hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多年生作物の成長相再転換制御機構の解明

前年度,研究協力者が所有する欧州産F. vesca系統の中から収穫期間が長い系統を数系統選びだし,これらを通常の系統と掛け合わせることでF1交雑系統を作り出し,その後の解析に用いるための材料を作成したほか,F1の作成に用いた親系統については,次世代シーケンサ(PacBio)を用いてリシーケンスを行う事によりF2集団において期待される収穫期間の長さと連鎖する変異の特定に向けた基盤構築を行った.本年度は上記F2集団における収穫期間(開花期間)の長さを連続観察することによりQTL-Seq法による原因遺伝子座の絞り込みを行うことを目指した.この結果,両親系統の組み合わせによってはF2集団の形質に「幅(ばらつき)」が見られなかった(休眠状態となり開花が見られなかった)ため,花成をつかさどる遺伝子の組み合わせによる効果の可能性が示唆された.別の集団については開花期間のばらつきが見られたため,階層別にグループ化することにより,QTL-seq法による原因遺伝子座特定のための材料として扱うこととした.開花が見られなかった組み合わせについては,前年度取得したリシーケンスデータを用いることにより,花成および休眠にかかわる主な遺伝子に対する変異の有無を解析する体制を構築しデータの解析を行うことで花成機構,休眠機構の解明につながる副データを取得する予定である.茎頂における花成関連遺伝子のRNA-seq解析を行うサンプリング期間を絞り込むため,指標のとなることが予想されるFvFT2および3遺伝子の発現解析を行った.開花が見られない集団が発生したためデータ取得が遅延したほか,別集団の開花もやや遅延したため,表現型データの取得に計画よりも時間を要したため.QTL-Seq法による原因遺伝子座の絞り込みを行うとともに,茎頂における花成遺伝子の経時的発現変化を形態変化と関連付けて解析する.これまでの植物研究では,栄養生長状態にある茎頂が花芽を形成する状態に変化する,「栄養成長から生殖成長」への研究が数多く行われてきたが,逆に「生殖成長から栄養成長」への変化に関する研究は少ない.このため,主力イチゴ品種の通年収獲作型や他のバラ科果樹における通年収獲の可能性の検討は行われてこなかった.果樹など多年生の植物の多くは温帯以北の原産であり季節・環境の変化に応じてその生活相を変化させ,栄養成長から生殖成長,そして再び栄養成長に戻るというサイクルを繰り返す.これまでの研究から,イチゴ属植物においてはTFL1相同遺伝子が栄養成長から生殖成長への転換に関与すること,生殖成長から栄養成長に再転換した茎頂ではTFL1相同遺伝子の発現が再び上昇することが明らかとなったが,イチゴ属におけるTFL1相同遺伝子の発現制御には不明な点が多く,どのような機構で同遺伝子の発現量が調節されているかは明らかとなっていない.そこで本研究では多年生植物かつイチゴモデル植物であるFragaria vescaを用いることで,生殖成長から栄養成長に戻る際の機構の解析を試みた.研究協力者が所有する欧州産F. vesca系統の中から収穫期間が長い系統を数系統選びだし,これらを通常の系統と掛け合わせることでF1交雑系統を作り出し,その後の解析に用いるための材料を作成したほか,F1の作成に用いた親系統については,次世代シーケンサ(PacBio)を用いてリシーケンスを行う事によりF2集団において期待される収穫期間の長さと連鎖する変異の特定に向けた基盤構築を行った.当初計画にあったRNA-seq解析を次年度に行う事としたが,代わりにゲノムリシーケンスを行う事で解析のための基盤整備がなされた.前年度,研究協力者が所有する欧州産F. vesca系統の中から収穫期間が長い系統を数系統選びだし,これらを通常の系統と掛け合わせることでF1交雑系統を作り出し,その後の解析に用いるための材料を作成したほか,F1の作成に用いた親系統については,次世代シーケンサ(PacBio)を用いてリシーケンスを行う事によりF2集団において期待される収穫期間の長さと連鎖する変異の特定に向けた基盤構築を行った.本年度は上記F2集団における収穫期間(開花期間)の長さを連続観察することによりQTL-Seq法による原因遺伝子座の絞り込みを行うことを目指した.この結果,両親系統の組み合わせによってはF2集団の形質に「幅(ばらつき)」が見られなかった(休眠状態となり開花が見られなかった)ため,花成をつかさどる遺伝子の組み合わせによる効果の可能性が示唆された.別の集団については開花期間のばらつきが見られたため,階層別にグループ化することにより,QTL-seq法による原因遺伝子座特定のための材料として扱うこととした.開花が見られなかった組み合わせについては,前年度取得したリシーケンスデータを用いることにより,花成および休眠にかかわる主な遺伝子に対する変異の有無を解析する体制を構築しデータの解析を行うことで花成機構,休眠機構の解明につながる副データを取得する予定である.茎頂における花成関連遺伝子のRNA-seq解析を行うサンプリング期間を絞り込むため,指標のとなることが予想されるFvFT2および3遺伝子の発現解析を行った.開花が見られない集団が発生したためデータ取得が遅延したほか,別集団の開花もやや遅延したため,表現型データの取得に計画よりも時間を要したため.F2集団における収穫期間の長さを観察,計測し,各個体からDNAを抽出,解析するほか,生殖成長から栄養成長へ再転換する過程の茎頂をサンプリングし,RNA-seq解析を行う.QTL-Seq法による原因遺伝子座の絞り込みを行うとともに,茎頂における花成遺伝子の経時的発現変化を形態変化と関連付けて解析する.実験に用いた試薬を一部変更したため差額が生じた.
中国の都市住宅におけるＭＶＯＣ・カビ汚染の実態把握と防止対策の設計法に関する研究

