮性シナプス後電流(EPSC)の頻度・振幅の変化を検討した。NA 40μMの灌流投与によりEPSCの頻度(コントロール比214%)と振幅(184%)が有意に増加したが(p<0.01)、活動電位を遮断するテトロドトキシン存在下にこれら増加は完全に抑制された。また、NA 40μM投与にて脊髄前角細胞自体の興奮性増強を示す内向き電流(振幅平均55.4pA)を生じた。NA投与によるEPSCの頻度の増加および内向き電流はα1またはβ受容体アンタゴニストにより有意に抑制されたが、α2受容体拮抗薬では抑制されなかった。また、α1またはβ受容体アゴニスト投与によりNA同様にEPSCの頻度・振幅の有意な増加を認めた。脊髄前角細胞において、NAは興奮性シナプス伝達を活性化した。この反応はテトロドトキシンにより抑制されることから、シナプス前終末への直接作用ではなく、NAが神経回路網を形成する介在ニューロンに作用して神経伝達物質放出を促進しているといえる。また、アゴニストとアンタゴニスト投与の結果より、NAによる変化はα1およびβ受容体を介した作用であるといえる。脊髄損傷回復期に重要な神経回路網の活性化において、本研究結果よりノルアドレナリンを介した方策について基礎的かつ新規の知見が得られた。脊髄前角神経細胞に対し筋攣縮との関連を示したα受容体作用の報告はあるもののβ受容体作用に関する報告はなく、今回申請者らはβ受容体を介した適度な神経回路網活性化の可能性を示した。これまでの研究手法である電気生理学的実験は過去にも自施設で行われてきたもので、確立されていたため、順調な進展は予想通りともいえる。一方で今後の研究のうち、特に脊髄損傷モデルを用いた研究に関しては1つ1つ確立していく必要がある。免疫組織学的実験により電気生理学実験の結果を補完する。回復期の脊髄損傷モデルラットを用いた運動神経や感覚神経回復に関する行動実験にて、モノアミン、特にノルアドレナリン受容体アゴニスト製剤の効果を確認する。まずはモデルラットの確立をする。その後、モデルラットに対し、複数の薬剤投与濃度、投与時期を設定し、その反応・効果を比較検討する。もしノルアドレナリンアゴニストのみでは効果が得られにくい場合、他のモノアミンとしてセロトニン作動性でもあるセロトニンノルアドレナリン再取り込み阻害薬などの投与も検討する。

もしノルアドレナリンアゴニストのみでは効果が得られにくい場合、他のモノアミンとしてセロトニン作動性でもあるセロトニンノルアドレナリン再取り込み阻害薬などの投与も検討する。電気生理学的実験装置の経年劣化があり更新の必要性があったが、昨年度中の実験は行えていたため、条件の変化を避ける意味でも実験機材の更新は行わなかった。今年度、実験の区切りがついたところで実験装置の一部の更新を行うために予算を使用する計画である。
中学生の自己肯定感向上に繋がる音痴克服のための歌唱指導法に関する実証的研究

本研究の目的は、歌唱における生徒自身の内的フィードバック能力向上と生徒の心理面に着目して、中学生の自己肯定感向上に繋がる音痴克服のための歌唱指導法に関する実証的研究を行うことである。研究3年目の今年度はまず、研究協力校であるB中学校において、音痴意識を持ち、且つ音高・音程を正しく歌うことのできず、歌唱指導を希望する生徒11名を対象に、継続的な歌唱の個別指導、並びにグループ指導を試みることができた。その結果、参加した生徒たちの内的フィードバック能力とピッチマッチ能力を中心とした歌唱技能の向上、さらに歌うことに対する自信、意欲など心理面における変化もみられた。現在、事前・事後調査、個別のインタビュー調査、音楽科教諭へのインタビュー調査の結果も含めて、詳細な分析を行っている。また、研究初年度にA中学校全校生徒(約300名)を対象に実施した質問紙調査では、約5割の生徒が「非常に」もしくは「少々」音痴だと自分自身を思っていた。この結果について特に男女差を中心に分析した結果、女子は45.7%、男子は52.7%が「非常に」もしくは「少々」音痴だと思っており、男女の群に有意差がみられた。研究代表者が過去に大学生を対象に行った調査では、男女の結果における差はみられておらず、中学生における特徴として興味深い結果である。また男子について、「まだ変声に入っていない」と「現在変声中」を比較すると、音痴意識を持つ割合は「まだ変声に入っていない」生徒たちの方が高かった。これらの研究成果については国際学会(The 33th ISME World Conference)で海外研究者と共有した。研究協力校B中学校の協力を得て、音痴意識を持つ生徒を対象とした事例研究を予定どおり実施することがでた。また、音痴意識に関する質問紙調査の研究成果について、国内外で発表すると共に、他の協力校(9校)で実施した質問紙調査の分析にも反映することができたことから、本研究がおおむね順調に進展していると判断した。平成31年度は、研究協力校9校で実施した質問紙調査、また研究協力校A中学校で実施した「音痴」意識と内的フィードバックとピッチマッチとの関連を中心に、国内外の学会で成果の発信を行う。研究初年度にあたる平成28年度はまず、中学校2校でのフィールド調査、予備調査を経て、宮城県のA中学校全校生徒318名(1学年103名、2学年124名、3学年91名)を対象に、生徒の内的フィードバック能力を含む歌唱技能に関する個別調査と音痴意識に関する質問紙調査を実施した。個別の歌唱調査は、小学校での同縦断的調査での方法(Obata 2013)を用い、音痴意識に関する質問紙調査については、本申請者が開発した音痴意識を問う質問紙調査(Obata 2003, 2012)を基に作成した。現在、これらの調査結果について詳細な分析を行っている。また、2000年と2013年に筆者が実施した小学校教員養成課程に在籍する大学生に行った音痴意識の質問紙調査の結果を比較し、国際シンポジウム(The 32nd ISME World Conference)において発表を行った。調査結果の分析から、「音痴」意識を持つ学生の割合を含む多くの項目において、2000年と2013年の結果と比較して有意差がみとめられなかったことは極めて興味深く、その結果について海外の研究者と活発な意見交換を行った。さらに、これまでの児童・生徒を対象とした音痴克服の研究成果の一部を、小・中学校での歌唱指導で教員が活用できる一般書としてまとめた(小畑2017)。年度当初は、中学校全学年の各1学級、計3学級(約100名)において、生徒の内的フィードバック能力を含む歌唱技能に関する個別調査及び音痴意識に関する質問紙調査を行う予定であったが、研究協力校A中学校の協力により、全校生徒約300名を対象に調査を実施することができた。また、2000年と2013年に実施した大学生の音痴意識に関する調査結果を比較し、国際学会で発表した。以上より、本研究がおおむね順調に進展していると判断できる。研究2年目である平成29年度はまず、昨年度A中学校で実施した「音痴」意識を中心とした質問紙調査の結果について、国内学会、国際シンポジウムで研究発表を行った(小畑2017b, Obata 2017c)。ここでの国内外の研究者との意見交換を基に、A中学校での結果が、A中学校特有の結果であるのか、他の中学校でもみられる傾向なのかを明らかにするため、宮城県と千葉県の研究協力校において同質問紙調査を行った。調査は、7校の中学校において各学年1クラス、合計679名(1学年229名2学年218名3学年232名)を対象に、また発達的特徴を明らかにするため、小学校2校においても高学年418名(5学年219名、6学年199名)を対象に同調査を実施した。

