hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
昆虫型自律飛翔体の開発

羽ばたき型の小型飛翔体を開発するため,飛翔昆虫(トンボ)の羽ばたき運動によって発生する非定常流体力と羽ばたき翼周りの渦構造の同時計測技術を開発し,昆虫の飛翔で重要と考えられている翅まわりの三次元的な渦構造を定量的に可視化し,渦構造と流体力の関係を定量的に評価した.また,トンボの翅にクロム皮膜を蒸着し,羽ばたき運動時の翅のひねりや強度について調べ,羽ばたき型小型飛翔体用の翅の製作方法について検討した.これらの知見に元にマイクロ加工技術を用いて軽量で強度の高い人工翅を作成し,トンボの羽ばたき運動を模擬した小型の羽ばたき装置を開発した.開発した羽ばたき型小型飛翔体を用いて風洞実験を行い,羽ばたき周波数と流体力の関係について実験的に調べ,羽ばたき型小型飛翔体の飛翔条件をはじめとする,以下の知見を得た.(1)トンボは翅二対で自重の1.37倍,前後翅いずれか一対の場合,自重の約0.56倍の力を鉛直方向に発生させている.(2)鉛直方向および水平方向に発生する流体力の合力を解析した結果,前後翅で自重の約0.63倍であり,推進角度は水平面から約52deg61degであり,前後翅で大きな違いは見られない.(3)トンボのまわりの渦構造を定量的に可視化した結果,渦と翅の距離が最も近く,渦の直径が翼弦長以内の強い渦度の場合,発生する力が最大になることがわかった.(4)MEMS技術を用いることにより従来よりも翼の重さを40%軽減し,軽量で高強度の人工翅を開発した.(5)羽ばたき機構が発生させる流体力は,羽ばたき周波数の二乗に比例する.開発した羽ばたき機構を浮上させるには,羽ばたき周波数を40.8Hzにすれば良いことがわかった.(6)羽ばたき型MAVの浮上条件を定量的求め,設計指針が得られた.羽ばたき型の小型飛翔体を開発するため,飛翔昆虫(トンボ)の羽ばたき運動によって発生する非定常流体力と羽ばたき翼周りの渦構造の同時計測技術を開発し,昆虫の飛翔で重要と考えられている翅まわりの三次元的な渦構造を定量的に可視化し,渦構造と流体力の関係を定量的に評価した.また,トンボの翅にクロム皮膜を蒸着し,羽ばたき運動時の翅のひねりや強度について調べ,羽ばたき型小型飛翔体用の翅の製作方法について検討した.これらの知見に元にマイクロ加工技術を用いて軽量で強度の高い人工翅を作成し,トンボの羽ばたき運動を模擬した小型の羽ばたき装置を開発した.開発した羽ばたき型小型飛翔体を用いて風洞実験を行い,羽ばたき周波数と流体力の関係について実験的に調べ,羽ばたき型小型飛翔体の飛翔条件をはじめとする,以下の知見を得た.(1)トンボは翅二対で自重の1.37倍,前後翅いずれか一対の場合,自重の約0.56倍の力を鉛直方向に発生させている.(2)鉛直方向および水平方向に発生する流体力の合力を解析した結果,前後翅で自重の約0.63倍であり,推進角度は水平面から約52deg61degであり,前後翅で大きな違いは見られない.(3)トンボのまわりの渦構造を定量的に可視化した結果,渦と翅の距離が最も近く,渦の直径が翼弦長以内の強い渦度の場合,発生する力が最大になることがわかった.(4)MEMS技術を用いることにより従来よりも翼の重さを40%軽減し,軽量で高強度の人工翅を開発した.(5)羽ばたき機構が発生させる流体力は,羽ばたき周波数の二乗に比例する.開発した羽ばたき機構を浮上させるには,羽ばたき周波数を40.8Hzにすれば良いことがわかった.(6)羽ばたき型MAVの浮上条件を定量的求め,設計指針が得られた.昆虫のような羽ばたき運動による飛行では,ホバリングや急旋回が可能であり,災害時の被災者探査など,固定翼機やヘリコプターでは実現することが難しい非常に小さな空間における利用などが期待されている.羽ばたき型マイクロ飛行機を開発するため,今年度は,羽ばたき機構の作成,羽ばたき翼周りの流れの計測,昆虫の翼周りの流れの可視化を行った.羽ばたき飛行を行う際に重要となる翼のひねり運動について検討を行った.まず,高速ビデオカメラを用いて昆虫の羽ばたき運動を可視化し,羽ばたき運動の特徴とそのときの流れの様子について調べた.測定結果を元に昆虫の運動を模擬した羽ばたき機構を作成した.開発にあたり軽量化を最重要課題の一つと考え,できるだけ少数の部品で羽ばたき機構を製作する方法について検討した.具体的にはひねり機構と羽ばたき機構を一つのモータで実現することを目標とした.最終的にはリンク機構と歯車を組み合わせ,小型軽量の羽ばたき機構を作成した.羽ばたき角度が1度変化することに,翼が約2.5度ずつひねられる機構とした.このモデルの周囲の流れを可視化するために,小型の回流風洞を作成した.流れの可視化にはIDT社製のPIVを用いて行い,渦の挙動と羽ばたき運動の関係について実験的に調べた.また,発生した流体力を評価するため,離散渦法を用いた数値解析を行った.

