hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱帯高塩および酸性地域の植生改変と環境ストレス抵抗性機構解明

本研究はタイ国東北部の熱帯モンスーン地域に拡がっている塩類集積土壌において、環境適応力を持つ植物を利用して土壌の塩類化を阻止させるとともに既に破壊された地域にての植生を取り戻した上で有用植生への改変することを目指している。砂漠化または塩類化地域における植生改変を目的とした研究には木本性植物を直ちに移植しようとした例が多いが、灌漑施設の設置や維持に膨大な経費が必要になり、一部の地域を除いては根本的な改善方法にはなれない。そこで、自然現象として起こる植物の遷移に注目してまず不良環境においても育つ雑草を先駆植物として入れて緑化し、周辺の微細環境の改良した後に木本性の有用植物を移植する戦略のもとで、塩類集積土壌地域で利用の可能性のある雑草の探索と組織培養手法を用いた耐塩性植物の作出を目的とした。また、集めた遺伝資源を中心に遺伝工学手法を使った人為的な改良のための基礎研究としてその生理生態的特性と耐塩性機構を調べることにした。1.耐塩性雑草の探索2.耐塩性植物の選抜と作出塩類集積地から集めた耐塩性雑草の中でバイオマスの多い多年生植物を選び、組織培養で増殖する技術を確立するとともに、高塩濃度培地からカルスを選抜し耐塩性を持つ植物体への再生を試みた。Vetivar(Vetivera zizanioides Nash)から誘導したカルスの中では1.5%の高塩濃度においても生存しているものがあり、それの再分化植物の作出に成功した。土壌での耐塩性を確認し、その塩類土壌での利用可能性を示した。また、Surin地域から収集したvetivarの系統は他の地域のものに比べて非常に耐塩性を備えているものが見つかり、それらは耐塩性機構の究明の材料としようとして有望である。緑肥資源であるIndigoferahirsutalinn.の耐塩性系統の作出も試みた。3.耐塩性植物の生理生態と耐塩性機構の解析耐塩性機構と塩害機構の生化学な解明は耐塩性の低い植物の生長制御や高い耐塩性を持つ新しい植物の創出のための基礎的な研究で、塩類土壌地から導入した植物を中心に解析を進めてた。4種類の豆科力物における高塩条件下での根瘤の形成を調べたところSesbania rostrataとLeucaena leucocephalaにおいて生育と根瘤の形成が良好であることがわかりその機構の解明に取り組んだ。日本の海岸の塩害から集めた耐塩性のチガヤ系統を用いた研究からはそれらが下位葉に多量のNa^+を溜めて展開中の新葉に移動させないことが見つかった。イネでは日本型とインド型の間に耐塩性の違いがみられ、塩ストレスによる葉緑体の破壊と活性酵素の関与の観点から追跡ところ、特に活性酵素消去系中のスーパーオキシドジスムターゼ(SOD)の誘導の違いが解明され、その機構の解明が期待される。また、ツノアイマシとMexican sunflowerの他感作用を見い出した。4.植生改変の可能性と土壌環境の変化カセサート大学の構内の塩類集積圃場において様々な植物を植え、耐塩性雑草による緑化と木本性植物の移植の可能性を打診するとともにと土壌など微細環境の変化をシミュレーションに必要なデータを集めた。

4種類の豆科力物における高塩条件下での根瘤の形成を調べたところSesbania rostrataとLeucaena leucocephalaにおいて生育と根瘤の形成が良好であることがわかりその機構の解明に取り組んだ。日本の海岸の塩害から集めた耐塩性のチガヤ系統を用いた研究からはそれらが下位葉に多量のNa^+を溜めて展開中の新葉に移動させないことが見つかった。イネでは日本型とインド型の間に耐塩性の違いがみられ、塩ストレスによる葉緑体の破壊と活性酵素の関与の観点から追跡ところ、特に活性酵素消去系中のスーパーオキシドジスムターゼ(SOD)の誘導の違いが解明され、その機構の解明が期待される。また、ツノアイマシとMexican sunflowerの他感作用を見い出した。4.植生改変の可能性と土壌環境の変化カセサート大学の構内の塩類集積圃場において様々な植物を植え、耐塩性雑草による緑化と木本性植物の移植の可能性を打診するとともにと土壌など微細環境の変化をシミュレーションに必要なデータを集めた。