同時に、生徒の内的フィードバック能力を含む歌唱技能に関する個別調査についても、中学校2校において合計191名(1学年64名、2学年64名、3学年63名)、小学校1校において65名(5学年36名、6学年29名)を対象に実施した。現在これらの結果について、詳細な分析を行っている。また、宮城県の研究協力校(B中学校)の2年生74名を対象に、小畑(2017a)を基にした約1時間の「音痴」克服をテーマとしたワークショップを実施した。ワークショップの前後に行った質問紙調査からは、ワークショップに参加したことにより、自分自身を「音痴」だと思う生徒の割合が減少したことが明らかであり、具体的にどのような意識の変化がおきたのか、自由記述についての質的な分析を現在行っている。年度当初は、中学校・小学校それぞれ1校において、歌唱技能に関する個別調査及び音痴意識に関する質問紙調査を実施する予定であったが、研究協力校が増え、質問紙調査については、国公立中学校7校、国公立小学校2校、個別の歌唱調査に関しては、国公立中学校2校、公立小学校1校で実施することができた。また、研究協力校であるB中学校において、「音痴」克服をテーマとしたワークショップの実施と参加者の意識について調査することができた。さらに、2016年にA中学校の全校生徒を対象に実施した音痴意識に関する質問紙調査の結果について、国内外の学会で発表した。以上の理由から、本研究がおおむね順調に進展していると判断した。本研究の目的は、歌唱における生徒自身の内的フィードバック能力向上と生徒の心理面に着目して、中学生の自己肯定感向上に繋がる音痴克服のための歌唱指導法に関する実証的研究を行うことである。研究3年目の今年度はまず、研究協力校であるB中学校において、音痴意識を持ち、且つ音高・音程を正しく歌うことのできず、歌唱指導を希望する生徒11名を対象に、継続的な歌唱の個別指導、並びにグループ指導を試みることができた。その結果、参加した生徒たちの内的フィードバック能力とピッチマッチ能力を中心とした歌唱技能の向上、さらに歌うことに対する自信、意欲など心理面における変化もみられた。現在、事前・事後調査、個別のインタビュー調査、音楽科教諭へのインタビュー調査の結果も含めて、詳細な分析を行っている。また、研究初年度にA中学校全校生徒(約300名)を対象に実施した質問紙調査では、約5割の生徒が「非常に」もしくは「少々」音痴だと自分自身を思っていた。この結果について特に男女差を中心に分析した結果、女子は45.7%、男子は52.7%が「非常に」もしくは「少々」音痴だと思っており、男女の群に有意差がみられた。研究代表者が過去に大学生を対象に行った調査では、男女の結果における差はみられておらず、中学生における特徴として興味深い結果である。また男子について、「まだ変声に入っていない」と「現在変声中」を比較すると、音痴意識を持つ割合は「まだ変声に入っていない」生徒たちの方が高かった。これらの研究成果については国際学会(The 33th ISME World Conference)で海外研究者と共有した。研究協力校B中学校の協力を得て、音痴意識を持つ生徒を対象とした事例研究を予定どおり実施することがでた。また、音痴意識に関する質問紙調査の研究成果について、国内外で発表すると共に、他の協力校(9校)で実施した質問紙調査の分析にも反映することができたことから、本研究がおおむね順調に進展していると判断した。今年度A中学校で実施した質問紙調査結果の分析から、いくつかの項目において学年ごとの傾向がみられる。この結果がA
ＲＩ標識抗ＨＩＦ－１抗体を用いたラット急性心筋梗塞のイメージングに関する研究

RI標識抗HIF-1抗体の心筋梗塞モデルラットにおけるイメージングに関する研究を行った。初年度から次年度での急性心筋梗塞モデル作成によるイメージングでは明瞭に描出できたが、慢性期モデルでは描出が困難であった。HIF-1は虚血性障害により代謝が遅延されイメージングに有効と考えられたが、虚血障害が慢性化した状態では発現が低下している可能性が示唆された。また梗塞モデル作成時にラット心の冠動脈を完全結紮するモデルと結紮後に開放し梗塞後再灌流モデルを作成しイメージングを試みたところ、完全結紮モデルではイメージングによる描出が困難であった。前年度はex vivoでのイメージングに成功し、免疫染色でもイメージングで高集積となった部位にHIF-1の発現を確認できたが、慢性期などの心筋梗塞モデルでの様々な状況想定下での病態評価に有用か否かは未検討であった。実際の臨床例においては発症時期の不明な心筋梗塞に頻繁に遭遇するため、本イメージング手法が心筋梗塞発症後のどの時期まで評価あるいは検出可能かを検討する必要があった。今年度においては急性期亜急性期での心筋梗塞モデルで抗HIF-1抗体イメージングを行った。急性期では再現性を持って当初試みたイメージング通りであったが、亜急性期モデルでは放射カウントが十分得られず、信頼のおけるイメージング画像が得られなかった。原因としてはHIF-1が急性虚血状態では極めて早期に発現し、速やかに招待し得る事が推察されるが、それはあくまで悪性腫瘍での知見であり、心筋においては明らかではない。また実際にインジウム標識ではex vivoでの心筋描出が得られたため、対象モデルによってはイメージングとして有用と考えられた。反省点としては標識率の再評価でのイメージング製剤の精度の評価及び改善、またイメージングの際のモデルラットの酸素化の状態なども考慮する必要があると考えられた。深麻酔による酸素投与下でのラットの酸素化については要検討と考えられた。心筋梗塞における低酸素誘導因子(Hypoxia-induced factor-1= HIF-1)の発現と心筋代謝の関連とその経時変化をアイソトープ標識抗HIF-1抗体を用いて画像化を試みた。虚血再潅流を行った急性心筋梗塞モデルでの虚血部のイメージング化に成功後、亜急性期でのイメージング化が困難であった。イメージングの際の深麻酔下の酸素化が不十分であることが考えられ、酸素モニターを併用することで実験は安定と再現性を確保できた。抗HIF-1抗体イメージングは放射カウントが低くイメージングには成功したが描出は拙劣であった。引き続き慢性期モデルでの検討を行ったがやはりイメージングは困難であった。本研究の目的は急性虚血における心筋内のhypoxia induced factor (HIF-1)の心筋イメージングを試みることで急性心筋梗塞における急性期イメージングの有用性を検討するものである。既にRI標識抗HIF-1抗体の作成は成功しており、健常ラットと急性心筋梗塞モデルとで異なるイメージング結果となったのは確認された。しかしながら急性期から亜急性期にかけてのイメージングの変遷やイメージングのクオリティなど依然として検討が必要な項目が多い。本年度では心筋梗塞の亜急性期から慢性期モデルを作成し、そのイメージングを試みる。それらのイメージングの有用性を検討し、梗塞範囲や重症度などとの関連を評価する。また他の既に確立されている心筋血流RI製剤や心筋脂肪酸代謝イメージング製剤、また心筋交感神経イメージング製剤との対比検討を行い、臨床におけるイメージングの有用性を検討する。さらに下半期ではI-125標識からIn-111標識へ変更を試み、カメラでの全身イメージングおよび心臓イメージングを試みる。心筋梗塞モデルラットをイソフルラン吸入麻酔下でイメージング製剤を静注し、ガンマカメラでプラナー像を撮像し、肝臓や肺など隣接臓器とのコントラストを評価し、ex vivoでの分布状態と対比し、非観血的イメージングの可能性を評価する。これにより抗HIF-1抗体を用いた新たな急性心筋虚血イメージングの可能性を試みる事が出来る。低酸素誘導因子(Hypoxia-induced factor-1= HIF-1)は細胞へ供給される酸素分圧の低下に反応して誘導されるタンパクである。HIF-1は血管内皮細胞、糖代謝、アポトーシスの制御に関わっていると推測される。HIF-1は心筋細胞にも発現しており虚血あるいは心不全モデル等での上昇が報告されている。虚血による低酸素状態となった細胞では本来は数分以内に分解されるはずのHIF-1がプロテアソームよる分解が急激に抑制されるため心筋に多く停留する事になる。心筋虚血の血清マーカーにはクレアチニンキナーゼMBや心筋トロポニンT、あるいは心筋脂肪酸結合蛋白などが挙げられるが、どれも検出可能になるには数時間を要し、急性心筋梗塞超急性期や不安定狭心症に代表される急性冠動脈症候群では早期検出に有用なマーカーとは言えない。