羽ばたき翼機構を製作し,PIV計測及び数値解析を行った結果,以下の知見が得られた.(1)昆虫の羽ばたき翼周りの流れの可視化を行い,羽ばたき時の翼のひねり角度,速度を求めた.(2)羽ばたき飛行では,翼の前縁部にできる渦とその渦を羽面上に保持するひねり運動が重要であることがわかった.(3)ひねり運動による流体力の改善効果を定量的に評価し,さらに揚力を改善するための羽ばたき運動を提案した.ホバリングや急旋回が可能なマイクロ飛行機を開発するため,飛翔昆虫の運動と流れ場について実験的に調べた.今年度は,トンボの発生する非定常流体力と渦度場の同時計測装置を開発し,羽ばたき運動によって発生する流体力を定量的に評価した.また,この知見に基づきトンボの羽の運動を模擬した羽ばたき機構の製作を行った.高速ビデオカメラを用いてトンボの羽ばたき運動(羽ばたき角度とひねり角度)を計測した.その結果,振り下ろし時は羽のひねり角を小さくし,流れが前縁で大きくはく離するように運動させていること,振り上げ時はひねり角度を大きくして,羽によって発生する渦を抑制するとともに,羽に作用する流体力が鉛直方向に作用しないように制御していることがわかった.流体力と羽ばたき翼周囲の流れの同時計測を行った結果,振り下げ時にひねり角度を一定に保っている区間において大きな流体力を発生させていることがわかった.また,2対の羽の運動によって発生する流体力はトンボの自重の1,2倍,前翅のみの場合はトンボの自重の0.6倍,後翅のみの場合は自重の0.9倍の揚力を発生させることを確認した.トンボの翅を模擬した紙製の翅(リブ付)を作成し,上記の羽ばたき運動を模擬した羽ばたき機構を作成し,流体力を評価した結果,トンボの自重の0.6倍の流体力が得られることを確認した.このことから,トンボの羽ばたきをロボットによって模擬することができることがわかった.ただし,ロボットn重量はトンボの10倍程度のため,飛行させるにはシステムの軽量化が必要である.上記の結果から以下の知見が得られた.(1)トンボの羽ばたき運動によって発生する流耐力とながれ場の相関計測を可能とした.(2)振り下げ時のひねり角度を一定に保つことにより高い揚力を発生させていることがわかった.(3)羽ばたき運動を模擬したロボットによりトンボと同等の揚力が得られることがわかった.羽ばたき型の小型飛翔体を開発するため,飛翔昆虫(トンボ)の羽ばたき運動によって発生する非定常流体力と羽ばたき翼周りの渦構造の同時計測技術を開発し,昆虫の飛翔で重要と考えられている翅まわりの三次元的な渦構造を定量的に可視化し,渦構造と流体力の関係を定量的に評価した.また,トンボの翅にクロム皮膜を蒸着し,羽ばたき運動時の翅のひねりや強度について調べ,羽ばたき型小型飛翔体用の翅の製作方法について検討した.これらの知見に元にマイクロ加工技術を用いて軽量で強度の高い人工翅を作成し,トンボの羽ばたき運動を模擬した小型の羽ばたき装置を開発した.開発した羽ばたき型小型飛翔体を用いて風洞実験を行い,羽ばたき周波数と流体力の開係について実験的に調べ,羽ばたき型小型飛翔体の飛翔条件をはじめとする,以下の知見を得た.(1)トンボは翅二対で自重の1.37倍,前後翅いずれか一対の場合,自重の約0.56倍の力を鉛直方向に発生させている.(2)鉛直方向および水平方向に発生する流体力の合力を解析した結果,前後翅で自重の約0.63倍であり,推進角度は水平面から約52deg61degであり,前後翅で大きな違いは見られない.(3)トンボのまわりの渦構造を定量的た可視化した結果,渦と翅の距離が最も近く,渦の直径が翼弦長以内の強い渦度の場合,発生する力が最大になることがわかった.(4)MEMS技術を用いることにより従来よりも翼の重さを40%軽減し,軽量で高強度の人工翅を開発した.(5)羽ばたき機構が発生させる流体力は,羽ばたき周波数の二乗に比例する.開発した羽ばたき機構を浮上させるには,羽ばたき周波数を40.8Hzにすれば良いことがわかった.
アクアポリン１を用いた歯の移動におけるラット臼歯歯根膜動態の比較検討

本研究ではアクアポリンー1(AQP1)をマーカーとして、力の強弱による歯根膜の動態変化を比較検討した。先行研究(強い力)と比較して至適矯正力を用いたWaldo法(ラバーダムシート)とコイルスプリング法を採用した。ラバーダムシートは挿入後2日目で脱落してしまうことがわかった。実験1日後では、歯根膜に明らかな変化は生じなかった。コイル群では、実験7日目において圧迫側に硝子様変性組織の出現を認め、規模は中範囲で分裂したような像を示し、周囲には血管内皮細胞のAQP1強陽性反応とともに貪食細胞の遊走を認めた。また、コイル群では強い力で生じるAQP1強陽性不定形構造物は出現しないことがわかった。歯の矯正力の大きさと歯根膜硝子様変性組織の形成範囲や形成、消失時期に関しては未だ不明な点が多い。一方、細胞膜チャネルタンパクであるアクアポリン-1(AQP1)は血管内皮細胞の遊走や血管新生に関与するとの報告があり、過去の報告を元にこれまで我々はAQP1が歯根膜内細胞にも存在し、硝子様変性組織形成にも関与することを報告してきた。本研究では歯根膜内血管内皮細胞におけるAQP1発現に着目し、矯正力の大きさによる歯根膜硝子様変性組織の形成の有無、形成と消失過程の動態を比較観察し、AQP1の存在意義を解明することを目的としている。平成25年度は歯の移動に用いる力の強度の比較と至適矯正力の検索を行い、力の大きさによるラット臼歯歯根膜のAQP1発現変化を分析することを目標としていた。先行研究でWaldo法に用いた矯正用顎間ゴムは矯正力として強い力であり、実験開始1日目に歯根膜において硝子様変性組織が形成された。一方、本研究では弱い力として歯科用ラバーダムシートを用いる。今回、ラバーダムシートを検索した結果、MORITAの歯科用ラバーダムシートが厚みが均一であり、厚み幅の種類も豊富にあるため、顎間ゴムとの比較に適していると判断し採用した。また、ラバーダムシートは厚みが薄いため観察期間1週間以内に歯間部から脱離してしまう可能性も考えられるため、予備実験として歯科用コイルスプリングを用いた歯の移動実験モデルも検討し、現在waldo法とともに並行し遂行中である。25年度当初から大学の大規模な改築工事が行われており、研究室、実験室、実験動物施設の改修移転が行われている。理想的な研究施設の確保と環境整備に時間を要しているため、進行は遅延しているが現在waldo群とコイル群2種の歯の移動モデルを用いた実験を積極的に進めている。本研究では歯根膜内血管内皮細胞におけるAQP-1発現に着目し、ラット臼歯を動かす矯正力の大きさによる歯根膜硝子様変性組織の形成の有無と形成、消失過程の動態を比較検討し、AQP-1の存在意義を解明することを目的としている。先行研究では矯正力として強い力をラット臼歯に負荷させ、そのために矯正用顎間ゴムを使用したWaldo法にて実験を行ってきた。前者に対して本研究では弱い力(至適矯正力)の検索のために矯正用顎間ゴムより厚みの薄い歯科用ラバーダムシートを用いてWaldo法にて実験を行い、ラット臼歯歯根膜のAQP-1発現変化を分析することを目標としている。26年度では至適矯正力の検索を進めたが、MORITAの歯科用ラバーダムシート(ヘビー:0.25mm,ミディアム:0.2mm,シン:0.15mm)をラット第一臼歯と第二臼歯間に挿入し、各グループ群のラットを7日間観察した結果、どの厚みのグループ群においても、ラバー挿入後2日目でゴムが脱落する結果となった。ラバーダムシートが矯正用顎間ゴム(0.4mm)と比較すると厚みが薄いことに加え、シート表面が滑沢なためにラットの唾液によってより滑りが良くなってしまうのが原因ではないかと考察している。現在、ラバーダムシートによるWaldo法と並行して予備実験として歯科用コイルスプリングを用いた歯の移動実験モデルでも実験を遂行しているが、コイルを用いた場合、実験で設定している観察期間の7日間は装置が壊れることなく観察ができ、最長で21日間まで歯の移動観察が可能であることがわかっている。歯を動かす力の強弱によって歯根膜の変化には差が生じ、時には歯根膜に硝子様変性組織が出現する。力の大きさと変性組織の形成開始時期や出現規模、消失時期等に関しては未だ不明なことが多い。本研究では細胞膜チャネルタンパクのアクアポリンー1(AQP1)をマーカーとして、力の強弱によって生じる歯根膜の動態変化を比較検討することとした。歯の移動モデルはラットの臼歯をゴム片にて移動させるWaldo法を採用した。強い力は先行研究における顎間ゴム(厚み0.4mm)とし、今回比較に用いたのは、厚みが薄いゴム片(ラバーダムシート:厚み0.250.15mm)である。結果、ラバーダムシートはどの厚みでも挿入後2日目で脱落してしまい、7日間までの観察が不可能であった。ラバーダムシート表面は滑らかで唾液が混じることでさらに滑沢になり脱落してしまうことがわかった。強い力で歯を動かした場合、実験1日後に歯根膜に硝子様変性組織とともにAQP1強陽性不定形構造物が出現するが、これに対してラバーダム群での実験1日後では、ゴムの厚みに関係なくcontrol群とほぼ同じ動態を示し、すなわち歯根膜に明らかな変化は生じなかった。