本研究はタイ国東北部に広く認められる塩類集積土壌地域における植生改変を目指し、耐塩性を持つと同じに現地環境条件に適応して生息し得る植物を探索または作出することを目標とした。その探索または作出に成功した場合、それら植物の耐塩性機構を生化学的に研究する事も目的の1つとしている。植物改変を目的とした研究には木本性植物を対象にしたものが多いが、植物の遷移を考えると出来るだけ土壌表面の緑化が先づ必要なことと、土壌の毛細管間隙による塩類の上昇移動を絶ち切る為に作土層に有機物を投入する必要があることから草本性植物を対象とした方が目的に適すると発想した。1.Vetiver grassはタイ国において緑化植物として着目されており、種内変異や生物型などを多く含む植物種にであるので、Vetiver grassの組織培養法を確立した。現在その培養組織を異なった塩類濃度の培地中にて培養し、耐塩性組織の選抜を行っている。2.タイ国アランアラン、itching grass、日本チガヤを中心にそれら雑草を各地から採集し、被検植物となる様栽培する耐性をつくった。それらの植物の耐塩性を測定し、また生物型から耐塩性大のものを選抜し、現地塩類土壌地帯に生息可能かどうか調べる予定。3.カセサート大学カンペンセン校構内圃場に塩類土壌地域を確認。そこにトウモロコシ、キビ、コムギなどの作物を植え、現在の状態では植物の生育が困難であるという結果が得られたが、土壌構造の変化がどの程度のものとなるか歴年試験を行う予定。本研究は前年度に引き続き塩類耐性植物の検索と作出を試み、同時にタイ王国における塩類集積土壌地域のpH,EC等の土壌特性を解析した。1.タイ王国北部において植生改変材料としているVetiver plantの中から組織培養法により耐塩性変異種を検出し、また、一部の変異種については再分化に成功した。3.日本で採取したチガヤの中から耐塩性変異種を選抜し,人工栽培法の開発を開始した。また、塩類の吸着性、移動性の異なる特性を持つ土壌を供試し、塩類の土壌吸着、存在状態とチガヤの生育との関連解析を開始した。4.カセサート大学内塩類集積土壌において、数種の作物および雑草を栽培しライフサイクル全般にわたる生育状態の調査を開始し、現在も継続中である。5.当該土壌に生存する植物種子を採取し、植生改変を目指した今後の研究に供試すべき新たな実験材料を得た。6.昨年度に引き続き、雑草の繁殖と遷移パターンの解析を目的として、当該地域の雑草の生存状態および土壌特性(pH,EC等)を調査し、現在も継続中である。
ローマ法の遺贈と担保

古代ローマ法における相続法制、特に遺贈の実務を検討する課題を進めた。特に、古代ローマにおける遺贈文化について、経済史の視点を借用した論考を完成させた。こうした着想を得るべく、国際学会や国内の学会・研究会に出席した。その際、討議には積極的に参加し、論点整理に努めた。その上で、上記の古代遺贈文化、特にエリート層による奴隷解放とその相続人指定に関連する係争物評価にまつわる特殊な法実務に関して、書籍掲載予定論文を脱稿した。ローマ相続法に新たな光を当てるU. Babusiaux, Wege zur Rechtsgeschichte: roemisches Erbrecht (2015)については精読を9割程度まで終えた。本研究の最終年度に当たる次年度には、通読を終える見込みである。その著者が編集した英語論文集に寄稿した論文において、遺贈に関する問題を扱った。古代ローマでは被相続人が遺言で指定した相続人に、遺贈義務が課された。これに対し、相似形をなす現代日本の最高裁判例を分析し、相続人と受遺者を同視する混乱を指摘した。また、3月に南山大学で開催されたローマ法に関する講演会では、招へいされたフランス人研究者の講演原稿について、共訳の形で邦訳を担当し、事前に発表内容を配布した。在地の伝統的都市制度とこれに基づく裁判制度が、主都(首都)ローマの民会立法その他に由来する中央の「ローマ法」によりどの程度、如何なる影響を受けたか、という観点から、これを二次的ルールとの関係で捉え直す同講演は、追って雑誌に翻訳として公表する予定である。