片やHIF-1は超急性期から発現するが、ほぼ全身の組織に存在しているため心筋の特異的血清マーカーとしての有用性は低いと予想される。しかしながらイメージング製剤として心臓が描出されれば臨床的有用性がある。I-125標識を行った抗体をthin-layer chromatographyで標識率を測定したところ90%であった。ラット心筋梗塞モデルで投与を行ったところ、急性虚血再灌流直後でのイメージングでは心筋の虚血部にI-125標識抗HIF-1抗体の集積が見られた。完全閉塞モデルではイメージングを行ったが虚血部の画像が得られなかった。また心筋梗塞後慢性期モデルでは本イメージング製剤による心筋の描出が得られず、急性期のみ有効である可能性が考えられた。イメージング急性心筋梗塞亜急性期までのイメージングに成功したので概ね順調と考えられる。しかしながら標識抗体の精度の確認などが喫緊の課題である。また病態評価として作成した心筋梗塞の重症度などの評価は重要と考えられる。亜急性期慢性期の心筋梗塞モデルで抗HIF-1抗体イメージングが困難であった事態について、虚血の重症度が関与している可能性が考えられた。開胸術時に左前下行枝のより中枢側で結紮しより重症の虚血を反映するモデルを作成したがその結果、心源性ショックと考えられる術後覚醒しないラットが数匹で見られた。現在同モデルで急性期ではより強い鮮明なイメージングが得られるか検討中である。本年度はすでにRI標識抗体の生成に成功しており、純度の評価も行えた。またラット急性心筋梗塞モデルを用いての経静脈投与でのオートラジオグラフィにも成功しており、ラット急性心筋梗塞モデル作成には再現性が確認できた。またしかし亜急性期慢性期ではラットが死亡するケースが見られ、症例を集めるために難渋している。本年度では技術的な向上も今後のテーマとなりうる。作成した梗塞モデルの重症度を心臓超音波装置で壁運動、左室機能、左室径で評価し、心筋梗塞後の心機能低下、左室リモデリングを評価し、解析に導入する。また酸素モニターを用いて麻酔下のラットの酸素化を評価する。亜急性期慢性期でのモデル実験が困難であると、当イメージング手法は急性期の虚血性心疾患の検出には有効な可能性がある。今後は臨床応用の可能性を検討すべく、虚血重症度との関与を評価する方針とした。今後は臨床応用へのイメージングの有用性の検討に入る事を目標とする。実際の臨床例では極めて早期の急性心筋梗塞よりも、急性期から亜急性期に外来診療を受ける、あるいは救急搬送される場合が顕著であると想定される。そのため亜急性期慢性期モデルを作成しイメージングの有用性を検討し、実際の臨床を想定する。しかしながらそのイメージング製剤の安定性も要求されるところであり、保冷あるいは凍結などでどれくらい製剤が使用可能であるかを検討する必要がある。また他の心筋血流製剤との比較も行い、実際の症例でのイメージングをあらかじめ推定する。超音波装置の購入により心機能、左室サイズを評価する。また酸素モニターを購入し酸素化を評価する。
「小売主体型」製材業が有する社会的役割の解明