中国の6都市で実施したアンケート調査から,カビや化学物質と子供のアレルギー性疾患との関連性が示唆された。また,南部3都市の方が北部3都市よりもアレルギー性疾患の有症率が高かった。一方,実測調査からは,アレルギー疾患を有するケース群とコントロール群間に空気中のカビや化学物質の濃度差は認められなかった。ただし,南部が北部よりTVOCとPM2.5の濃度が高い結果が得られ,有症率の地域差と整合していた。室内温湿度の結果から,中国の住宅ではこの十年で断熱性は変わらないが,換気回数が減少していることが示唆された。カビ防止の観点から,冬型結露を防ぐための最小熱抵抗を中国の観測気象データに基づいて求めた。【関連情報の収集】当初の計画通り,WOC汚染、結露・カビ発生の実態、気候条件、建物性能、設備などとの関係、防止対策、並びに効果などに関する中国、日本、欧米諸国などの関連情報を収集したほか、実態調査のプロトコルや結露・カビ防除策などに関する知見を整理した。【アンケート調査】当初中国5都市の住宅を対象にハガキによる簡易調査(回収目標1000件)を行ったうえで詳細なアンケート(回収目標300件)を実施する計画であったが、中国の実情を勘案して,対象小学校の生徒に対して担任教師が直接詳細なアンケートの配布と回収を行い、下記に示す通り計画を上回る回答が得られた。上海:配布205件,有効回収率100%;北京:配布150件,有効回収率100%;大連:配布120件,有効回答率100%ハルビン:配布140件、有効回答率90%(127件)。詳細なアンケート結果を単純集計した結果、(1)医師診断による喘息有病率(ハルビン:8.1%)や、アレルギー罹患率(上海:35-9%)が高い。(2)湿気を感じる回答者数が多く(ハルビン:87%など)、目視でカビ確認できるほどと答えた回答者数も多かった(ハルビン:33%など)。今後クロス集計により詳細な統計的解析を行う予定である。【実測調査】計画の30件に対して、2013年冬期に、上海23件(うち小学校2件)、北京12件(うち小学校2件)、大連12件(うち小学校2件)、ハルビン12件(うち小学校2件)の計59件を対象に、温湿度、揮発性有機化合物、ホルムアルデヒド、カビなどの実測を行った。現在サンプルを分析しているところである。【室内熱・湿気・空気環境シミュレーションプログラムの作成】室内温湿度分布の実測値を解析し、室内熱・湿気・空気環境シミュレーションプログラムの作成に着手している。これまで、アンケート調査と実態調査を行い、その成果を原著論文1件、国際学会発表(査読済)2件、国内学会発表2件で発表している(詳細について業績リストを参照)。これまでに得られた主な知見は以下の通りである。・アンケート調査:現在アンケートについて単純集計とクロス集計を終了し、詳細な解析を行っている。単純集計より得られた主な知見は次の通りである:(1)「花粉症様症状」を持つ児童は約35%であり,少なくとも3割から4割程度の児童にアレルギー性疾患が見られた。(2)築年数は10年以上の住宅が半数以上を占めており,開口部の構成では,北京や大連の窓ガラスの種類が,日本のほぼ同緯度の地域で実施された調査結果と似た傾向を示していた。(3)北京と南部の3都市では,半数以上が「ルームエアコン」を用いて冷房をしているが,ハルピンと大連の2地域については冷房設備を使用しない割合の方が多かった。(4)結露は「窓・サッシ」での発生が最も多く約30%であり,カビは「壁」での発生が最も多く約13%であった。・実態調査:現在実測結果についての詳細な解析を行っている。全体的に、PM2.5については濃度が高く、最高濃度が650μg/m3を上回った。微生物については日本の住宅基準の1000cfu/m3を超えた住宅が少なくなかった。揮発性有機化合物やカルボニル化合物などの濃度こそ高くはないものの、TVOC(総揮発性有機化合物)の濃度が日本厚生労働省から出された暫定目標値の400μg/m3より約10倍高い住宅があった。現在、室内の換気実態など各々の調査結果を詳細に解析し、その結果とアンケート調査結果の関連性について解析を行っている。1)アンケート調査から,中国都市部では有症率に地域差があり,南部が北部より何らかのアレルギー性疾患を少なくとも1つ有する児童の割合が約15%高いことが明らかになった。

また,ロジスティック回帰分析の結果,カビや化学物質の影響を示唆する要因とアレルギー性疾患との有意な関連が認められた。なお,オッズ比の大きさからカビよりも化学物質による影響が大きい可能性が示された。2)実測調査の結果からは,アレルギー性疾患を有するケース群とコントロール群間の浮遊真菌などの室内汚染物質の濃度差は認められなかった。ただし,南部が北部よりTVOCとPM2.5の濃度が有意に高いという結果が得られ,この事実は上述したアレルギー性疾患の有症率の地域差と整合している。また,室内のPM2.5については,冬期に86%・夏期に88%の住宅で日本の大気汚染基準値35μg/m3を超過しており,室内濃度は外気濃度とほぼ同じで,大気中のPM2.5の深刻な汚染がそのまま室内の汚染になっていた。なお,1つの住宅において空気清浄機の利用による濃度低減の有効性が実証されたものの,現状ではバックグランド濃度が高いため,その効果が限定的であった。3)日本で実施した先行調査結果と比較すると,何らかのアレルギー性疾患を少なくとも1つ有する児童の割合は,中国よりも日本の方が大きかった。また,日本の方が浮遊真菌とTVOCの濃度が有意に高く,アレルギー性疾患の有症率の差とも整合している。4)室内温湿度の実測結果から,中国の住宅に関して,この十年における断熱化があまり進んでいない可能性が高い一方で,換気回数が減少しており,都市の高密度化によって窓開け行為が減少した可能性があることが示唆された。5)カビ汚染防止の観点から,冬型結露を防ぐための最小熱抵抗を中国の観測気象データに基づいて求め,その地域性を明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。建築環境工学26年度が最終年度であるため、記入しない。中国にいる協力研究者の積極的な関与で、当初計画以上に進んでいる。当初計画より、武漢市の測定に加わったほか、アンケートの配布数と有効回答率が高かった。これまで研究の実施状況は以下に示す通りである。・アンケート調査:気候条件の異なる6都市を対象に次に示すアンケート調査と実態調査を行った。ハルピン:配布数140(有効回答率90.7%);北京:配布数150(有効回答率:100%);大連:配布数120(有効回答率:100%);上海:配布数205(有効回答率100%);武漢:170(有効回答率100%);長沙:配布数140(有効回答率100%)。また、アンケートの対象から次に示す6都市の住宅延べ117件、学校教室18件を対象に室内空気質、熱環境に関する詳細な測定を行った。ハルピン:冬期(住宅10,教室2);北京:冬期(住宅10,教室2)、夏期(住宅10,教室2);大連:冬期(住宅10,教室2)、夏期(住宅10,教室0);上海:冬期(住宅21,教室2)、夏期(住宅19,教室1);武漢:夏期(住宅10,教室4)、冬期(住宅7,教室4);長沙:夏期(住宅10,教室0)、冬期(住宅10,教室1)。本研究は中国の湖南大学、華中科学技術大学の研究者から協力が得られることとなり、次年度この2地域でも同様なアンケート調査を実施する。また、平成24年度冬期に行った調査と同様に夏期の調査を行う予定である。平成26年度では下記に示す研究を実施する。・実測結果の詳細解析:室内空気質、温湿度調査の結果、実測結果とアンケート調査結果の関連性についての詳細な解析を行う。
ヒト造血前駆細胞の純化と骨髄再構築能に関する研究