古代ローマにおける遺贈法制と、その現代日本への反映について、最高裁判例を素材に検討した英語論文を脱稿した(但し、刊行が新年度に遅れている)。また、経済史の観点から、エリート層による都市への遺贈文化が古代ローマの社会生活を支えたとの視点を取り込み、奴隷の相続に注目した論文を投稿した(但し、刊行は新年度の予定である)。最新のドイツ語相続法文献を一旦読了し、その新視点、即ち民会立法、法解釈実務、そして両者を修正する皇帝の政策介入措置という三層構造を踏まえ、古代ローマにおける遺贈に際し求められる担保の実相に迫る論考を脱稿させる。その前提として、引き続き、国内外における学会・研究集会に参加し、口頭報告を行なうと共に、他の研究者による講演・報告に関し討議を交わすことで、論点を深化させる。古代ローマ法における遺贈と担保との関連性を検討する課題を進めることが出来た。近時の研究文献を下記の通り検討しつつ、国内外の学会・研究会に出席し、情報を得ると共に、論点を発掘し深化させてきた。一次史料の解釈については公表論文にまとめた。7月には研究会で、9月には国際学会で研究発表を行ない、内容は論文で公表した。公表論文に対する世評は未だ届かないが、研究者各位に送付を予定しており、来年度中には多くが寄せられるものと思われる。なお、相続行政が担保と関連を有した点については、公表論文では十分に検討できなかった。そこで、少し視野を広げて担保法制に関する古代法文献を一次史料、二次文献共に検索し直し論点を深化させる予定である。また、予定した学会参加を登壇者変更に伴い中止した。この点は来年度に別の機会として、国際学会への参加を予定し、これにより補うことが出来るよう手配を済ませた。著書『古代ローマ法における特示命令の研究』(日本評論社)を刊行した。加えて、雑誌論文「古代ローマの(共有・隣接)農場交互貸借と「使用交換」」を公表した。古代ローマ法における遺贈と担保に関し、特に遺贈の実務を検討する課題を進めた。古代の法廷弁論に関する近時の研究文献を踏まえつつ、国際学会や国内の研究会で報告し、論点を整理した。その上で、遺贈に関連する特殊な法制度について、公表論文にまとめた。行政法についてはK. Morrell, Pompey, Cato, and the governance of the Roman Empire (2017)を検討しつつある。同書は、属州経営に関する紀元前1世紀の像を更新した。民会制定法との関連で注目される属州統治体制の変更は、2名の著名な政治家の主導により、帝国全体との関連で理解されるべきとするものである。この知見を踏まえ、相続実務が如何に変容するのか、統合的な分析に着手した。4月に九州大学で開催されたローマ法講演会、及び同月に上智大学で開催されたローマ法研究会では、バルセロナ自治大学から招へいしたスペイン人研究者の講演で通訳を担当し、事前に配布した発表原稿の翻訳も行なった。7月にも開催された上智大学でのローマ法研究会では日本語による研究報告を行ない、これを基礎として9月にはフェルナン・ドゥ・ヴィシェ記念古代法史国際学会SIHDAで研究発表に結実させた。国内の研究会で発表を行ない、国際学会でイタリア語報告に展開させた。

ローマ相続法に新たな光を当てるU. Babusiaux, Wege zur Rechtsgeschichte: roemisches Erbrecht (2015)については精読を9割程度まで終えた。本研究の最終年度に当たる次年度には、通読を終える見込みである。その著者が編集した英語論文集に寄稿した論文において、遺贈に関する問題を扱った。古代ローマでは被相続人が遺言で指定した相続人に、遺贈義務が課された。これに対し、相似形をなす現代日本の最高裁判例を分析し、相続人と受遺者を同視する混乱を指摘した。また、3月に南山大学で開催されたローマ法に関する講演会では、招へいされたフランス人研究者の講演原稿について、共訳の形で邦訳を担当し、事前に発表内容を配布した。在地の伝統的都市制度とこれに基づく裁判制度が、主都(首都)ローマの民会立法その他に由来する中央の「ローマ法」によりどの程度、如何なる影響を受けたか、という観点から、これを二次的ルールとの関係で捉え直す同講演は、追って雑誌に翻訳として公表する予定である。