小売主体型製材業は、中小製材業者の最も一般的な存立形態であり、地元指向、多品種少量生産、大工・工務店(小規模住宅建築業者)への直接出荷の各点に特徴付けられる。かつては国内に広くみられ、地方部における木材流通機構の不足・不備を補う形で、地域社会・経済において重要な役割を果たしてきた。しかし、1990年代に入り、ハウスメーカー(大規模住宅建築業者)やプレカット業の地方市場進出が進むと、これらが新たな木材流通機構として機能するようになり、既存の住宅サプライチェーンに取って代わっていった。市場を失った小売主体型の製材業者の多くは倒産・廃業したが、存続企業の間にも、地元大工・工務店に代えて、都市部の木材市場・問屋に出荷先をシフトさせる動きが広がっている。製材業における「産地型」と「小売主体型」の棲み分け構造の変化とその要因を、先行研究のレビュー、統計・資料、調査結果をもとに検討した。国内製材業の産業組織は、(1)産地型(一般材)、(2)産地型(高級材)、(3)小売主体型の3タイプに分けられる。「役物」と呼ばれる高級材が、住宅における和室数の減少や、代替品としての化粧貼り集成材の普及などにより市場を縮小し、これを受けて高級材産地が縮小した。一方、一般材の分野では、住宅建築業者の経営規模拡大や機械プレカット加工の普及により、品質および供給力の向上・安定化が求められるようになり、これらの要求に応じることのできる量産工場のみがシェアを伸ばした。それに伴って、地域内の小規模建築業者を得意先としてきた小売主体型の製材業は販路を失い、縮小した。一般材量産工場の分布には、特定地域への集積がみられ、これらの集積地(産地)を擁する一部の県が製材品出荷シェアを高める一方、それ以外の県は、製材生産の水準を急速に低下させている。これに伴って、林業(木材)生産も一部の県に集中しつつあるが、その集中の度合いが森林成長量の都道府県間格差よりもはるかに大きいため、森林資源の利用度に地域格差が生じている。このように、森林資源の有効利用や林業・山村活性化の観点からすれば、産地型(一般材)の量産工場の展開は、必ずしも好ましいことばかりとはいえない。一般材産地化の波に乗り遅れた地域においては、大工場の立地促進、ないし、中小工場による地域完結型住宅サプライチェーンの再構築が求められる。各種統計資料を用いて、製材業の産業組織に生じた構造変化について検討した。わが国では、製材生産が、原木樹種や生産品目ごとに特定の13地域に集中し、新たな製材産地が形成されつつある。これらの産地は、一般に、少数の大型製材工場から成り立っている。これらのことは、わが国の製材品市場が収縮していくなかで、品目ごとに、高い競争力を有する製材業者のみが生き残っている状況を示していると思われた。このような製材産地再編の動きは、外材製材だけでなく、国産材製材にもみられ、国産材需要の地理的な偏在化を通じて、林業生産の地域格差を拡大させる要因となっている。アンケート調査の結果を用いて、住宅建築業者の材料選択とその背景について検討した。建築業者の規模別に、木造在来工法の主要構造材の一つである管柱(くだばしら)の採用状況をみると、大規模な層ほど集成材の比率が高く、小規模な層ほどムク材の比率が高かった。しかし、中規模層に位置づけられる年間建築戸数2049戸の層を中心に、集成材への転換が急速に進んでおり、より小規模な階層にも集成材が浸透しつつある。反面、この層を中心に、ムク材へと(再)転換する動きもみられる。このように、大規模製材業者が供給力を高めるとともに、中小製材業者が主要な得意先としてきた中小住宅建築業者においても集成材の浸透が進んでおり、中小製材業者の存立基盤は、需給両面から崩れつつある。しかし、その一方で、差別化・高付加価値化を目的としてムク材へと再転換する動きもみられ、中小製材工場の存立基盤として、重要なニッチになりうる可能性がもつと考えられた。中小製材業者に広くみられ、地元指向・直接出荷・多品種少量生産に特徴づけられる「小売主体型」の製材業が、地域社会や製材品市場において果たしてきた役割と、今日急激な縮小に直面している要因を、統計・資料の検討と、山形県最上地方を事例とする実態調査により明らかにした。小売主体型の製材業は、かつては、地方市場における木材流通機構の未整備や、住宅建築業の零細性に伴う諸問題(資金や人手の不足など)を補う役割を果たし、中小規模層の製材業者にふさわしい形態として合理的に存立しえた。

しかし、1990年代に入ると、ハウスメーカー(大手住宅建築業者)やプレカット加工業の地方進出が活発化したことで、地方市場にも木材流通機構の整備が進むとともに、小売主体型の主要な得意先のなってきた地場大工・工務店(小零細規模の住宅建築業者)のシェアが顕著に低下し、小売主体型はその存立基盤を失っていった。このような変化を受けて、中小製材業者は急速に減少していったが、同時に、存続企業の間にも、小売主体型を維持できず、出荷先を都市部の木材市場へとシフトさせる動きが広がった。市場への出荷は、一般に、利幅が小さく、高能率の製材ラインを導入して低コスト化を図らなければ採算を取ることは難しい。しかし、聞き取り調査において、1990年代以降に市場向けにシフトしたとする製材業者はいずれも、十分な設備投資を行ったうえで出荷先を変えたわけではなく、存続が危ぶまれる状況にある。小売主体型製材業を核とする住宅サプライチェーンは地域完結的であり、それゆえに、地域の社会・経済にとって大きな意味を有する。住宅市場の構造変化に対応し、存続を担保しうる方法を早急に見出す必要がある。震災等のため、現地調査を中心とする当初の研究計画については修正を要したものの、統計資料の分析や収集済みデータの再検討によって研究を行い、おおむね当初の研究計画を達成できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度となるため、これまでの研究の結果を踏まえながら適宜補足を行い、成果の取りまとめと公表に努めたい。当初計画より縮小せざるを得なかった現地調査についても、できる限り実施し、よりよい成果を得たい。国内製材業の産業組織に関する論考の執筆依頼(12月〆切)があったので、ここに主要成果が盛り込めるよう、取り組むつもりである。
火炎伝ぱ限界と乱れによるその制御に関する研究

燃焼装置の小型化に伴って,高負荷燃焼が注目を集めているが,限られた空間内で多量の燃料を燃焼させるためには,乱流混合と火炎伝ぱの制御が必要である。本研究では,乱流予混合火炎における火炎伝ぱ限界と火炎微細構造が,乱れによってどのように影響を受けるかを明かにするとともに,初期乱れや流速勾配が燃焼器内の火炎の広がりや燃焼率に及ぼす影響を明らかにし,高負荷燃焼の際の制御に役立てようとするものである。本年度の結果として,以下のような結論を得た。1)乱れ強さの増加とともに,乱流火炎の微細構造は,主として反応支配の“層流火炎片"から,混合支配の“分散反応火炎"へと変化する。また,“層流火炎片"構造をもつ火炎において,混合気濃度を下げて行くと,火炎伝ぱ限界において“層流火炎片"構造が消失する。2)“分散反応火炎"は過度の混合による“消炎に近い乱流火炎",もしくは“自力伝ぱ性を消失した乱流火炎"と定義できる。3)流入する混合気の初期乱れ強さは,燃焼器内の混合の促進に大きく貢献する。また火炎の広がりに対しても効果が大きく,限られた空間における燃焼率の増大に有効である。4)希薄火炎伝ぱ限界に近い混合気濃度では,流入する混合気の初期乱れ強さは,燃焼の促進に貢献せず,むしろ強い乱れは“分散反応火炎"に近い構造を生じることにより,消炎を引き起こす。本年度の結果として、以下のような結論を得た。1)乱れ強さの増加とともに、乱流火炎の微細構造は、主として反応支配の“層流火炎片"から、混合支配の“分散反応火炎"へと変化する。また、“層流火炎片"構造をもつ火炎において、混合気濃度を下げて行くと、火炎伝ぱ限界において“層流火炎片"構造が消失する。3)流入する混合気の初期乱れ強さは、燃焼器内の混合の促進に大きく貢献する。また火炎の広がりに対しても効果が大きく、限られた空間における燃焼率の増大に有効である。4)火炎伝ぱ方向への正の速度勾配は火炎の広がりを阻害するので、パイロット火炎によって火炎を安定させる場合、パイロット火炎を挟んで流速差を与えるよりも、等流速で混合気を供給した方が容易に大きな火炎の広がりを得ることができる。燃焼装置の小型化に伴って,高負荷燃焼が注目を集めているが,限られた空間内で多量の燃料を燃焼させるためには,乱流混合と火炎伝ぱの制御が必要である.本研究では,乱流予混合火炎における火炎伝ぱ限界と火炎微細構造が,乱れによってどのように影響を受けるかを明かにするとともに,初期乱れや流速勾配が燃焼器内の火炎の広がりや燃焼率に及ぼす影響を明らかにし,高負荷燃焼の際の制御に役立てようとするものである.本年度の結果として,以下のような結論を得た.1)“層流火炎片"構造をもつ乱流火炎の混合気濃度を下げて行くと,火炎伝ぱ限界付近において微細構造は“層流火炎片"から,乱れが極度に強い場合に現れる“分散反応火炎"に近い構造へと変化する.2)火炎伝ぱ限界以下の混合気濃度においても,パイロット火炎など他から熱供給があれば火炎と呼べる燃焼反応を維持できるが,その微細構造は“分散反応火炎"に近い.3)希薄火炎伝ぱ限界に近い混合気濃度では,流入する混合気の初期乱れ強さは,燃焼の促進に貢献せず,むしろ強い乱れは“分散反応火炎"に近い構造を生じることにより,消炎を引き起こす.4)火炎中に生じるC2,CH,OHラジカルの発光に注目すると,火炎構造が“層流火炎片"から“分散反応火炎"へと変化するにつれ,CHとOHの出現には相関がなくなるのに対し,CHとC2の出現には相関が見られる.この性質を利用すれば,火炎の微細構造の変化を判定することができる.
心筋虚血再灌流障害に対する新しいコンセプト