至適矯正力による歯の実験モデルとしてラバーダムシートを用いる方法の他に、歯科用コイルスプリングを用いてラットの第一臼歯を単独で近心移動させる方法も並行して行った。その結果、実験7日目において第一臼歯の遠心根圧迫側に硝子様変性組織の出現を認めたが、規模は中範囲で分裂したような像を示し、周囲には血管内皮細胞のAQP1強陽性反応とともにマクロファージ等の貪食細胞の遊走を認め、顎間ゴム群における歯根膜回復時期(ゴム挿入5日目)と近い像を示した。しかし、Waldo群とコイル群では観察部位が異なるため直接的な比較が困難であった。一方、コイル群ではAQP1強陽性不定形構造物が出現しないことがわかった。本研究ではアクアポリンー1(AQP1)をマーカーとして、力の強弱による歯根膜の動態変化を比較検討した。先行研究(強い力)と比較して至適矯正力を用いたWaldo法(ラバーダムシート)とコイルスプリング法を採用した。ラバーダムシートは挿入後2日目で脱落してしまうことがわかった。実験1日後では、歯根膜に明らかな変化は生じなかった。コイル群では、実験7日目において圧迫側に硝子様変性組織の出現を認め、規模は中範囲で分裂したような像を示し、周囲には血管内皮細胞のAQP1強陽性反応とともに貪食細胞の遊走を認めた。また、コイル群では強い力で生じるAQP1強陽性不定形構造物は出現しないことがわかった。新潟大学旭町キャンパスの改修工事の影響により、実験の中断が生じているが、平成26年から新しい動物実験施設での実験を開始してきた。動物実験施設利用マニュアルが改訂されたことによって、より質の高い環境下で実験動物を飼育することが可能となったが、組織切片を作製する実験室は未だ移転中であり、仮の実験施設となっている。仮実験室はスペースが不足しており、研究者同士が譲り合って使用する状態であるため、研究は遅延している。また、遂行中の実験方法では順調に実験が進められないことがわかった。歯科用ラバーダムシートを用いた実験方法は再検討の必要があり、歯科用ラバーダムシートの代用となるラバーを再検索するか、もしくは歯科用コイルスプリングを用いた歯の移動モデル群をラバーダムシートグループ群の代用として採用し、矯正用顎間ゴムを用いたWaldo法群と比較するかどうかを慎重に見極めたい。歯科矯正学分野現在使用している歯科用ラバーダムシートによるWaldo法では歯の移動開始1日後までしか観察することができないということが明らかとなった。しかし、観察可能日数での切片を作製してラバーダムシートの厚みにおけるグループ間での比較を行う予定である。また、現在歯科用ラバーダムシートの代用となれるラバーを再検討中である。仮に歯に作用させる至適矯正力がWaldo法ではなく、コイルでしか実現が難しいと考えられる場合は、歯科用コイルスプリングを用いた実験方法と先行研究(強い力を使用したWaldo法)との間で比較する必要があるが、それぞれの実験方法でラット臼歯に作用する力の方向や場所(歯根)に違いが生じるため、直接的な比較検討が困難になってくると考えられる。Waldo法ではラバー挿入時の炎症等の反応を避けるために主に第二臼歯の遠心口蓋側根の歯根を採用し、観察を行ってきたが、コイルを用いた方法では第一臼歯を近心へ移動させる方法が一般的であるため、ターゲットとして第二臼歯の歯根を観察できない。
「シャボン玉の科学」をテーマにした教材開発