ヒト骨髄より単核細胞を分離後、非付着細胞を抗CD34抗体、抗c-Kit抗体を用いて、FACS Vantageでsortingを行い、造血前駆細胞を純化した。回収細胞の純度は95%以上であるが、骨髄単核球の1/1000-2000個の回収率であった。これらの細胞を用いて、初期の造血に作用するであろう、Steel Factor(SF),the ligand for flk2/flt3(FL),Interleukin-3(IL-3),Thrombopoietin(TPO)に対する反応性を検討した。主にsingle cellでの短期間(1週間)の液体培養により、これらの造血因子の作用を明らかにした。未熟造血細胞の増殖にSF,FL,TPOの3種類の組み合わせで最大半分のクローンが誘導されたが、この3種類の因子へのIL-3の添加は増殖クローンの数を増加させるのではなく、増殖の速さを増大させた。二次培養を施行した結果より、増殖したクローンには多くのコロニー形成細胞が含まれており、IL-3の添加での初期培養では赤血球系のコロニー形成細胞を有意に増加させた。各因子単独での1週間の培養でsingle cellのまま維持された細胞をさらに4種類の造血因子の添加で増殖するクローンがそれぞれ10-20%認められたことより、この4種類の因子はすべて未熟造血細胞のsurvival factorとしての役割を有していると考えられた。CD34抗体、c-Kit抗体で純化した細胞群と上記の因子で1週間培養後の細胞をNOD/SCIDマウスへの異種間移植を行った。培養前の細胞では1%前後のヒト細胞をマウスの骨髄で検出した。しかし、培養後の細胞では明らかなヒト細胞は検出することが出来なかったことより、これらの因子で維持された細胞には骨髄再構築能が失われている可能性が推測された。今後、培養条件や再構築の際の細胞純化、細胞数について詳細な検討が必要と思われた。さらに、骨髄での造血障害を呈する先天性疾患での純化細胞の検討はその病因へのアプローチが可能であり、本研究では一部先天性好中球減少症の骨髄よりの純化造血細胞の造血因子に対する反応性の検討も行い、骨髄系造血細胞の質的、量的異常の存在を明らかとした。ヒト骨髄より単核細胞を分離後、CD34抗体、c-Kit抗体を用いて、FACS Vantageにてsortingを行い、造血前駆細胞を純化した。これらの細胞を用いて、初期の造血に作用するであろう、Steel Factor(SF),the ligand for flk2/flt3(FL),Interleukin-3(IL-3),Thrombopoietin(TPO)に対する反応性を主にsingle cellでの短期間(1週間)の液体培養により、これらの造血因子の作用を明らかにした。

二次培養を施行した結果より、増殖したクローンには多くのコロニー形成細胞が含まれており、IL-3の添加での初期培養では赤血球系のコロニー形成細胞を有意に増加させた。各因子単独での1週間の培養でsingle cellのまま維持された細胞をさらに4種類の造血因子の添加で増殖するクローンがそれぞれ10-20%認められたことより、この4種類の因子はすべて未熟造血細胞のsurvival factorとしての役割を有していると考えられた。CD34抗体、c-Kit抗体で純化した細胞群が長期にわたる骨髄再構築能を有しているかどうかを現在NOD/SCIDマウスへの異種間移植で検討を開始した。純化細胞を種々の数でマウスへの静脈内注射を行い、長期にわたりヒト細胞が検出されるかどうかを明らかする予定である。また、3種類の造血因子で維持されたクローンが、骨髄再構築能を有しているかどうかも合わせて検討中である。ヒト骨髄より単核細胞を分離後、非付着細胞を抗CD34抗体、抗c-Kit抗体を用いて、FACS Vantageでsortingを行い、造血前駆細胞を純化した。回収細胞の純度は95%以上であるが、骨髄単核球の1/1000-2000個の回収率であった。これらの細胞を用いて、初期の造血に作用するであろう、Steel Factor(SF),the ligand for flk2/flt3(FL),Interleukin-3(IL-3),Thrombopoietin(TPO)に対する反応性を検討した。主にsingle cellでの短期間(1週間)の液体培養により、これらの造血因子の作用を明らかにした。未熟造血細胞の増殖にSF,FL,TPOの3種類の組み合わせで最大半分のクローンが誘導されたが、この3種類の因子へのIL-3の添加は増殖クローンの数を増加させるのではなく、増殖の速さを増大させた。CD34抗体、c-Kit抗体で純化した細胞群と上記の因子で1週間培養後の細胞をNOD/SCIDマウスへの異種間移植を行った。培養前の細胞では1%前後のヒト細胞をマウスの骨髄で検出した。しかし、培養後の細胞では明らかなヒト細胞は検出することが出来なかったことより、これらの因子で維持された細胞には骨髄再構築能が失われている可能性が推測された。今後、培養条件や再構築の際の細胞純化、細胞数について詳細な検討が必要と思われた。
分子認識機能をもつカリックスアレーンの開発とその触媒機能