ランゲンドルフによるラット摘出心再灌流モデルを用い,活性酸素消去剤であるSOD(Superoxide dismutase)の虚血再灌流不整脈に与える影響を検討し,近年注目されてきたADF(ATL-derived factor)の虚血再灌流不整脈に及ぼす影響を検討した.ADFはSODとほぼ同等の抑制効果を認め,ADF,SODの併用ではそれぞれ単独投与より再灌流不整脈抑制の増強効果を認めた.つづいて吸入麻酔剤(ハロセン,エンフルレン,イソフルラン,セボフルレン),静脈麻酔剤(プロポフォール)の虚血再灌流不整脈抑制効果を検討した.全ての吸入麻酔剤に再灌流不整脈抑制効果が認められた.その強さはハロセン>エンフルレン>イソフルラン>セボフルレンの順であった.静脈麻酔剤(プロポフォール)は150μMで検討した結果,濃度依存的に再灌流不整脈抑制作用を認めた.最も再灌流不整脈抑制効果の強かったハロセンはカテコラミンとの併用で強い心筋感作作用をもち催不整脈作用と再灌流不整脈を抑制する相反する作用を持つ.今回の研究で吸入麻酔剤とエピネフリンの併用は中枢神経を介さないin vitroのモデルでも不整脈を誘発し,またエピネフリン投与下の再灌流状態においては再灌流不整脈発生を抑制した.再灌流不整脈の発生機序についてはまだ完全に解明されてはいないが,これらの結果は再灌流不整脈の機序の相違を解明する糸口となると考えられる.今回得られた結果は臨床での再灌流不整脈発生の治療と予防に役立つばかりでなく,臓器移植時等の再灌流障害防止にも役立つと考えられる.ランゲンドルフによるラット摘出心再灌流モデルを用い,活性酸素消去剤であるSOD(Superoxide dismutase)の虚血再灌流不整脈に与える影響を検討し,近年注目されてきたADF(ATL-derived factor)の虚血再灌流不整脈に及ぼす影響を検討した.ADFはSODとほぼ同等の抑制効果を認め,ADF,SODの併用ではそれぞれ単独投与より再灌流不整脈抑制の増強効果を認めた.つづいて吸入麻酔剤(ハロセン,エンフルレン,イソフルラン,セボフルレン),静脈麻酔剤(プロポフォール)の虚血再灌流不整脈抑制効果を検討した.全ての吸入麻酔剤に再灌流不整脈抑制効果が認められた.その強さはハロセン>エンフルレン>イソフルラン>セボフルレンの順であった.静脈麻酔剤(プロポフォール)は150μMで検討した結果,濃度依存的に再灌流不整脈抑制作用を認めた.最も再灌流不整脈抑制効果の強かったハロセンはカテコラミンとの併用で強い心筋感作作用をもち催不整脈作用と再灌流不整脈を抑制する相反する作用を持つ.今回の研究で吸入麻酔剤とエピネフリンの併用は中枢神経を介さないin vitroのモデルでも不整脈を誘発し,またエピネフリン投与下の再灌流状態においては再灌流不整脈発生を抑制した.再灌流不整脈の発生機序についてはまだ完全に解明されてはいないが,これらの結果は再灌流不整脈の機序の相違を解明する糸口となると考えられる.今回得られた結果は臨床での再灌流不整脈発生の治療と予防に役立つばかりでなく,臓器移植時等の再灌流障害防止にも役立つと考えられる.ATL-Derived factor(ADF)の虚血再灌流不整脈抑制作用を検討するため、今年度は従来から注目されているラジカルスカベンジャーのSuperoxide dismutase(SOD)と比較検討した.SOD 1×10^31×10^6U/lの濃度で、当施設で確立したラット摘出心、ランゲンドルフモデルを用い、虚血再灌流不整脈への影響を検討した。この結果、SODはCF,HRに対して変化を及ぼさず,sustained VF発現頻度の低下,VF持続時間を短縮させ,虚血再灌流不整脈の発生を抑制する効果を認めた.その効果発現様式は用量依存性ではなく,1×10^4U/lを最低とする逆ベル型であり,有効濃度は7.5×10^31×10^5U/lであった.ADFとSODの虚血再灌流不整脈抑制効果を比較検討すると,sustained VF発現頻度,VF持続時間を指標とした場合,ほぼ同等の抑制効果であった.ADFは過酸化水素を消去することにより、虚血再灌流不整脈を抑制することが示唆され,スーパーオキシドを消去するSODと併用することにより,さらに有効なスカベンジャーとしてADFの応用が期待される.そこで作用点の異なる併用投与を行った場合の虚血再灌流不整脈への影響を同モデルを用いて検討を行った。実験はADFの最大効果を示した0.5mg/lを一定にして,SODを1×10^31×10^5U/lの範囲で濃度を変化させ、併用投与の虚血再灌流不整脈への影響を検討した.現在のところADF 0.5mg/l+SOD 5×10^3U/lの併用濃度で、ADF単独投与群,SOD単独投与群での虚血再灌流不整脈抑制効果以上の増強効果が認められている.1.心筋虚血再灌流不整脈のラット摘出心灌流モデルを用い、ADF(ATL-derived factor)単独投与,SOD単独投与およびADF,SOD併用投与の影響について検討した。ADF0.50、75mg/