シャボン玉が美しいと感じる理由の一つに、透き通った薄い膜が虹色に輝いて見える事が挙げられる。この虹色の輝きは、シャボン玉の膜の内側と外側の表面で光が反射するときに起きる干渉によるものであり、シャボン玉の膜の厚さに関する重要な情報を与える。本研究は、このシャボン玉の膜厚を高速の分光器を使って簡単に高精度で測定する方法を開発した。これと同時に、測定の信頼性を保証するために、シャボン玉を含む薄膜の干渉実験の理論的な背景を整備した。本研究の成果は、高校物理の「光の干渉と回折」の単元での教材としての応用や、児童や保護者を対象にした自然科学のイベントでの公開実験の教材としての提供が期待される。本研究の目的は、シャボン玉の測定法を確立し、シャボン玉の魅力を科学的に解明する教材を開発して提供することで理科教育の振興を図ることである。具体的には次に述べる3つのことを目的としている。1つ目は、シャボン玉の膜厚の測定を中心としたシャボン玉の測定法を確立することである。シャボン玉のさまざまな物性の中で、膜厚の測定にこだわる理由は、シャボン玉の美しさも、特殊な物性も、膜の厚さに由来しており、速やかに変動するシャボン玉の膜厚が測定できれば、シャボン玉の魅力の解明につながるからである。2つ目は、シャボン玉の膜厚を含めた測定システムを学校や地域社会の教材として提供するために、「シャボン玉の科学」の指導法を検討すると共に、操作性に優れた測定システムの開発を目的としている。3つ目は、作成した教材を地域社会へ向けた自然科学の啓蒙活動の中で公開し、理科教育の振興を図ることを目的としている。続いて、平成24年度の研究実績について述べる。平面状のセッケン膜に対しては、すでに膜厚の測定法を確立していたが、今回、球状のシャボン玉に対して膜厚の測定法を確立することができた。膜厚計測では均一の大きさのシャボン玉を作る方法を工夫したことで、シャボン玉をモニターする最適の位置を指定して膜厚を決定できるようになった。また、前年度までは透過光だけでしか干渉スペクトルが測定できなかったが、今回、新たに反射プローブを導入することで、膜からの反射光の干渉スペクトルが観測できるようになった。地域社会へ向けた自然科学の啓蒙活動では、本研究で培ったノウハウを生かして、「チルドレンズミュージアム」などで幼児や小・中学生や保護者を対象に講演会や体験学習会を開き、理科教育の振興を図った。また、シャボン玉の科学の教材化のために、シャボン玉の干渉スペクトルのシミュレーションを含めた解析ソフトを開発中である。平成25年度は3年間の研究の総まとめとして、次の3つのことを実施した。1つ目は、シャボン玉の膜厚の測定法を確立した。シャボン玉のさまざまな物性の中で、膜厚の測定にこだわった理由は、シャボン玉の美しさも、特殊な物性も、膜の厚さに由来しており、絶え間なく変動するシャボン玉の膜厚が正確に測定できれば、シャボン玉の魅力の解明につながるからである。今年度は、シャボン玉の透過光と反射光の干渉スペクトルを同時に測定する装置を開発した。この装置を用いて、干渉スペクトルのフリンジの位相が透過光と反射光では逆転することを証明することができた。この実験は、固定端反射と自由端反射の違いの解説にもつながるので、教育的な価値がある。2つ目は、シャボン玉の測定実験を学校や地域社会の教材として提供するために、操作性に優れた測定・解析システムを開発した。具体的には、シャボン玉の測定データからグラフィカルに膜厚を決定する解析ソフトを製作した。エクセルVBAを言語に用いたので、軽量ソフトにもかかわらず、詳細な画面表示と印刷が可能になった。本研究により、約1μmの厚さで変動するシャボン玉の膜厚が簡単に高精度で決定できるようになった。3つ目は、作成した教材を地域社会に向けた自然科学の啓蒙活動の中で公開し、理科教育の振興を図った。具体的には、夏休みに開催された自然科学のイベントで、「シャボン玉ができてから割れるまで」という題目で、小学生とその保護者を対象にしゃぼん玉の干渉実験を公開した。これと並行して、今回の成果を高校物理の教材として提供できるように、実験の背景となる理論に関する論文を発表した。ここでは、最初に本研究の目的について簡単に述べ、そのあと研究実績について述べる。

研究目的は、シャボン玉の測定法を確立し、シャボン玉の魅力を科学的に解明する教材を開発して提供することで理科教育の振興を図ることである。具体的には次に述べる3つのことを目的としている。1つ目は、シャボン玉の膜厚の測定を中心としたシャボン玉の測定法を確立することである。特に、シャボン玉の干渉スペクトルの高速測定を実現することで、膜厚測定の確度と精度の向上を図ることを目指している。2つ目は、シャボン玉の膜厚を含めた測定システムを学校や地域社会に教材として提供するために、「シャボン玉の科学」の指導法を検討すると共に、操作性に優れた測定システムの開発を目的としている。3つ目は、作成した教材を地域社会へ向けた自然科学の啓蒙活動の中で公開し、理科教育の振興を図ることを目的としている。続いて、平成23年度の研究実績について述べる。シャボン玉の膜厚の測定法の確立に関して、CCDアレイ検出器を搭載した小型分光器で測定系を構築することにより干渉スペクトルの測定時間を約10万分の1に短縮することに成功した。これにより、テキスト教材として提供できるようなシャボン玉の干渉スペクトルが手軽に測定できるようになり、干渉次数の帰属を可能にしたことで、膜測定の精度と確度を高めることができた。地域社会へ向けた自然科学の啓蒙活動に関して、本研究で培ったノウハウを生かして、「チルドレンズミュージアム」や「科学わくわく出前授業」などで幼児や小・中学生や保護者を対象に体験学習を行い、理科教育の振興を図った。シャボン玉の科学の教材化はシャボン玉の魅力を解明する過程を通して科学の基礎を学習できるような教材の開発を目的としているが、シャボン玉の見え方に関連して、「色の見え方」についての教材について検討し、成果を論文として発表した。本研究は次の3つのことを具体的な目的としている。1シャボン玉の膜厚の測定を中心としたシャボン玉の測定法を確立する。2シャボン玉の膜厚の測定システムを学校や地域社会の教材として提供するために、「シャボン玉の科学」の指導法を検討すると共に、安価で操作性に優れた測定システムの開発を行う。3作成した教材を地域社会へ向けた自然科学の啓蒙活動の中で公開し、理科教育の振興を図る。2年目の平成24年度は、シャボン玉の測定法の確立、「シャボン玉の科学」の指導法の検討、および地域社会での自然科学の啓蒙活動と理科教育の振興を行い、3年間の達成目標のおよそ70%を達成した。その詳細は次のとおりである。1のシャボン玉膜の膜厚の測定法の確立に関して、干渉スペクトルの測定方法を見直すことで、平面状のセッケン膜に対してだけでなく、球状のシャボン玉に対しても膜厚の測定ができるようになった。特に、均一の大きさのシャボン玉を作る方法を開発したことで、シャボン玉の位置を指定して膜厚を測定できるようになった。また、新たに反射プローブを導入することで、反射光の干渉スペクトルが測定できるようになった。反射光の測定は、シャボン玉の色づきの解明につながるので重要である。2に関して、シャボン玉の膜厚の測定システムを教材として提供するために、スムージングやフィルターを導入することで測定ノイズの改善を行うことで、テキスト教材となるような干渉スペクトルを容易に測定できるようになった。現在、干渉スペクトルのシミュレーションによる解析ソフトを開発中である。3に関しては、チルドレンズミュージアムなどで小・中学生や保護者を対象に出前授業や体験学習を行い、理科教育の振興を図った。
ホスゲン・塩素ガス等の塩素系化学兵器曝露のバイオマーカー探索に関する研究