高度な分子認識能と高選択的触媒機能を有するカリックスアレーン誘導体の高効率合成法の確立とその化学的特性を明らかにすること、およびp-t-ブチルカリックス[6]アレーンの工業的製造法の確立を目的として研究を進め、以下のような成果を得た。1.p-H-カリックス[4]アレーンを出発原料として、カリックス[4]キノンおよびカリックス[4]ヒドロキノンを簡便に合成する方法を確立し、NMRからその立体配座を明らかにした。2.p-フェニルアゾカリックス[4]アレーンおよびp-フェニルアゾカリックス[6]アレーンを合成し、これらの化合物がAg^+,Hg^+、Hg^<2+>などの重金属イオンを選択的に捕捉する機能をもつことを明らかにした。また、これらの化合物はクロモトロピック特性を示すことを明らかにした。3.p-t-ブチルカリックス[6]アレーンのヒドロキシル基に3,6,9-トリオキサデシル基を導入したタコ型カリックス[6]アレーンはK^+イオン抽出能を有することを見いだし、この機能を利用するエステル生成反応およびジクロロカルベンの効率的発生法を開発した。4.タコ型カリックス[6]アレーンは過マンガン酸カリウムによるアルケン、アルキン、第1級アルコールのカルボン酸への酸化反応および第2級アルコールのケトンへの酸化反応の有効な触媒として機能することを明らかにした。5.タコ型カリックス[6]アレーンはジエン-ヨウ素錯体を包接すること、およびチタン錯体を触媒とするジエンのNaBH_4ヒドロホウ素化反応の反応性と選択性を高めることを明らかにした。p-t-ブチルカリックス[6]アレーンの工業的製造法を確立した。高度な分子認識能と高選択的触媒機能とをもつカリックスアレーン誘導体の高効率合成法の確立ならびにその化学的特性を明らかにすることを目的として研究を進め、以下のような成果を得た。1.p-Hフェニルアゾカリックス[4]アレーンを出発物質しとて、カリックス[4]キノンおよびカリックス[4]ヒドロキノンの簡便かつ効率のよい合成法を確立するとともに、'HNMRからその立体配座を明らかにした。2.p-フェニルアゾカリックス[4]アレーンおよびp-フェニルアゾカリックス[6]アレーンを合成し、これらの合物がAg,Hg,およびHg^<2+>などの重金属イオンを選択的に補捉する機能もつことを明らかにした。また、これらの化合物は再結晶溶媒の性質によって異なったクロモトロピック特性を示すことを明らかにした。3.p-ブチルカリックス[6]アレーンのヒドロキシ基に3,6,9-トリオサデシル基を導入したタコ型カリックス[6]アレーンイの金属イオン補捉能と有機反応に対する触媒機能を検討し、この化合物の特異なK^+イオン抽出能を利用するエステル生成反応およびジクロロカルベンの効率的発生法を開発した。また、その触媒機能を活用するジクロロシクロプロパン誘導体の高選択的合成法を開発した。4.タコ型カリックス[6]アレーンがフェニルエーテル誘導体の合成反応ならびに過マンガン酸カリウムによる、アルケン、アルキン、第1級アルコールのカルボン酸への酸化反応および第2級アルコールのケトンへの酸化反応の有効な触媒として機能することを明らかにした。高度な分子認識能と高選択的触媒機能を有するカリックスアレーン誘導体の高効率合成法の確立とその化学的特性を明らかにすること、およびp-t-ブチルカリックス[6]アレーンの工業的製造法を確立することを目的として研究を進め、以下のような成果を得た。

1.p-t-ブチルカリックス[6]アレーンのヒドロキシル基に3,6,9-トリオキサデシル基を導入したタコ型カリックス[6]アレーンの存在下、非共役ジエンへのヨウ素分子の付加反応を行なうとI_3^-イオンが生成した。I_3^-イオン生成濃度はジエンの種類により異なり、1,5-ヘキサジエン<1,9-デカジエン<<1,7-オクタジエンの順に増加した。また、ジエンへのヨウ素分子付加反応においては、タコ型カリックス[6]アレーンがジエン-ヨウ素錯体を包接することを明らかにした。2.チタン錯体を触媒とするNaBH_4による非共役ジエンのヒドロホウ素化反応-酸化反応ではモノオールとジオールの混合物が生成するが、タコ型カリックス[6]アレーンが系中に存在すると、反応の選択性が変化し、モノオールが主生成物として生成することを見いだした。3.炭酸カリウムを触媒として用い、p-t-ブチルフェノールとホルムアルデヒドとからp-t-ブチルカリックス[6]アレーンを簡便かつ効率的に製造する方法を確立した。
電子移動タンパク質の構造の最適化機構

タンパク質内電子移動の最適化のメカニズムを以下の系を対象に検討した。(1)内部のキノン分子を取り替えた植物光化学系IとIIの光合成反応中心タンパク質。(2)緑色硫黄細菌の光合成系。(3)Zn-バクテリオクロロフィルを使う新型紅色光合成細菌。(4)近赤外光を吸収しクロロフィルdで酸素発生するシアノバクテリア型光合成。これまでに知られた光合成では、中心金属としてMgを持つクロロフィルaやバクテリオクロロフィルaが必須とされてきたが、我々は(1)タンパク質がクロロフィルの位置を固定し、反応環境を調整することで、励起状態や電子移動を最適化していることをキノン置き換え実験で明らかにした。さらに新発見の光合成系で(2)MgでなくZnを中心金属に使うクロロフィルでも光合成が可能なこと。(3)既知のシアノバクテリア-植物型光合成に比べ、90%の光量子エネルギーで同様な光合成を可能としているクロロフィルdを使う光合成を初めて示した。光合成の入力と出力エネルギーは反応効率をあまり損なうことなく調節可能であることがわかった。我々の知見は光合成のような生体タンパク質内反応系が、多様で高い自由度をもちつつ、しかも物理化学法則を満たす形で進化のなかで最適化されてきたことを示している。しかもこの最適化はあまり大きな蛋白構造変化を伴うことなく、クロロフィルやキノン分子周辺の微細構造を変えたことで達成されたことが明らかになった。電子移動タンパク質の構造の最適化の機構を、光合成反応中心を例に解析し、その進化と、応用を検討した.光合成の光励起電子移動は反応中心ではクロロフィル、キノン等の反応分子を含む反応中心タンパク質内部で起こり、タンパク質は反応分子の距離・配向を決定する.さらに各反応分子のエネルギーレベルを調節し、反応経路を与え、電荷生成・消失にともなう誘電緩和を制御する.(1)構造の大きく異なる植物と細菌の反応中心を利用し、この内部のキノンやクロロフィル分子を人工分子で置換した半人工反応中心を作り出した。いろいろな官能基側鎖をつけた人工分子を導入することに成功し、これらの反応を利用した、タンパク内分子場を調べる準備を整えた。(2)植物光合成反応中心に導入した人工キノンの位置を電子スピンエコーエンベラ-プ法で測定し、確認した。人工キノンは確かに本来のキノン結合位置に導入されていることを明らかにした。緑色細菌→光化学系I型の高還元力発生型と、紅色細菌→光化学系IIの酸化力発生(酸素発生)型の2系統の反応中心での、(1)内部キノンの人工分子による置換、(2)分子認識機構、(3)酸化還元電位の制御.(4)クロロフィル→キノン(人工化合物)間の超高速電子移動(最高24ピコ秒)の実測を行った。さらに(5)新たに我々が発見したZn-クロロフィルを有する反応中心でも研究を開始した.進歩の著しい紅色細菌での結果との比較から、電子移動タンパク質の構造最適化の機構を新た視点から検討した.タンパク質内電子移動の最適化のメカニズムを以下の系を対象に検討した。電子移動タンパク質の最適化機構を検討した。光合成反応中心、チトクロム、鉄硫黄タンパク質、キノール-チトクロムc酸化還元酵素を検討した。1.天然タンパク質の比較。最古の光合成系ともいえる(絶対嫌気性)緑色硫黄光合成細菌の反応中心内部のクロロフィル配置、膜結合型チトクロムの反応等を明らかにして、好気性及び植物型光合成と比較し、分子機能の最適化機構を検討した。サブユニットの機能分化、内部色素数と機能の変化、遊離型へチトクロム反応への進化などを明らかにした。2.人工化による分子最適化機構の検討。植物光化学系1反応中心内のキノンを人工物に入れ替え、緑色細菌型に近い反応エネルギー差を作りだし、反応と構造最適化機構を検討した。この反応系は、緑色細菌とは異なる温度依存性を示し、未知の最適化原理を示唆した。3.(新しい光合成系をもつ)新型生物の発見と分子最適化機構の検討。(1)好酸性細菌Acidiphilium(A.)