lの濃度で虚血再灌流不整脈の発生が抑制され,SODではSOD 1×10^4で有意に再灌流不整脈発生が抑制された。ADFおよびSODの併用投与では0.5mg/lとSOD5×10^3の濃度でADFおよびSOD単独投与以上の虚血再灌流不整脈抑制効果が認められた.2.つぎに現在用いられている4種の麻酔剤(ハロセン、イソフルラン、エンフルレン、セボフルレン)1MAC,2MAC,3MAC投与における虚血再灌流不整脈に及ぼす影響について検討した.麻酔剤は虚血再灌流不整脈を抑制するが,その抑制の強さはハロセンが最も強く,次いでエンフルレン,イソフルラン,セボフルレンの順であった.特に2MACにおけるハロセンの抑制効果は顕著であった.3.臨床上ハロセンはカテコラミンの投与化において催不整脈作用をもっており,上記の実験につづき,エピネフリン投与下での不整脈発生と麻酔剤ハロセンおよびセボフルレンの併用による虚血再灌流不整脈への影響について検討した.エピネフリン単独投与下では10^<-5>mol/lまでの濃度で用量依存的にVF発現頻度を増加させたが,ハロセンとセボフルレンは10^<-6>,10^<-5>mol/l濃度のエピネフリン投与下の虚血再灌流状態においてVFの発現頻度と持続時間を抑制した.最も再灌流不整脈抑制効果が認められた揮発性麻酔剤ハロセンはカテコラミンとの併用で強い催不整脈作用をもち,不整脈抑制と,不整脈発生の相反する作用を持つ,このことからエピネフリン投与下で吸入麻酔剤による催不整脈作用と麻酔剤のエピネフリン投与下における麻酔剤の虚血再灌流不整脈への影響について検討を行った.吸入麻酔剤とエピネフリンの併用は中枢神経を介さないin vitroのモデルでも不整脈を誘発し,エピネフリン投与下の再灌流状態では再灌流不整脈発生を抑制した.この事実は吸入麻酔薬の心筋感作作用と再灌流不整脈の機序の相違を解明する糸口となると考えられる.さらにラット摘出心(n=60,各群12)における再灌流モデルで静脈麻酔剤プロポフォールの再灌流不整脈に及ぼす影響についても検討した.クレブスヘンゼライト液のみで灌流した群をコントロール(0μM)とし,プロポフォールの濃度を1μM,10μM,25μM,50μMの5濃度について検討した.再灌流時におけるVF発生頻度はコントロール:91.7%,1μM:83.3%,10μM:41.6%,25μM:33.3%,50μM:8%であった.プロポフォールは濃度依存的に再灌流不整脈を抑制した.構造式にもつbuthylated hydroxytoluenがフリーラジカルスカベンジ作用を持つと考えられる.今回得られた結果は再灌流障害の機序の解明の臨床での再灌流不整脈発生の治療と予防に役立つばかりでなく、臓器移植時等の再灌流障害防止にも役立つと考えている.
ヤリに加える力と投げ動作の最適化に関する研究

やり投げ競技において,ヤリはたわみ,リリース後も振動しながら飛行することが知られている。これまでに代表者は,ヤリの弾性体としての側面に注目し,振動特性を明らかにしてきた。その結果,人間が行う投げ動作を分析する際にも,ヤリは弾性体として扱う必要があるとの結論に達した。しかし,弾性体と見なすことは,投げ動作の力学的解析をさらに難しくすることになる。それは,力学的解析のためにはヤリの入力情報が不可欠で,その精密な測定が難しいからである。これらを解決するには,力を測定するセンサを独自に開発する以外にない。本年度は,既に試作・開発されたカセンサをより実用的なものに改良するとともに,そのセンサを用いて,できる限り多くの競技者の力量情報を収集し,やり投げを力学的に解析することを目的とした。本研究では,投てきの際にヤリに加わる加速度を測定するシステムを開発した。本研究によって得られた成果を以下にまとめる。1.無線送信モジュールを用いた加速度測定システムを開発し,市販のセンサと比較して性能を評価した。その結果,開発した測定システムの有効性を確認した。2.計測システムをヤリに取り付けるにあたって,ヤリ全体としての特性が通常のヤリと大きく異ならないように考慮した。その結果,違和感なく投てきを行うことができた。本測定システムを用いて実際に測定を行い,データを解析した結果,以下のことが判明した。1.それぞれの被験者で波形は特徴的であるが,個人内ではほぼ同じ波形であった。2.ヤリのリリース直前でより高い加速度を獲得していても,ヤリの投てき距離が長くなる傾向は認められなかった。3.加速度を時間積分し,ヤリの速度を求めたが,被験者による明確な相違は認められなかった。本測定システムを用いて,即座に選手に情報をフィードバックすることで,今後,やり投げ競技の成績が向上することを期待したい。やり投げ競技における競技成績とはヤリの飛行距離である。競技者は,成績向上のために多種多様なトレーニングを行い,また他方では,ヤリの提供者(製作者)が,飛行性能のより優れたヤリの開発を目指している。現状ではそれらがそれぞれに独立して進んでおり,やり投げ競技がヤリを媒体とした競技である以上,競技成績向上を目指して,それぞれの独立した領域を越えて,両者を総合したやり投げ競技の研究が不可欠となっている。また,やり投げ競技において,ヤリは競技者が加える力によって加速し,たわみ振動しながら投げ出される。そのため,競技者がヤリに加える力,あるいはヤリに加わる加速度を解析することによって,競技成績を向上することができる。既に,本研究に先立ってやり投げ用カセンサが開発されたが,この力センサから得られた信号を得るためにヤリと測定器側は信号線でつながれている。そのため,このセンサをつけて競技をすることは,競技者にとって実際の競技とは異なった状態を強いることになり,違和感を持ったままの測定しか行えない。実際の競技に極めて近い状態の下で測定を行うことを可能にするためには,競技者が投てきを行う際に影響を及ぼさない測定システムを新たに開発することが必要である。そこで本研究では,投てき時に競技者に影響を及ぼさない,ワイヤレスモジュールを用いた無線型やり投げ用加速度測定システムの開発を目的とする。ワイヤレスモジュールを用いた無線型やり投げ用加速度測定システムを開発し,他の加速度センサと比較検証した結果,この開発したシステムの有効性が確認できた。また,本測定システムを用いて投てき実験を行った結果,従来の有線による測定システムより違和感なく投てきが行え,有用性が示唆された。
原核及び真核微生物におけるHis-Aspリン酸リレー情報伝達ネットワークの解析