塩素ガスやホスゲン等の塩素系ガスは化学工業分野で広く使用され、化学兵器としてテロに用いられる可能性もあが、これらの曝露証明法は確立されていない。本研究では、生体内高分子との結合物の検出により、曝露を証明することを目的とした。モデルタンパク質に塩素曝露の間接的方法として次亜塩素酸ナトリウムを添加し、処理/未処理資料のプロテアーゼ消化後の全断片をLC-MS/MS分析し、処理によって有意にピーク面積が減少した断片を抽出した。これらの断片に塩素が付加した質量をターゲットとしてLC-MS/MS分析を実施し、塩素結合断片の探索を実施したが、塩素付加と考えられるピークの同定には至らなかった。サリンをはじめとする化学兵器を用いたテロの懸念はサリン事件から15年以上経過した現在でも継続している。サリン事件後、テロに用いられる可能性のある有毒ガスはサリンといったイメージが定着しつつあるが、実際には特殊な毒ガスだけではない。塩素ガスやホスゲン等の塩素系有毒ガスは工業用途として多量に使用されているため、工場災害による曝露の可能性も高く、民生用途で幅広く使用されていることから入手が容易であり、予測される被害の程度はサリン等に比べて小さいものの、テロ等に使用される可能性も高い。しかしながらこれらの曝露を証明する方法は確立されておらず、この確立が急務である。本年は、昨年度に引き続き、モデルタンパク質とこれらのガスとの反応をおこない、質量分析法により付加部位の決定を試みた。モデルタンパク質としては、昨年実施したウシ血清アルブミン(BSA)に加え、皮膚への曝露を想定してヒトケラチンを用いた分析系を確立し、分析対象ペプチドとして、ヒトの上皮細胞に広く分布するケラチン1のトリプシンおよびキモトリプシン消化物のペプチド断片が適切であると判断した(1種類の消化酵素では「短すぎる」または「長すぎる」消化断片が生じるため、複数の酵素処理を実施して、それぞれ分析する必要がある)。本研究の初年度である本年は、基礎的検討および実際の検査を必要としている現場の状況の調査を中心に研究を実施した。我々はこれまでに、当研究所所有のThermofisher社製LTQ-Orbitrapを用いたタンパク質消化物の分析を実施してきたが、本年はこれまでの分析法の問題点である、データ依存測定時におけるプレカーサイオンの掬い落とし(主にLCにおけるペプチドの分離不十分が主因と考えられる)の改善のため、カラムの再検討および溶離液の変更を実施し、カラム長の延長(150mm→250mm)や溶離条件(グラジエント)の改良によってより多くのペプチド断片の同定を可能にした。さらに、これまでに各都道府県において発生した塩素ガスおよびホスゲンの漏出事故における現場対応と、その際の資料採取、被害者の治療の状況等を直接現地に赴いて調査した。塩素ガスは曝露後生体内で次亜塩素酸を生じて細胞や機能性タンパク質にダメージを与えることで毒性を発現すると考えられているが、その際、タンパク質等の生体高分子に付加するなどすることが考えられる。本研究では、塩素と生体内タンパク質とのアダクトに着目し、これを検出することで曝露証明を行うことを目指した。生体高分子としてモデルタンパク質を用い、各種曝露法を検討した。その結果次亜塩素酸塩の添加による方法を選択した。次亜塩素酸ナトリウム処理の後、SDS-PAGEにて残存タンパク質の量を低了したところ、添加濃度に依存して元のタンパク質のバンドが減少することがわかった。この結果から、添加する次亜塩素酸ナトリウムの濃度を終濃度0.01%と決定し、これを塩素曝露の条件とした。BSA 5mg/mL、次亜塩素酸ナトリウムを50mMリン酸緩衝液に添加した。37°Cで1時間インキュベート後、限外濾過フィルタで低分子画分の除去、バッファー交換を行った後、トリプシンまたはキモトリプシンによる消化を行い、LTQ-Orbitrapを用いた全ペプチド断片の定量を行った。塩素未曝露のタンパク質についても同様の分析を実施し、塩素処理によってピーク面積が大幅に減少するペプチド断片を得た。トリプシン処理ではNECFLSHK(55.4%減少)、IETMR(51.0%減少)等のペプチド断片が、キモトリプシン処理ではVEVTKL(65.2%減少)、EIARRHPY(48.6%減少)等の断片が塩素結合の可能性のある断片としてリストアップされた。これらの断片に塩素が付加した質量をターゲットとしてLC-MS/MS分析をおこない、塩素曝露断片の探索を実施したが、塩素付加と考えられるピークの同定には至らなかった。このことから、塩素(次亜塩素酸塩)とペプチドの反応(酸化切断or塩素化の反応の優劣)について知見を得る必要があると考えられた。法医学環境系薬学

これまでに、モデルタンパク質を用いた塩素ータンパク質、ホスゲンータンパク質の曝露実験を実施し、塩素等の結合部位の探索にあたっているが、現時点で結合部位の特定には至っていない。その原因としては、塩素がタンパク質への付加だけでなく、次亜塩素酸を介した強い酸化・分解作用によってモデルタンパク質を破壊していることが一因として考えられた。これまでの実験で、塩素曝露量(ガスの曝露時間で制御)が増えるにしたがって、タンパク質が分解していることがSDS-PAGE等の結果から推測されている。また、ホスゲンの曝露については、ホスゲン発生装置からのホスゲンの供給量に限界があり、非曝露の場合の分析結果と大きな差が認められない状況である。一方で、モデルタンパク質としてより曝露対象となり得る皮膚等の構成タンパク質であるケラチンを用いてのLC-MS/MSによる測定系は確立されたことから、この点においては進捗しているものと考えている。現在のところ、研究初年度であり基礎的な検討にとどまっているが、概ね研究は進捗しているものと考えている。当初2年度目以降で予定していた皮膚タンパク質であるケラチンを用いた実験について、当初は試薬として市販されているものを使用して実験を行う予定であったが、事前調査の結果、輸入品である本試薬が廃番により入手が不可能となってしまい、ケラチンを用いた実験についてはその入手について再検討する必要が生じたため、次年度以降に入手法について検討することとする。塩素ガスの曝露方法について、ガス状だけでなく、次亜塩素酸の添加による方法を検討する。また、ホスゲンについてはホスゲン発生装置の仕様上、高濃度のホスゲンガスを通じることが難しいことから、ガスをいったん有機溶媒等に捕集して濃縮してから液体状で曝露させるといった方法についても検討する。本法は、塩素(ホスゲン)処理前/処理後のタンパク質を用い。プロテアーゼ消化後の全断片を定量することで付加部位を推定する手法であり、昨年までの結果で、次亜塩素酸を介したタンパク質の切断がその定量値の解析を困難にしていることが問題となった。そこで、本年度は、塩素ガス処理によって断片化した場合でも、未分解のタンパク質のみをゲルろ過やSDS-PAGE等で分取・定量し、タンパク質の量を未処理のものと同等にしてから質量分析に供する等の改善を実施する。質量分析法による付加部位の検出にあたっては、既に標準モデルタンパク質のプロテアーゼ消化ペプチド断片の定量法が確立できていることから、これらによって差を見出すことができると考えている。次年度は、当初計画に従い、質量分析法を用い、タンパク質のトリプシン消化物についてLC-MSで全断片同定した上で、ガス曝露量を変化させた試料を用いて定量分析をおこない、添加量に応じてピーク面積が減少する断片を結合部位の候補とし、さらにLC-MS/MSを用いて結合部位を同定するという手法を用いて結合部位の決定を実施する計画である。ケラチンの入手については、今後、細胞培養等を実施している大学等の専門家の助言を得て入手するか、共同研究者体制を敷くことにより本研究を実施することも検討する。当初購入予定であった試薬(タンパク質標準品)が発注後、生産終了により購入ができなかったため、次年度使用額が生じた。また、海外での国際学会への出席を計画していたが、所内業務との日程的兼ね合いもあり、参加できなかったことから、海外旅費の執行は行えなかった。
チオアミド官能基の特性を活用する高立体選択的ヨウドラクタミゼーションの開発