rubrumが、Zn型バクテリオクロロフィルaで、光合成をすることを示した。原始光合成はZn-ポルフィリンで始まった可能性もでてきた。(2)近赤外光(740nm)で酸素発生型光合成をする生物Acaryochloris marinaの光合成。植物及びシアノバクテリアは全て680nmの赤色光を利用して光合成をするが。このシアノバクテリア様生物はクロロフィルdを使う。このタンパク質構造最適化機構の検討を開始した。
台湾産ナミウズムシの5SrRNAの分子進化・分子遺伝的調査

淡水産ナミウズムシの5SrRNAを他の多細胞動物と比較すると,従来の系統分類学の常識では予測できない程,その配列が他の動物のものからかけはなれている.この結果は旧来の分類学が問違っているのか,ナミウズムシの5SrRNAが何らかの原因でその進化速度が上昇したのかどちらかが考えられる.後者の一原因はナミウズムシの生育環境からみて,とくに地理的隔離が強い可能性があり,この影響で5SrRNAの塩基置換速度が上昇した場合が考えられる.この点を検討するために日本産ナミウズムシ4地点と,台湾産ナミウズムシ7地点の5SrRNAを比較した.台湾産ナミウズムシ(台湾北部,中部,南部,山岳部,東部,蘭〓島)の野SrRNAは北,中,山岳各部は日本産の4地点(96%相似)とほとんど差がなく,地理的にへだたりが大きくなる南部,東部,蘭〓島になるにつれて少しづつ差が大きくなる.この点で地理的距離と5SrRNAの相違度には相関がみられたが,その差の程度は塩基置換速度が極端に上昇したためにおこる差ほど大きくはなかった.この結果,地理的隔離の度合の高い淡水産ナミウズムシの5SrRNAで,極端な塩基置換の上昇はないという結論をえた.したがって,当初の予測である"従来の系統分類学の常識"は間違いで"5SrRNAの結論が正しい"とする可能性はまだ残されている.淡水産ナミウズムシの5SrRNAを他の多細胞動物と比較すると,従来の系統分類学の常識では予測できない程,その配列が他の動物のものからかけはなれている.この結果は旧来の分類学が問違っているのか,ナミウズムシの5SrRNAが何らかの原因でその進化速度が上昇したのかどちらかが考えられる.後者の一原因はナミウズムシの生育環境からみて,とくに地理的隔離が強い可能性があり,この影響で5SrRNAの塩基置換速度が上昇した場合が考えられる.この点を検討するために日本産ナミウズムシ4地点と,台湾産ナミウズムシ7地点の5SrRNAを比較した.台湾産ナミウズムシ(台湾北部,中部,南部,山岳部,東部,蘭〓島)の野SrRNAは北,中,山岳各部は日本産の4地点(96%相似)とほとんど差がなく,地理的にへだたりが大きくなる南部,東部,蘭〓島になるにつれて少しづつ差が大きくなる.この点で地理的距離と5SrRNAの相違度には相関がみられたが,その差の程度は塩基置換速度が極端に上昇したためにおこる差ほど大きくはなかった.この結果,地理的隔離の度合の高い淡水産ナミウズムシの5SrRNAで,極端な塩基置換の上昇はないという結論をえた.したがって,当初の予測である"従来の系統分類学の常識"は間違いで"5SrRNAの結論が正しい"とする可能性はまだ残されている.
ユビキチンリガーゼＨＲＤ１の不溶化によるアルツハイマー病発症機構

これまでの研究で、小胞体のタンパク質分解系に関与するヒト新規ユビキチンリガーゼ遺伝子HRD1がアルツハイマー病(AD)発症に関わるアミロイドβ(Aβ)の前駆体タンパク質(APP)の分解を促進することで、Aβの産生量を減少させることを見いだした。さらに、AD患者の死後大脳皮質においてHRD1のタンパク質量が低下していることを明らかにした。本研究では、HRD1の減少の原因としてHRD1タンパク質の不溶化の可能性を示し、酸化ストレスによってHRD1が不溶化することを証明した。以上の結果を通して私たちは、AD発症機構にHRD1不溶化によるタンパク質分解系の破綻が関与する可能性を初めて明らかにした。私たちはこれまで、アルツハイマー病発症に関わるAβの前駆体タンパク質APPが、ERADに関与するユビキチンリガーゼHRD1の基質となることを明らかにした。さらに、アルツハイマー病患者の大脳皮質において、HRD1のタンパク質が不溶化により減少していることを見出している。今回私たちは、HRD1の減少とアルツハイマー病発症の関連性を明らかにするため、HRD1のノックアウトマウスにおいて、Aβの蓄積量が増加するか検討した。その結果、24ヶ月齢のHRD1ノックアウトマウスにおいてAβの蓄積量は、野生型のマウスと有意な差がないことが判明した。次年度では、APPのトランスジェニックマウスとHRD1ノックアウトマウスを掛け合わせることで、Aβ産生への影響を検討する必要がある。また、マウスの加齢に伴うHRD1タンパク質の量的変化とくに、HRD1の不溶化について解析した。その結果、HRD1のタンパク質の不溶化は認められず、HRD1タンパク質量に変化はなかった。私たちはこれまでの研究で、HRD1が酸化ストレスである過酸化水素、ロテノン、4-ヒドロキシノネナール(4-HNE)により不溶化することを明らかにしている。今回私たちは、HRD1が4-HNEによる直接修飾を受けるか否か検討した。その結果、HRD1は4-HNEにより、分子量が増加し、4-HNEに対する抗体を用いてHRD1が4-HNEによる修飾を受けていることが明らかとなった。このことからHRD1は酸化物によって修飾を受けることで不溶化する可能性が示唆された。さらに、アルツハイマー病患者の大脳皮質において、HRD1のタンパク質が不溶化により減少し、HRD1が酸化ストレスである過酸化水素、ロテノン、4-ヒドロキシノネナール(4-HNE)により不溶化することを証明している。今回私たちは、HRD1の修飾部位を質量分析によって同定した。その結果、HRD1の酵素活性に重要なRING-finger領域のシステイン残基が酸化修飾を受けることが判明した。また、このシステイン残基を保護する目的で、N-エチルマレイミド(NEM)で前処理したところ、4-HNEによる分子量増加がNEMによって抑制された。このシステイン残基は、亜鉛と配位することで、RING-fingerタンパク質の立体構造形成に重要な部位であり、このシステイン残基の修飾は、ユビキチンリガーゼ活性の失活もしくは活性異常を来すことが他のユビキチンリガーゼで報告されている。このことからHRD1は、酵素活性部位にあるシステイン残基が酸化修飾を受けることで不溶化・減少する可能性が示唆された。以上の結果をまとめ、PLOS One誌に発表した。また、アルツハイマー病患者の大脳皮質において、HRD1のタンパク質が不溶化により減少していることを見出した。今回私たちは、HRD1の不溶化機構について明らかにするため、アルツハイマー病と関連があるAβ、tau、小胞体ストレス、および酸化ストレスによるHRD1の不溶化の可能性について検討を行った。その結果、HRD1およびHRD1と複合体を形成するSEL1Lは、Aβ、tauおよび小胞体ストレスの負荷によっては不溶化しないことが、神経細胞およびマウスを用いた実験によって明らかとなった。一方、酸化ストレスである過酸化水素、ロテノン、4-ヒドロキシノネナールは、HRD1およびSEL1Lの不溶化を引き起こすことが判明した。さらに、これらの酸化ストレス薬物は、HRD1の細胞内凝集体(アグリソーム)の形成を誘導することが示された。したがって、HRD1やSEL1Lは酸化ストレスによって、小胞体から排出され、凝集体を形成して不溶化する可能性が示唆された。