古代ローマにおける遺贈法制と、その現代日本への反映について、最高裁判例を素材に検討した英語論文を脱稿した(但し、刊行が新年度に遅れている)。また、経済史の観点から、エリート層による都市への遺贈文化が古代ローマの社会生活を支えたとの視点を取り込み、奴隷の相続に注目した論文を投稿した(但し、刊行は新年度の予定である)。古代ローマにおける相続法、行政法に関する文献の読解を継続し、著者に疑問を質す機会を得るよう調整する。これにより、公表論文作成に繋げる。古代ローマ相続法、古代ローマ行政法に関する文献を検討する。古代法に関する国際学会に参加した上で、担保に関する論考を準備する。最新のドイツ語相続法文献を一旦読了し、その新視点、即ち民会立法、法解釈実務、そして両者を修正する皇帝の政策介入措置という三層構造を踏まえ、古代ローマにおける遺贈に際し求められる担保の実相に迫る論考を脱稿させる。その前提として、引き続き、国内外における学会・研究集会に参加し、口頭報告を行なうと共に、他の研究者による講演・報告に関し討議を交わすことで、論点を深化させる。自著の送料を使用予定であったが、年度末の発行であったため、一部は発送が年度内に完了せず、4月に改めて送付したため。追加の発送を計画し、既に予定の発送を終えた。
学習型観光を利用した教育観光のフレームワーク研究

本研究では、観光企業や観光地が扱う学習型観光の教育フレームワークを検討した。第一に、「学習型観光」を「学びの要素を魅力とする観光行動」と定義した。第二に、観光企業や観光地の多くの学習プログラムを検証し、整理することで、学習型観光の現状と課題を明らかにした。最後に、学習効果の高い学習型観光プログラムを検証することで、体験価値および教育効果を高める3つの観点を示し、体験者の満足度を上げ、学習効果を高める教育観光のフレームワークを提示した。「学習型観光」を利用した教育観光のフレームワーク研究の2年目の成果は、以下の3点である。第一に「民間が提供する学習型観光プログラムの実態」である。旅行会社やホテルが扱う何らかの「学び」を目的とする商品が増えているが、旅や体験から何かを学びうる「旅育」への関心が強いものの、具体的に学びを進化させるプログラムはまだ少ない。その中でも、仕事を学び、その体験を通して自己理解をはかる「仕事旅行」や、小・中学生が休業中にキャンプ活動等により自然体験旅行を行う「トムソーヤクラブ」などの事例においては、目的の明確化・参加者の主体性・人との交流など、効果的な学びの要素が多く含まれるものがあることがわかった。第二に「観光地の学習型観光プログラム開発の現状」である。「長野県」「長崎県」「沖縄県」を対象地域とし、学習型観光プログラムの実施状況や課題、今後の取り組みについて調査した。海外の教育旅行の誘致活動が盛んになる一方で、家族向けなど一般旅行者向けの体験プログラムはまだ少なく、今後の課題となっている。第三に「教育旅行プログラムの情報発信の現状と課題」である。学習型観光は、学びの目的とその方法を明確に伝える必要があるために、情報発信が重要である。そこで、各地域の教育旅行誘致における情報提供の実態を調査した。パンフレットやウェブサイトなどにおいて多くの情報発信が行われ、その取り組みは活発化している。具体的に教育効果を強く意識したプログラム開発と情報提供を行う地域がある一方で、その取り組みが不十分な地域も多い。教育効果を伝える情報の充実により、学校と地域の適切なマッチングが実現することが明らかとなった。なお、学校の学習型観光プログラムについて、複数学校・教員に聞き取りを行ったが、教育旅行に対する各校の取り組みは様々であり、学校としての特色は見いだしにくいことがわかった。最終年度の研究実績は、以下の3点にまとめられる。第一に、「企業の学習型観光プログラム調査」である。前年度に引き続き、企業における学習型観光の取り組みを調査し、その中から優れたいくつかの事例を抽出し、学習型観光プログラムにおける学びの枠組みや教育効果、課題などを検討し、現状の評価と今後の展望を探った。第二に、「学習型観光に関する地域への実態調査(調査票調査)」である。研究開始時には、初年度に実施予定であったが、その後の研究結果を踏まえると、各都道府県の観光主所管課(観光行政を管轄する部署)に対しては、その後の研究結果を踏まえてから、具体的な研究の観点に基づき、学習型観光の実態について、効果的な調査票調査を実施するべきだと考え、最終年度に実施した。