1.γ,δ-不飽和チオイミデートのヨウドラクタミゼーションは,ジアステレオ選択的に進行し, γ-ラクタム体を与えた.2.B位に水酸基を有するγ,δ-不飽和チオイミデート系では,高い1.2-不斉誘起が生じ, 4.5位がミスの関係にあるγ-ラクタム体が優先的に生成した.3.α位に置換基(アルキル基,水酸基,アミノ基)を有するγ,δ-不飽和チオイミデート系では,高い1.3-不斉誘起が生じ, 3.5位がトランスの関係にあるγ-ラクタム体が優先的に生成した.4.δ,ξ-不飽和チオイミデートのヨウドラクタミゼーションでは, δ-ラクタム体を与えた.原料合成の際に,新しいホモエノレート化剤である, β-スタニルプロピオンアミドを開発した.5.2つの項で得られたγ-ラクタム体より, (一)-デトキシニンの形式合成及びβ,グリコシダーゼを阻害する酵素を産する株より抽出されたピロリディン誘導体の立体選択的合成に成功した.6.3の項で得られたγ-ラクタム体より,アンジオテンシン変換酵素阻害剤であるクオセノプリルの構成成分であるプロリン誘導体の合成を行った.7.γ-ラクタム体のヨウドメチル基は光反応により,ラジカル的マイケル反応が進行し,生成物よりインドソチジンアルカロイドである.δ-コニセインの全合成及びスラフラミンの合成中間体の誘導に成功した.以上,チオアミド官能基の変換体である, γ,δ-及びγ,ξ-不飽和チオイミデート体を用いて,高立体選択的なヨウドラクタミゼーションを開発することができ,生成したラクタム体から種々の生理活性物質に誘導することができた.1.γ,δ-不飽和チオイミデートのヨウドラクタミゼーションは,ジアステレオ選択的に進行し, γ-ラクタム体を与えた.2.B位に水酸基を有するγ,δ-不飽和チオイミデート系では,高い1.2-不斉誘起が生じ, 4.5位がミスの関係にあるγ-ラクタム体が優先的に生成した.3.α位に置換基(アルキル基,水酸基,アミノ基)を有するγ,δ-不飽和チオイミデート系では,高い1.3-不斉誘起が生じ, 3.5位がトランスの関係にあるγ-ラクタム体が優先的に生成した.4.δ,ξ-不飽和チオイミデートのヨウドラクタミゼーションでは, δ-ラクタム体を与えた.原料合成の際に,新しいホモエノレート化剤である, β-スタニルプロピオンアミドを開発した.5.2つの項で得られたγ-ラクタム体より, (一)-デトキシニンの形式合成及びβ,グリコシダーゼを阻害する酵素を産する株より抽出されたピロリディン誘導体の立体選択的合成に成功した.6.3の項で得られたγ-ラクタム体より,アンジオテンシン変換酵素阻害剤であるクオセノプリルの構成成分であるプロリン誘導体の合成を行った.7.γ-ラクタム体のヨウドメチル基は光反応により,ラジカル的マイケル反応が進行し,生成物よりインドソチジンアルカロイドである.δ-コニセインの全合成及びスラフラミンの合成中間体の誘導に成功した.以上,チオアミド官能基の変換体である, γ,δ-及びγ,ξ-不飽和チオイミデート体を用いて,高立体選択的なヨウドラクタミゼーションを開発することができ,生成したラクタム体から種々の生理活性物質に誘導することができた.2級チオアミド基から容易に生成されるγ,δ-不飽和チオイミデートは、位置及びジアスラレオ選択的にγ-ラクタムを与えることをみいだした。次にβ-ハイロドロキシ-γ,δ-不飽和チオイミデートのヨウドラクタミゼーションを検討した所、高立体選択的に反応が進行して、4-ヒドロキシ-γ-ラクタム体が生成した。本化合物の立体化学は、天然物である(-)-デレキシニンの合成中間体に導くことによって、シス体が優先していることが明らかにされた。又、この化合物を、アルカロイドの合成素子としてとらえ、現在、スラフラミンの合成を行なっている。先の反応はアリル位の水酸基による立体制御であるが、一般にホモアリル位の置換基による立体制御は、困難とされている。しかし、α-アルキル-γ,δ-不飽和チオイミデートのヨウドラクタミゼーションにおいて、3位と5位がトランスの関係になるγ-ラクタムが高立体選択的にえられてくることをみいだした。この化合物の立体化学はX線によって決定された。さらに、近年注目を浴びているアンジオテンシン変換酵素阻害剤のフォセノプリルの合成中間体に導くことによっても、立体化学を明らかにすることができた。チオイミデートのアミノ基に光学活性体を置換することによる、ジアステレロ選択的不斉合成を行なったところ、約3:1の比率でジアステロマーを得ることができた。以上、γ,δ-不飽和チオミデート類のヨウドラクタミゼーションは高選択的に反応することを明らかにすることができ、生成物は多くの生理活性物質の合成中間体になることを検討中である。
熱分解に誘起されるセラミックス単結晶粒子の相分離

相分離により形成される微細構造は、様々な複合材料・多孔質材料の作製手法として有用である。本研究では、溶液法により作製されるセラミックス単結晶粒子が熱分解を伴いながら二相の結晶相へと相分離する反応系に着目し、相分離機構について調べる。一方の相を除去して得られる多孔質セラミックス粒子に関し、熱分解過程における相分離の制御を行うことで、細孔特性の制御を試みる。加えて、これらの多孔質材料のエネルギー・触媒分野における応用を目指す。
磁気音響効果を利用した材料の応力と損傷の非破壊評価