1.大腸菌にはHis-Aspリン酸リレー制御系に関わるセンサーキナーゼが30種類、レスポンスレギュレーターが32種類存在する。これらの単独破壊株(両者がオペロンを形成している場合には同時に破壊した)をすべて作製した(全41株)。これらの破壊株を用いて、各センサーキナーゼ、レスポンスレギュレーターがどのような細胞機能に関与しているのか、またそれらの間にどのようなクロストークが存在するのかを細胞全体で明らかにするためにマイクロアレイ法を用いた解析を進行中である。2.分裂酵母のゲノムデータベースからHis-Aspリン酸リレー系を構成する遺伝子を検索し、3つのヒスチジンキナーゼ、1つのHpt因子、2つのレスポンスレギュレーターが存在することを見出した。これら遺伝子群のクローニングならびに欠失株の作製を行い以下の成果を得た。(1)レスポンスレギュレーターPrr1がctt1,trr1遺伝子の発現を介して酸化ストレス適応に、またste11遺伝子の発現を介して減数分裂の制御に関わっている転写因子であることを見出した。(2)Hpt因子として見出したSpy1と、すでにストレス応答と細胞周期制御に関わることが報告されていたレスポンスレギュレーターMcs4との間にリン酸転移反応が起こることを見出した。さらに、Spy1がMcs4の活性を負に制御することで細胞周期の制御に関与していることを明らかにした。また3つのヒスチジンキナーゼを同時に欠失させるとSpy1の欠失株と同様に細胞周期進行の促進が見られることを見出した。したがって分裂酵母のHis-Aspリン酸リレー系が細胞周期制御に密接に関わることが明らかとなった。
樹状突起スパインの形態変異を伴う統合失調症モデルマウスの電気生理学的解析

脳内の神経細胞はシナプスを介して連絡しており、大脳皮質のグルタミン酸作動性シナプスの多くは樹状突起上のスパインという小突起構造に形成される。可塑的変化を伴うことが知られているこのスパインは脳機能の記憶素子と考えられ、統合失調症をはじめとする多くの精神疾患やそのモデル動物でスパイン形態、密度異常が多数報告され、これら疾患の病因、病態生理と想定されている。一方で、シナプス異常がどのようなメカニズムで神経回路障害や、その結果としての個体レベルの行動異常を誘発するのかは全く解明されていない。本研究では統合失調症に焦点をあて、この疾患のモデルマウスが示す樹状突起シナプス形態異常が神経細胞活動へどのように寄与しているのかを電気生理学的に直接的な評価することにより統合失調症の病態生理に迫ることを目的とする。子宮内電気穿孔法またはウイルスインンジェクションにより統合失調症脆弱性因子を操作した統合失調症モデルマウスを作製し、前頭前野の樹状突起スパインの形態異常を確認した。このモデルマウスから急性脳スライス摘出標本を作製し、第2/3層錐体細胞からパッチクランプ記録を行い、興奮性シナプス電流を観察、さらに2光子顕微鏡、ケイジド試薬を利用して単一スパイン上のグルタミン酸受容体の動態を観察した。また生体標本でも第2/3層錐体細胞から2光子顕微鏡を利用したパッチクランプ記録、Cell-attached記録を行い、生理条件に近い錐体細胞の発火パターンを観察した。現在、スパインCaイメージングとパッチクランプを組み合わせ、異常スパインの脳内の情報処理(コンピュテーション)への影響について調べている。すでに実験的に異常スパインへのシナプス入力が脳内情報処理に影響を及ぼすことを示唆するデータが得られており、現在さらなる解析を進めている。当初の計画通り、統合失調症モデルマウスの作製およびその急性脳スライス摘出標本を利用した実験を行い、また生体標本を利用した実験も進めることができている。現在はスパインCaイメージングとパッチクランプを組み合わせ、異常スパインが脳内情報処理に与える影響について調べている。実験的にも異常スパインへのシナプス入力が神経発火に影響を及ぼすことを示唆するデータが得られており、定性的、定量的に十分なデータを得るために現在精力的に実験を進めている。以上のことから、本研究課題は2年目も総合的に順調であると判断し、概ね円滑に進展していると考える。本研究の統合失調症モデルマウスが行動異常を引き起こすことがすでに明らかとなっており、今後は樹状突起スパイン異常が引き起こす生理学的な病態がどのように統合失調症の症状へと導く引き金となるかを明らかにしていく。急性脳スライス摘出標本、生体標本、スパインCaイメージング、パッチクランプなどのあらゆる手法を組み合わせて利用し、病態の階層的理解を進めていく。次年度は学会発表を行い、特に研究計画最終年度内の論文発表を視野に入れ、予定されている研究計画を中心に本研究課題をさらに精力的に進めていく。統合失調症脆弱性因子を操作した統合失調症モデルマウスを作製し、前頭前野の樹状突起スパインの形態異常を確認した。モデルマウスに特異的と思われる神経活動が観察されており、スパイン異常とどのような関連があるかについて現在さらなる解析を進めている。当初の計画通り、統合失調症モデルマウスの作製およびその急性脳スライス摘出標本を利用した実験を進め、また次年度以降の計画であった生体標本を利用した実験にも既に着手している。実験を進めるにあたり十分な状況であることを確認できているため、初年度としては順調であると判断し、本研究課題は概ね円滑に進展していると考える。本研究では統合失調症に焦点をあて、この疾患のモデルマウスが示す

樹状突起シナプス形態異常が神経細胞活動へどのように寄与しているのかを電気生理学的に直接的な評価することにより統合失調症の病態生理に迫ることを目的とする。子宮内電気穿孔法またはウイルスインンジェクションにより統合失調症脆弱性因子を操作した統合失調症モデルマウスを作製し、前頭前野の樹状突起スパインの形態異常を確認した。このモデルマウスから急性脳スライス摘出標本を作製し、第2/3層錐体細胞からパッチクランプ記録を行い、興奮性シナプス電流を観察、さらに2光子顕微鏡、ケイジド試薬を利用して単一スパイン上のグルタミン酸受容体の動態を観察した。また生体標本でも第2/3層錐体細胞から2光子顕微鏡を利用したパッチクランプ記録、Cell-attached記録を行い、生理条件に近い錐体細胞の発火パターンを観察した。現在、スパインCaイメージングとパッチクランプを組み合わせ、異常スパインの脳内の情報処理(コンピュテーション)への影響について調べている。すでに実験的に異常スパインへのシナプス入力が脳内情報処理に影響を及ぼすことを示唆するデータが得られており、現在さらなる解析を進めている。当初の計画通り、統合失調症モデルマウスの作製およびその急性脳スライス摘出標本を利用した実験を行い、また生体標本を利用した実験も進めることができている。現在はスパインCaイメージングとパッチクランプを組み合わせ、異常スパインが脳内情報処理に与える影響について調べている。実験的にも異常スパインへのシナプス入力が神経発火に影響を及ぼすことを示唆するデータが得られており、定性的、定量的に十分なデータを得るために現在精力的に実験を進めている。以上のことから、本研究課題は2年目も総合的に順調であると判断し、概ね円滑に進展していると考える。樹状突起スパイン異常が引き起こす生理学的な病態を、急性脳スライス摘出標本、生体標本を利用して明らかにしていく。さらに、スパインCaイメージングとパッチクランプを組み合わせ、異常スパインへのシナプス入力と神経発火のタイミングの相関を直接的に観察していく。以上により、異常スパインの病態がどのように統合失調症の症状へと導く引き金となるかを明らかにしていく。次年度は学会発表、論文発表を視野に入れ、研究計画をさらに精力的に進めていく。本研究の統合失調症モデルマウスが行動異常を引き起こすことがすでに明らかとなっており、今後は樹状突起スパイン異常が引き起こす生理学的な病態がどのように統合失調症の症状へと導く引き金となるかを明らかにしていく。急性脳スライス摘出標本、生体標本、スパインCaイメージング、パッチクランプなどのあらゆる手法を組み合わせて利用し、病態の階層的理解を進めていく。次年度は学会発表を行い、特に研究計画最終年度内の論文発表を視野に入れ、予定されている研究計画を中心に本研究課題をさらに精力的に進めていく。
微生物の食物連鎖末端における持続的アクチノイドリン酸塩形成に関する研究