その結果、各地域で行われている観光体験を素材とした学習型観光プログラムについて、実施する学校側だけでなく、観光推進に力を注ぐ観光行政や関連企業側の視点から、その実態を把握することが出来た。回収できた調査票やこれまでの研究結果をもとに、整理・分析を行った。第三に、「研究のまとめ」である。3年間の研究成果を踏まえて、まとめを行い、報告書の作成を行った。具体的には、平成2325年度に実施した調査結果及び、本研究につながった平成1820年度科研費「高等学校の総合的な学習の時間における観光教育のカリキュラム研究」をもとに、教育観光のフレームワークを構築し、その問題点と改善点を提示した。なおこれらの一連の研究結果については、今年度2度の学会発表及び学術研究論文の執筆を行い、最終的には研究報告としてこれまでの3年間のまとめを冊子として発行し、各自治体や企業、学校など関係する機関、人々へのフィードバックを行った。本研究は、学びを目的とする観光形態である「学習型観光」の教育的利用価値と今後の課題を検討するために、その教育観光のフレームワークを明らかにするものである。研究1年目は、修学旅行などの教育要素を持つ旅行および学びを目的とする観光商品についての基礎研究として以下の三点に取り組んだ。第一に、学習型観光と教育観光の関係性に着目し、教育の意義と学びの内容を整理し、教育のフレームワーク構築に向けて基礎的考察を行った。その結果、修学旅行の変遷やプログラム内容を検討する研究成果は見られるものの、学習型観光商品における教育の枠組みや効果を検証する研究はほとんど見られなかった。学習型観光の教育上の効果や課題は、個別事例で議論されることはあっても、共通の教育観光のフレーム構築に向けて検証されることは少ない。第二に、北海道・沖縄・九州などで観光地における観光機関及び旅行業・観光施設等の観光ビジネス現場の取り組み事例を抽出して聞き取り調査を実施した。

その結果、教育効果をあげるための観光プログラムの商品化が数多く見られ、学習型観光の重要性が明らかとなった。一方で、その提供するプログラムの枠組みを調査したところ、体験メニューの例示と分類がメインであり、その教育効果を目的とするフレームワークの例示は非常に少ないことが判明した。第三に、実際に実施されている学習型観光プログラムの具体的事例に注目し、その体験と学びの構造から教育の枠組みを整理した。事例は、子ども向け職業体験施設、大人向けの仕事体験プログラム、観光地における体験観光プログラムなどである。これらの体験メニューを分析すると、「事前の学習」「現場での体験」「事後の振り返り」が重要な教育の枠組みとして成り立っていることが明らかとなった。観光地の事例調査については、前年度までの調査地域である九州地区及び沖縄、北海道の取り組みは継続調査し、それに加え、今年度は長崎・長野など先進的な地域を追加調査し、多くの事例調査とデータ収集が出来た。一方で、企業の学習型観光商品は非常に多くなっているものの、十分な教育フレームを持っている取り組み例は少なく、2,3の事例にとどまっている。また、教育旅行等を推進する各自治体を含む観光機関に対する調査票調査については、事例から調査すべきポイントを修正する必要があると判断し、最終年度に実施することにした。学習型観光に関する文献及び地域の取り組みなどの基礎的研究は、ほぼ予定通りの実施状況である。観光推進機関及び観光ビジネスや地域の教育プログラム事例については、概要把握のために早期に着手したため、予定より進行状況は早く、すでに個別のデータも入手し、2年目以降の事例調査の実施めどが立っている。一方で、教育旅行等を推進する各自治体を含む観光機関に対する調査票調査は実施出来なかった。これは2年目前半に実施する。企業提供の学習型観光のプログラムについては、学びの要素をいくつか持つものの、教育目的が明確でない例も多く、さらには企業側の学びに対する意識が低いケースが多く、明確な教育のフレームを見いだすことが難しい。引き続き、事例の収集を行うとともに、いくつかの先進事例をもとに教育フレームの抽出をはかることにしたい。