鉄鋼材料を中心とした多くの構造材料が磁性体であることに着目して、その磁気音響効果を利用して応力と損傷の非破壊評価法を開発することが当研究の目的である。1.磁場下の固体材料の変形を支配する基礎式を導き、材料の弾性的な性質と磁気的な性質、あるいはその相互作用を理論的に明らかにした。この基礎式をもとにして、磁化曲線や磁気ひずみの応力依存性を利用して、応力、変形、損傷を非破壊的に評価する方法を提唱した。さらに、その手法が鉄鋼材料およびニッケルに対する磁場下の材料試験結果をよく表現していることを確かめた。2.横波超音波の速度やその振動方向依存性を測定することによって、応力や磁化の方向や大きさを推定する方法を開発した。材料に応力が加えられている場合に、音響異方性は材料の異方性と応力異方性の和となる。したがって、横波超音波の振動方向による速度変化から、材料の異方性による速度変化を差し引けば、応力による効果だけを測定することが可能となる。同様に、異方性がある材料の磁場下の材料の磁化の方向や大きさが、より精密に測定できるようになった。これらの方法を利用して、材料に異方性がある場合でも精密な磁気音弾性法が可能となることを示した。3.磁性体に周期的な磁場を印加するときに発生する雑音(磁気アコースティック・エミッション、MAE)が、材料の磁気弾性相互作用によって応力の影響を受けることを明らかにした。その結果をもとにして、MAEの計数を測定することによって応力の非破壊評価が可能となることを示した。さらに、代表的な強磁性体のニッケルについて、応力と平行および垂直な周期的な磁場を印加したときのMAEの計数が、応力方向や引張り、圧縮の違いによってそれぞれ特徴的な変化を示すことを測定して、MAEが磁性構造材料の応力の有力な非破壊評価法となることを検証した。多くの構造材料が磁性体であることに着目して、その磁気音響効果を利用して応力と損傷の非破壊評価法を開発することが当研究の目的である。1.材料の弾性的な性質と磁気的な性質、あるいはその相互作用を利用して応力や損傷を行う場合の基礎的な関係式を導いた。すなわち、非線形磁気弾性体の基礎式から、予め磁場や変形がある場合の磁化曲線や磁気ひずみ、あるいはその応力依存性を理論的に導いた。さらに、鉄鋼材料およびニッケルに対する実験結果をよく表現していることを確かめた。この理論と実験の比較から、材料の磁気弾性的なパラメータが決定できて、磁気音弾性による応力測定にひつような磁気音弾性定数を決定することが可能となる。2.横波超音波の速度を測定することによって、応力や磁化の方向や大きさを推定する方法を開発した。材料の異方性によって音響異方性が生じ、横波超音波の振動方向を回転することによって、その速度分布が得られる。その極値が異方性の軸となる。この材料に応力が加えられている場合に、音響異方性は材料の異方性を応力異方性の和となる。したがって、横波超音波の振動方向による速度変化から、前述の材料の異方性による速度変化を差し引けば、応力による効果だけを測定することが可能となる。この方法によって、従来異方性によって応力測定に大きな誤差が生じていた音弾性法が改善できる。同様の方法によって、異方性がある材料の磁場下の材料の磁化の方向や大きさが、より精密に測定できるようになった。これらの方法を利用して、材料に異方性がある場合でも精密な磁気音弾性法が可能となることが期待できる。

鉄鋼材料を中心とした多くの構造材料が磁性体であることに着目して、その磁気音響効果を利用して応力と損傷の非破壊評価法を開発することが当研究の目的である。1.磁場下の固体材料の変形を支配する基礎式を導き、材料の弾性的な性質と磁気的な性質、あるいはその相互作用を理論的に明らかにした。この基礎式をもとにして、磁化曲線や磁気ひずみの応力依存性を利用して、応力、変形、損傷を非破壊的に評価する方法を提唱した。さらに、その手法が鉄鋼材料およびニッケルに対する応力と磁場下の材料試験結果をよく表現していることを確かめた。2.横波超音波の速度やその振動方向依存性を測定することによって、応力や磁化の方向や大きさを推定する方法を開発した。材料は応力が加えられている場合に、音響異方性は材料の異方性と応力異方性の和となる。したがって、横波超音波の振動方向による速度変化から、材料の異方性による速度変化を差し引けば、応力による効果だけを測定することが可能となる。同様の方法によって、異方性がある材料の磁場下の材料の磁化の方向や大きさが、より精密に測定できるようになった。これらの方法を利用して、材料に異方性がある場合でも精密な磁気音弾性法が可能となることを示した。3.磁性体に周期的な磁場を印加するときに発生する雑音(磁気アコースティック・エミッション、MAE)が、材料の磁気弾性相互作用によって応力の影響を受けることを明らかにした。その結果をもとにして、MAEの計数を測定することによって応力に非破壊評価が可能となることを示した。さらに、代表的な強磁性体のニッケルについて、応力と平行および垂直な周期的な磁場を印加したときのMAEの計数が、応力方向や引張り、圧縮の違いによってそれぞれ特徴的な変化を示すことを測定して、MAEが磁性構造材料の応力の有力な非破壊評価となることを検証した。
医療環境評価手法における環境構成要素・患者心理・医療機能の相互関連に関する研究

医療機能の高度化や患者の高齢化に伴って、医療概念が多様化してきており、医療施設の機能分化が進むなどの変化が起こっている。そうした変化に対応した医療施設環境評価手法の確立が望まれている。本研究は医療環境評価の確立に向けて、環境構成要素・患者心理・医療機能の相互関連を明らかにする目的で行った。当初は医療施設類型ごとに検討することを試みたが、相互関連があまりに複雑なために、研究蓄積が多い一般病院を主な対象として研究を実施した。平成910年度には病棟および外来機能について検討したが、平成11年度には中央診療機能(手術部および検査部・放射線部)、物品供給機能について分析した。いずれの場合も部門の運営方式との関わりの重要性が指摘された。また、患者心理と環境評価手法について既往研究を参照して整理した。3年度にわたる検討成果を、病棟機能、外来機能と中間領域、中央診療機能(手術部)、中央診療機能(検査部・放射線部)、物品供給機能、および患者心理と環境評価手法を各章として研究報告書に取りまとめた。部門ごとに精粗はあるが一定の整理ができたので、医療環境評価の実際に結びつけるよう具体化することが、次の研究段階になるだろうと思われる。医療機能の高度化や患者の高齢化に伴って医療概念が多様化してきている。このような医療環境の根本的な変化を背景として、老人保護施設や居宅が新しく医療を提供する場として定義されたり、今までの一般病院において特定機能病院や療養型病床群を含む機能分化が進んでおり、こうした医療施設の変化に伴う新しい医療施設環境評価手法の確立が望まれている。本研究はこれらの類型に対応した医療施設環境評価手法の確立に向けて、環境構成要素・患者心理・医療機能等の相互関連を明らかにすることを目的としている。本年度は以下の3つの視点から検討を行った。1)医療施設環境評価に関連した文献レビュー医療施設環境評価に関連した評価研究・評価マニュアルなどを対象として、評価項目の構成や評価方法について資料の整理・分析を行った。2)医療施設環境を評価する軸相互の関連性の整理医療施設環境を評価するための種々の評価軸を、まず、それぞれ個別に検討し、その後、それぞれの評価軸が相互に関わり合っていることについて問題を提起し、それらの関係を明らかにした。この分析においては、評価の対象を建築に置き、主として病棟について検討を行った。3)医療施設環境の物理的特性に着目した評価手法の検討病院の平面図から客観的に計測することが可能な評価項目(各諸室面積、各室間距離、施設の有無等)を選定し、既存の病院を対象として分析を行った。このような医療環境の根本的な変化を背景として、老人保健施設や居宅が新しく医療を提供する場として定義されたり、今までの一般病院において特定機能病院や療養型病床群を含む機能分化が進んでおり、こうした医療施設の変化に伴う新しい医療施設環境評価手法の確立が望まれている。本年度は以下の2つの視点から検討を行った。1)外来部門における環境評価のための基礎的な評価軸の整理昨年度は、病棟環境を評価するための種々の評価軸を整理したが、今年度は、その対象を外来部門とした。外来部門を取り巻く現況を把握する中で、特に、近年注目を集めている「通院治療センター」を重点的に検討する対象とした。そして、その環境における評価軸について、利用者の視点、医療従事者の視点、医療経営の視点から整理し、それらの関係を明らかにした。2)既存の医療施設環境評価マニュアルに関する運用的側面からの検討医療施設環境評価に関連した評価研究・評価マニュアル等を対象として、評価者が実際の施設内で評価する際のチェックのしやすさや今後の改善方法の提示の仕方等の運用的側面から、評価項目の構成や評価方法、チェックリストの作成方法等についての検討を行った。本研究は医療環境評価手法の確立に向けて、環境構成要素・患者心理・医療機能の相互関連を明らかにする目的で行った。