一方、HRD1はアルツハイマー病患者脳およびtauトランスジェニックマウス脳において、リン酸化tauと局在が一致することが判明した。また、HRD1がtauを基質とすることが、最近の報告で明らかになったとことから、HRD1とtauの関連性が示唆される。今後は、HRD1ノックアウトマウスを用いて、HRD1低下によるtauの蓄積について検討を行う必要がある。本年度は研究代表者の異動により研究計画に遅れがあったが、前年度までの実験が予定より進んでいたため、当初の実験計画と比べて遅れはない。アルツハイマー病モデルマウスにおけるHRD1不溶化の検証や酸化ストレスによるHRD1不溶化機構など、次年度以降で行う実験が既に終了しているため。HRD1ノックアウトマウスに関しては、期待した結果が得られなかったため、今後はAPPトランスジェニックマウスと掛け合わせることで、Aβ産生の負荷をかけた状態で、Aβ産生に対するHRD1発現低下の影響を検討する。今後は、HRD1が酸化ストレスによってどのように不溶化するか、不溶化機構の詳細の解明を目指す。本年度は研究代表者の異動により研究計画に遅れがあり、繰越金が生じたが、消耗品に関しては元々低めに見積もっており、次年度は繰り越した額を合わせても余剰のものはないと考える。当初の予定より研究は進展しているが、消耗品に関しては元々低めに見積もっており、余剰のものはないと考える。そのため、従来通りの予算で研究を行いたい。
レジームシフト資源の評価モデルの開発と管理戦略評価

マイワシ、カタクチイワシ、マサバ、スルメイカ、これらは我々の食卓に欠かせない水産資源であると同時に、環境影響によって資源量や漁獲量が大きく変動する資源である。この大きな変動自体は広く認められているものの、変動パターンを事前に予測することは困難であり、これらの資源を安定かつ効果的に利用可能な管理戦略はいまだに見つけられていない。本研究では、環境影響による変動が激しい水産資源を対象に資源評価モデルと管理戦略の開発を行う。
農業用パイプラインの非破壊診断に基づく災害リスク評価法の開発

農業用パイプランの効果的な維持管理には管材損傷に加えて,リスク同定が不可欠である.本研究では,非破壊検査による農業用パイプラインのリスク評価法を開発することを目的としている.研究開発の結果,既存施設において提案手法により構造損傷を同定できることが確認された.リスク評価指標は構造損傷の影響を受け,それらの推定には非破壊評価パラメータが有効であることが明らかになった.実証的検討成果を踏まえたリスク評価の結果,既存の農業用パイプラインの安全度を提案手法により非破壊的に評価できることが確認された.農業用パイプラインに代表される大規模配管施設では,地震災害や経年劣化に伴い漏水事故が頻発し,農村地域の生活・生産活動に多大な影響を及ぼす。しかし,既存施設に適用できる非破壊検査法やそれに基づく災害リスク評価法は,いまだ十分に開発されていない。本研究では,農業用パイプラインに適応した非破壊検査法の開発に基づく地震災害を考慮したリスク評価法を構築することを目的としている。研究対象は農業用パイプラインであり,既に申請者により研究蓄積のある弾性波法と電磁波法を用いた非破壊検査法を研究期間である平成24年度から26年度の3カ年間に構築し,それらの結果を踏まえた災害リスクに関する評価方法を提案する。平成25年度は,昨年度開発したパイプラインの非定常流況現象である水撃圧を対象にした非破壊・非接触検出法を数値解析の観点から検討し,実測値を十分な精度で評価可能であることが明らかにした。それらの結果を踏まえて,本研究により開発する農業用パイプラインを対象とした災害リスク評価法へ本検討結果を反映させるべく,解析的な取り組みを現在,高度化している。実験的検討は,これらに加えて配管材の非破壊損傷同定法の開発を実構造物(岐阜県大垣市)において試み,AE(Acoustic Emission)計測に基づく提案手法の有効性を確認している。平成25年度の研究成果は,閲読あり研究論文15報,研究報文16報,口頭発表60報および国際会議10報と非常に多くの成果を世に問うことに成功した。平成26年度は,これらの成果を踏まえて,最終目標である地震災害地域での非破壊計測およびリスク評価法を提案するため,積極的な実験・解析を進めていく予定である。研究対象は農業用パイプラインであり,既に申請者により研究蓄積のある弾性波法と電磁波法を用いた非破壊検査法を研究期間である平成24年度から26年度の3カ年間に構築し,それらの結果を踏まえた災害リスク評価法を提案する。平成24年度は,パイプラインの非定常流況現象の水撃圧を対象に非破壊・非接触検出法を開発し,モデル試験および実構造物での検証を試みた。検討の結果,損傷の進行した既存施設において十分な精度により計測・評価可能であることが明らかになり,リスク評価へ適用可能であることが示唆された。主な研究成果は,研究図書2冊,査読付論文13報,研究報文8報および口頭発表48報(国際会議8報を含む)である。農業用パイプラインに代表される大規模配管施設では,地震災害や経年劣化に伴い漏水事故が頻発し,農村地域の生活・生産活動に多大な影響を及ぼす。研究対象は農業用パイプラインであり,既に申請者により研究蓄積のある弾性波法と電磁波法を用いた非破壊検査法を研究期間である平成24年度から26年度の3カ年間に構築し,それらの結果を踏まえた災害リスク評価法を提案した。研究実績は,閲読付論文31報,報文11報,口頭発表(国内)66報および口頭発表(国際)12報である。主な研究業績は,極度に損傷が進行した構造材料の物性値をAE(Acoustic Emission)とX線CTにより可視化・定量化するための方法論を開発し,蓄積された損傷と物性との関係を明確にした。そのことを前提に災害発生時および発生後の損傷度の定量評価方法を提案し,災害リスク評価における評価指標とした。非破壊検査工学現在までの研究進捗は,災害リスク評価に必要な個別技術の開発を完了した。現在は,数値解析を含めたより詳細な検討を進めており,平成25年度末で目標の約80%は完了している。本研究の個別3課題の内,2課題については具体的進展が認められた。個別課題は,課題1「農業用パイプラインの災害リスク評価法の開発」,課題2「損傷力学理論に基づく配管材の非破壊損傷同定法の開発」および課題