ウラン等の重金属をリン酸塩化した酵母をゾウリムシが捕食すると、酵母細胞上の重金属リン酸塩はほとんど溶解することなく排泄され、酵母の消化残渣同士が緻密な有機物によって結合され形成される膜状沈殿物中にリン酸塩として移行した。ゾウリムシ細胞には、細胞表面の水溶性巨大糖タンパク質に重金属が結合し疑似コロイドとして細胞から溶出することで、細胞への重金属の吸着を低下させる機能があった。この糖タンパク質は水溶液中で容易に重合した。これらの結果は、ゾウリムシによって重金属イオンが疑似コロイド化することを示し、糖タンパク質の重合体が酵母消化残渣を結合して膜状沈殿物が形成された可能性も示唆する。本研究では、環境微生物によって溶存形態のアクチノイドがリン酸塩として固定化される機構を解明することを目的とした基礎研究を行う。バクテリア、菌類(酵母)、及びそれらを捕食する原生動物(ゾウリムシ)を対象として、いずれかの微生物とアクチノイドとの相互影響を、また、餌と捕食生物という単純な生態系(食物連鎖系)における微生物とアクチノイドとの相互影響を調べる。研究初年度は、まず微生物が放出するリン酸イオンの形態を明らかにするためのポリリン酸分析システムを整備し、習熟運転を行った。研究の継続の点から、初年度はゾウリムシとアクチノイドの相互影響を中心に検討した。ゾウリムシは水溶液中に分子量の大きい有機物を放出する。この有機物は、ゾウリムシ細胞を覆う水溶性表面タンパク質(i-antigen)であると考えられ、この有機物にアクチノイドが結合し擬似コロイドとして水溶液中に溶解することを見出した。これはゾウリムシのアクチノイドに対する防御機構と考えられ、この成果を論文として投稿した。定常期のゾウリムシは3価と6価のアクチノイドを細胞にほとんど取り込まず、細胞膜に吸着しない。しかし、誘導期のゾウリムシは、3価のアクチノイド及び2価の鉛を細胞内に蓄積し、6価のアクチノイドを蓄積しないことを見出した。ゾウリムシは金属に対する耐性が低いことが知られている。3価のアクチノイドに対する耐性は、定常期の細胞より誘導期の細胞の方が低いことがわかった。細胞内への蓄積が耐性と関係している可能性がある。この成果について、論文を準備している。本研究は、環境微生物によって溶存形態のアクチノイドがリン酸塩として固定化される機構を解明することを目的とする。バクテリア、菌類(酵母)、及びそれらを捕食する原生動物(ミドリゾウリムシ)を対象として、1)微生物がアクチノイドをリン酸塩化する機構、また、2)餌となる微生物と捕食生物という単純な生態系(食物連鎖系)における微生物とアクチノイドとの相互影響、及び捕食生物とアクチノイドの相互影響を調べる。研究2年度は、1)については、酵母細胞が重元素(3価のアクチノイドの模擬元素として用いられるEu(III))をリン酸塩化するときに分泌するリン、有機物を分析した。Euを含む水溶液に酵母細胞を入れると、細胞の表面にナノサイズのEuリン酸塩が形成される。このナノ粒子は、無機的条件で生成するEuリン酸塩とは形状が異なるので、生物的作用がナノ粒子形成に関与していると考えられる。酵母細胞を水溶液に入れると、リンを含む成分としてモノリン酸イオン及びリンを含まない多種類の水溶性有機物が酵母から分泌された。細胞から放出されたリン酸イオンの濃度にEuの有無による違いはなかったが、ある有機物はEuがある場合に多く分泌されることがわかった。この有機物は、液相のpHが低い場合も多く分泌されたので、化学的刺激に対して分泌される可能性が考えられる。2)については、ミドリゾウリムシから分泌される巨大な有機物とEu及びUイオンが結合し、環境水中を移行しやすい形態である擬似コロイドとなることがわかった。分子量の大きいこの有機物をサイズ排除クロマトグラフィーで分析したところ、分子量20万程度の有機物が結合してさらに大きなサイズとなっていることがわかった。食物連鎖の末端に位置するバクテリアや酵母等の微生物の中にはアクチノイド等の重金属をリン酸塩として析出し固定する。それらの微生物(食餌微生物)を原生動物であるゾウリムシが捕食したとき、食餌微生物上の重金属リン酸塩はほとんど溶解することなく排泄され、排泄物などによって形成される膜状沈殿物中に重金属リン酸塩のまま取り込まれていた。食餌微生物の消化残渣と重金属リン酸塩は、緻密な有機物によって結合されていた。食物連鎖中におけるこのような重金属リン酸塩の移行挙動はこれまで報告例が無く、かつ膜状沈殿物の形成とその特性について報告された論文は研究代表者らが調べた限り全くない。ゾウリムシの細胞膜等にはウランなどの重金属を吸着するサイトが多数あるが、生細胞には吸着を阻害する機能があることを見いだした。細胞表面を覆う水溶性の巨大糖タンパク質(分子量25万Da)にウラン等が結合してコロイド(疑似コロイド)として細胞から溶出することがわかった。この糖タンパク質は、細胞密度が高い実験条件では水溶液中で容易に重合し、分子量100万以上の巨大な有機物を形成した。これらの結果は、第一に、ゾウリムシによって水溶性のウラン等の無機イオンが疑似コロイドに変化することを示す。原生動物によるこのような重元素の化学状態変化機構はこれまで知られていない。