当初は医療施設類型ごとに検討することを試みたが、相互関連があまりに複雑なために、研究蓄積が多い一般病院を主な対象として研究を実施した。平成910年度には病棟および外来機能について検討したが、平成11年度には中央診療機能(手術部および検査部・放射線部)、物品供給機能について分析した。いずれの場合も部門の運営方式との関わりの重要性が指摘された。また、患者心理と環境評価手法について既往研究を参照して整理した。3年度にわたる研究成果を、病棟機能、外来機能と中間領域、中央診療機能(手術部)、中央診療機能(検査部・放射線部)、物品供給機能、および患者心理と環境評価手法を各章として研究報告書に取りまとめた。部門ごとに精粗はあるが一定の整理ができたので、医療環境評価の実際に結びつけるよう具体化することが、次の研究段階になるだろうと思われる。
温度変異p53遺伝子を持つマウス赤白血病細胞の生物特性

フレンドウイルスgp55遺伝子導入トランスジェニックマウス由来の赤白血病細胞系より温度感受性変異p53(p53^<val-135>)遺伝子を発現する赤白血病細胞株(1-2-3)を樹立した。同細胞株では変異p53は細胞質に局在するが、温度シフトにより野生型p53の発現を誘導するとp53は核内に移行し標的DNAに結合する。即ち、1-2-3細胞を37°C、あるいは32°Cで培養した後、抗p53モノクローナル抗体(PAb421)を用いて免疫染色を行った。37°Cでは細胞質が、32°Cでは核が染色された。更に、p53結合性DNA配列を有するFragmentAをプローブとしてゲルシフト解析を行った。32°Cで培養した細胞の核抽出物中にはFragmentA-蛋白質複合体が検出されたが、37°Cでは検出されなかった。このことから、野生型p53のみがFragmentAに結合することが明らかとなった。さらに、野生型p53の発現に伴いこの赤白血病細胞系の細胞増殖能が顕著に低下し、アポトーシスが誘導されることを明らかにした。即ち、1-2-3細胞を37°C、あるいは32°Cで培養し細胞増殖速度を解析した。32°Cでは、著しく細胞増殖速度が低下した。また、細胞よりDNAを抽出し1.5%アガロースゲルで電気泳動し解析したところ、32°Cで培養した場合アポトーシスに特徴的な染色体DNAの断片化が観察された。またこの時、細胞周期制御に関与するp21、gadd45、およびcyclin Gの発現は活性化されるが、アポトーシス関連遺伝子bcl-2、bax、fas、およびfas ligandの発現上昇は認められないことを見出した。p53遺伝子変異により細胞周期制御に関与する遺伝子の機能が抑制され、細胞の腫瘍性が維持される可能性が示唆された。更に、温度シフトにより野生型p53を発現させるとp53は核内に移行し、その細胞質内局在にはheat-shock cognate protein 70(HSC70)が関与する可能性が考えられたが、cycloheximideで処理すると、変異型p53はHSC70と結合しているにも関わらず核内へ移行するので、細胞質内局在には他の因子の介在が予測される。
マイコトキシン産生フザリウム属菌の染色体進化に関する分子細胞遺伝学的解析

本研究課題では,ムギ類赤かび病菌Fusarium graminearum(完全世代:Gibberella zeae)を始めとする一連のマイコトシキシン産生フザリウム属菌の核型・染色体について系統進化の観点から分子細胞遺伝学的解析を行った。得られた成果の概要は次の通りである。1.ゲノムプロジェクトで使用された菌株(PH-1,00-676)の染色体数(n=4)と各染色体の形態的特徴を調べて細胞学的核型を決定し,顕微鏡下の染色体と遺伝子連鎖群との対応関係を明らかにした。2.日本を含め12力国産の21種35菌株を収集して細胞学的及び電気泳動的核型を調べた。その結果,種内では染色体長多型等の変異はあるが染色体数は一定であること,種レベルでは固有の染色体数を示すこと,21種がn=4(F.graminearum等9種),n=5(F.equiseti, F.longipes),n=8(F.avenaceuml等4種),n=12(F.fujikuroi等6種)にグループ分けできることを明らかにした。3.核型を解析した9種19菌株についてTEF-1αとhistoneH3遺伝子の塩基配列を決定して分子系統樹を作成し,系統と染色体数との関係を調べた.その結果,マイコトキシン産生フザリム属菌ではn【less than or equal】12→n=8とn【less than or equal】12→n=5→n=4という2つの独立した核型進化が起こり現在の核型が成立したことがわかった。また,染色体の形態観察結果と併せて炉4は祖先種から染色体融合によって生じた可能性が高いことを見い出した。4.染色体融合によるn=4の成立を証明するために染色体ペインティングFISHを行い,F.proliferatumlの約0.7Mb染色体がF.graminearumの第4染色体端部領域に対応することを見いだした。近年、マイコトキシン産生菌として世界的に注目されているムギ類赤かび病菌のFusariumgraminearum(完全世代:Gibberella zeae)やF.culmorumのゲノムはフザリウム属菌のみならず全糸状菌の中でも特異的に染色体数が少なく(n=4),しかも各染色体は糸状菌の核型分析に用いられるパルスフィールゲル電気泳動法(PFGE)の分離能を超える約8Mbという極めて大きいサイズを有している。このような特異な核型が形成された機構として,我々は近縁種のゲノムの染色体が融合してn=4が形成されたという融合説を提唱し,本研究課題ではその実証を目指して研究している。今年度得た成果の概要は下記の通りである。課題申請時には最新であった分子系統樹が,その後多数の菌種を加えて改訂された。したがって,当初予想していたn【greater than or equal】12から一挙にn=4が形成されたという考えを修正し,中間段階のステップを経ての融合様式を仮定する方が妥当であると考えた。そこで,オランダ,アメリカ,日本の菌株保存機関から多数の近縁種を導入し,それらの核型を顕微鏡とPFGEで解析した。