3「配管内流体の高精度・非破壊モニタリング法の開発」である。平成24年度は,課題2「損傷力学理論に基づく配管材の非破壊損傷同定法の開発」において,既存施設から採取した配管材の大型破壊試験による実証研究を実施し,特異な破壊形態から評価パラメータを提案した。課題3「配管内流体の高精度・非破壊モニタリング法の開発」では,混相流と水撃圧を対象に新たな非破壊検査法を開発し,モデル試験と実構造物による検証を行い,開発手法の有効性と技術的課題を明確にした。平成25年度は,これら平成24年度成果を踏まえて課題1である災害リスク評価法の構築を試みる。平成26年度の研究展開は,研究期間の最終年であることから3ヵ年間に検討した弾性波計測に基づくパイプラインの災害リスク評価法の構築を試みる。その際,非破壊・非接触技術の開発を含めて,今後の技術展開の基礎的検討を同時に行い,次年度以降の研究速度を大幅に上げるための準備を開始する。今後は、本研究の目標である災害リスク評価法の精緻な構築と開発手法の現地適用を積極的に実施する予定である。平成25年度の研究展開は,平成24年度末に購入した赤外線サーモグラフィ装置を利用して,熱特性の観点から農業用パイプラインシステムの損傷特性を抽出することを試みる。特に,水管橋や斜面工,付帯工など露出した施設に関する検討を進め,野外環境に設置された既存施設の経年的に累積した損傷を明らかにする。その結果を踏まえて,平成24年度に検討した弾性波による配管系診断との融合による災害リスク評価法の構築と高度化を試みる。具体的検討の進捗状況は,管理者との計測工程の打合せは完了し,平成25年度初頭に計測を実施できる状況にある。計測,実験および解析に関する外部機関との調整は,完了しており,研究進捗の加速化が期待できる状況にある。平成25年度の研究費使用計画は,平成24年度の検討結果を踏まえて既存施設による現地計測を実施する(調査費計上済)。その結果の解析的検討には購入を計上している一連の解析ソフトを活用し、効果的かつ効率的な研究開発を推進する。なお,平成24年度末に購入した赤外線サーモグラフィ装置は支払いが4月になったことから,平成25年度に計上する。
スパッタ成膜法による非貴金属系酸化物薄膜の創成と酸素還元カソード触媒への応用

燃料電池正極用の白金代替酸素還元触媒の創製を試みた。Ti2O3をターゲット材とするマグネトロンスパッタ法を用いることで、導電性の高いTi2O3相からなる白金代替酸素還元薄膜触媒の調製に成功した。成膜時の基板温度、スパッタガス圧、基板-ターゲット間距離を最適化することで、従来のTiO2-x触媒を上回る酸素還元活性を達成できた。また、新規に開発したMFe2O4・還元型酸化グラフェンハイブリッド触媒、さらにzeolitic imidazolate frameworks (ZIFs)を焼成し調製したCo担持カーボン触媒が、白金代替触媒として機能し高い酸素還元活性を示すことを見出した。固体高分子形燃料電池(PEFC)のカソード触媒には高価な白金族材料が多量に使用されており、本格普及にむけて代替触媒の開発が必須となっている。本研究では,白金代替触媒として新たに電子伝導性が高く、腐食環境にも強い還元型酸化チタン(Ti2O3)に着目し、RFマグネトロンスパッタ法を用いてTi2O3触媒を作製するとともに、そのカソード触媒性能を評価した。また、スパッタの際の基板温度、成膜圧力、およびターゲットー基板間距離の最適化を通して、高活性、高安定性を示す白金代替Ti2O3触媒の開発を行った。Ti2O3薄膜触媒はTi2O3ターゲットを用い、まず、基板温度を2931073 Kまで変化させ、成膜した。基板温度が873 Kに達すると酸素還元反応(ORR)活性が著しく向上したため、最適な基板温度は873 Kであると見極めた。次に、成膜圧力を1.03.0 Paまで変化させたところ、成膜圧力1.0 PaがORR活性の最適値であることがわかった。また、基板温度の上昇、成膜圧力の低下に伴い、TiO2相の割合の低下およびTi2O3の結晶性の向上が進行し、電気抵抗率が低下することが明らかとなった。また、この電気抵抗率の低下に伴い、ORR活性が向上することを見出した。以上のことから、基板温度の上昇と成膜圧力の低下に伴うORR活性向上には、電気伝導性の向上が大きく寄与しているものと結論した。さらにターゲットー基板間距離の最適化を行った結果、ターゲットー基板間距離50 mmとした時、Ti2O3(110)面の選択的な結晶成長が観測されるとともに酸素還元電流が飛躍的に向上することがわかった。以上のことから、Ti2O3(110)面の選択的な結晶成長がORR活性の向上に重要な役割を果たしていると結論した。酸素還元反応(ORR)は燃料電池の発電効率を左右する重要な反応である。現在、白金族材料を用いたORR活性の高い電極が考案されているが、本研究では、白金代替触媒として高い電気伝導性と安定性を有する酸化鉄(Fe3O4)に着目し、Fe3O4およびその遷移金属置換体(MFe2O4; M = Mn2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+)を基盤とする電極触媒を開発した。触媒担体には高い電気伝導性と大きな比表面積を持つ還元型酸化グラフェン(rGO)を用い、新規なハイブリッド型触媒(MFe2O4/rGO hybrid)とすることで高い活性と安定性の実現を目指した。Fe3O4/rGO hybridはFe2+、Fe3+を含んだ酸化グラフェン分散液からの共沈法とその後のヒドラジン還元によって調製した。TEMおよびXRD測定から、粒径約20 nmの触媒粒子が還元型酸化グラフェン上に固定化されており、触媒粒子はFe3O4であることが分かった。調製したFe3O4/rGO hybridをアルカリ性電解液中でのORRに適用した結果、立ち上がり電位を0.76 Vに持つ酸素還元電流が観測された。本触媒の活性向上を目指し、Fe3O4/rGO hybridの遷移金属置換体であるMFe2O4/rGO hybrid (M = Mn2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+)を調製した。XRD測定では回折ピークのシフトが観察され、目的とする遷移金属置換体(MFe2O4)が調製されていることが確認できた。これら遷移金属置換体のORR活性評価を行った結果、Mn置換体(MnFe2O4/rGO hybrid)は立ち上がり電位0.90 Vと他のMFe2O4/rGO hybrid (M = Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+)と比較して優れたORR活性を示すことが明らかとなった。酸素還元反応(ORR)は燃料電池の正極側反応として、燃料電池の性能を左右する重要な反応である。本年度は、ユビキタス触媒開発の観点からCoナノ粒子を高分散に内包したポーラスカーボン電極触媒の開発を達成するため、PCP/MOFの1つであるZeolitic Imidazolate Framework (ZIF)を前駆体した触媒調製法を検討した。Co2+と2-メチルイミダゾールで構成されるZIF-67を不活性雰囲気下で加熱し炭化処理を行うと、金属Coを内包するナノポーラスカーボン触媒が調製できた。Co内包ナノポーラスカーボン触媒(CX-ZIF-67:X=炭化温度°C)を用いて電極を作製し、プロトン還元による水素生成反応に応用したところ900°Cでの炭化処理により調製したC900-ZIF-67が最も高い活性を示すことを見出した。

ターフェルプロット測定より、本水素生成反応はVolmer-Heyrovsky機構で進行していること、インピーダンス測定よりC900-ZIF-67において電極界面抵抗が最も小さくなることが示された。また、サイクリックボルタンメトリーによる長期安定性試験を行ったところ、C900-ZIF-67電極は10000サイクル後でも高い活性を維持する高い耐久性を示すことがわかった。C1000-ZIF-67がC900-ZIF-67に比較して低い触媒活性を示すのは、C1000-ZIF-67ではカーボンの結晶性が高くなり導電率は向上するものの、高い炭化温度のためCoナノ粒子が凝集し、金属Co表面の触媒活性点量が大幅に減少したことに起因するものと考えられる。また、C900-ZIF-67電極はORR反応にも活性を示すことも明らかとなった。このように、ZIFを前駆体として調製したCo内包ナノポーラスカーボンが、ユビキタスORR電極触媒として機能することを見出した。燃料電池正極用の白金代替酸素還元触媒の創製を試みた。Ti2O3をターゲット材とするマグネトロンスパッタ法を用いることで、導電性の高いTi2O3相からなる白金代替酸素還元薄膜触媒の調製に成功した。成膜時の基板温度、スパッタガス圧、基板-ターゲット間距離を最適化することで、従来のTiO2-x触媒を上回る酸素還元活性を達成できた。また、新規に開発したMFe2O4・還元型酸化グラフェンハイブリッド触媒、さらにzeolitic imidazolate frameworks (ZIFs)を焼成し調製したCo担持カーボン触媒が、白金代替触媒として機能し高い酸素還元活性を示すことを見出した。H26年度では、酸化チタン系以外の非貴金属系酸化物触媒の探索を行った。その結果、MnFe2O4/rGO hybrid触媒が、立ち上がり電位0.90 Vと前年度構築したTi2O3酸化物触媒と同等以上の優れたORR活性を示すことを見出した。MnFe2O4は電気伝導性も高いため、今後の触媒調製条件の最適化によりさらなる触媒活性の向上が望めることから、研究は順調に進展しているといえる。触媒化学物理化学今後、これまで継続して検討しているTi2O3触媒に加え、今年度その触媒活性を検討したMnFe2O4触媒をスパッタ法により薄膜化することを目指す。近年、酸化物系触媒に窒素や炭素を複合化することで、ORR活性が飛躍的に向上することが報告されている。このため、マグネトロンスパッタ法により、Ti2O3触媒やMnFe2O4触媒を薄膜として各種基板上に固定化する際に、スパッタガス中に窒素や一酸化炭素を導入し、その分圧を精密制御した条件下での成膜を行うことで、ORR活性の高い異種元素ドープ型Ti2O3薄膜触媒やMnFe2O4薄膜触媒の調製を行う。さらに、薄膜中の異種元素濃度とORR活性の関連性を明らかにするとともに、各種表面キャラクタリゼーションにより酸素還元反応の活性点構造と反応メカニズムを明らかにし、これら情報を触媒調製段階にフィードバックすることで、ORR活性のさらなる向上を達成することを目指す。H25年度ではスパッタ条件の最適化によるTi2O3薄膜触媒の高活性化について検討し、スパッタ時の基板温度、成膜圧力、およびターゲットー基板間距離の最適化を通して、高活性、高安定性を示す白金代替Ti2O3触媒の調製に成功した。本触媒の電気抵抗率は1.3 ×102 μΩcmと一般的なTiO2薄膜(1018-20 μΩcm)に比べ極めて低く、良好な電気伝導性を有することも明らかにした。
小児心臓手術の人工心肺が活性化白血球を介して全身へ与える影響の分子メカニズム解明

本研究の目的は、小児心臓手術前後の循環動態、臓器障害に影響を与える因子、特に白血球と血管内皮細胞を中心とした分子メカニズムの解明である。小児心臓手術は技術の向上により治療成績も良くなっているが、依然として全身血管抵抗の増加、肺血管抵抗の変化、腎機能障害により厳密な管理を要する。人工心肺は白血球を活性化し、活性化した白血球がサイトカイン、マイクロRNA、エクソソームを放出、さまざまな細胞を介して各臓器に影響していることが予想される。本研究では、小児心臓手術周術期の患者検体からサイトカイン、マイクロRNAを解析し、培養細胞を用いた基礎実験で検証し、小児心臓手術術後管理方法の向上へつなげていく。