また、各自治体等の観光推進機関に対する調査票調査は、当初は基礎データを入手する目的での実施を予定していたが、事例を収集する中で、学習型観光の現状把握をしてから具体的な内容や取り組みについての設問などを含む方が、有益なデータを入手できると判断したため、これは最終年度に実施し、その結果をまとめることにした。これらの多方面からの研究成果についてまとめ、学会で報告する。そして3年間のまとめとして研究成果の報告書の作成を行う。各自治体や観光推進機関に対する調査票調査を2年目に行い、全体像を把握し、現状と課題を明らかにする。また、初年度に予備的に実施した学習型観光のプログラムについて、より詳細な調査を進め、教育観光として構想したフレームワークをより詳細に示し、その妥当性を検討する。しかし、学習型観光の対象事例は予想以上に多いために、研究目的に合致するいくつかの事例に絞り込む必要がある。
植物細胞の分化転換における細胞壁タンパク質の網羅的解析

細胞壁が二次細胞壁肥厚やリグニン化によって特殊化した管状要素(道管・仮道管構成細胞)へ分化転換過程では、形態形成に先立って細胞壁組成が大きく変化し、後の形態形成に備える仕組みが存在すると予想されているが、この過程における細胞壁成分の変化に関する研究は未だ少ない。そこで本研究では、この管状要素分化において細胞壁に蓄積されるタンパク質の変化を網羅的に把握することを通して植物細胞分化の分子機構に迫ることを目的とした。このために「細胞壁タンパク質を抗原としたファージモノクローナル抗体ライブラリーの作成」と「大量ESTの作出およびマイクロアレイを用いた網羅的発現解析」を計画したが、後者により多数の細胞壁局在性タンパク質の同定が可能であることがわかった。そこで本年度は後者の研究を優先させた。まず、これまでに作出した約9000のESTに加えて、更に約9000のESTを作出した。さらに、これらを用いたカスタムマイクロアレイを調製し、管状要素分化過程での網羅的遺伝子発現解析を行い、管状要素の形態形成に先立ってペクチン分解系の細胞壁局在性酵素が多数発現すること、管状要素の二次細胞壁形成時期に特異的にセルロース合成酵素、キシラナーゼ、アラビノフラノシダーゼ、ポリガラクツロナーゼが発現することを明らかにした。さらに、in situハイブリダイゼーションおよびプロモーター-レポーター(YFPまたはCFP)解析を行うことで、これら細胞壁局在性タンパク質をコードする遺伝子群の多くが管状要素特異的に発現することを明らかにした。1.モノクローナル抗体の抗原となる細胞壁タンパク質の調製細胞壁には様々なタンパク質が存在し、抽出条件によって得られるタンパク質の組成が異なってくると考えられる。そこで、まず、抗原となる細胞壁タンパク質の抽出条件として、細胞壁画分の精製方法、細胞壁画分から細胞壁タンパク質を抽出する際の抽出バッファーに含める塩の種類・濃度などを検討した。2.発現cDNAライブラリーの作成平成13年度に行う抗原タンパク質の同定に必要な発現cDNAライブラリーを作成した。分化の各過程の細胞からpoly(A)+RNAを精製し、発現ベクター(λZapII)を用いたcDNAライブラリーを構築した。また、このライブラリーを用いて、リグニン合成に関与するlaccaseなどの細胞壁局在タンパク質をコードするcDNAを多数単離した。3.細胞壁タンパク質TED4の機能解析葉肉細胞から道管細胞への分化転換過程で細胞壁に多量に分泌されるタンパク質であるTED4タンパク質の機能解析を進めた。まず、TED4タンパク質が道管細胞分化のプログラム細胞死の際に活性化されるプロテアーゼ活性に対して阻害効果を持つことを示し、さらに、TED4タンパク質と結合するタンパク質の精製などを行うことにより、TED4タンパク質が道管細胞分化のプログラム細胞死の際に細胞外に放出されるプロテアソームの阻害剤として働き、周囲の細胞をプロテアソーム活性から守っていることを明らかにした。
イミン架橋制御により動的挙動と動的平衡を制御するダイナミック分子システムの開発

本研究では“イミン架橋制御に基づく構造と運動性の制御"や“非線形的応答を示すアロステリック会合能"を、様々な分子モチーフに適用することによる新たな動的構造制御システム構築を目的とし、1アロステリック会合型超分子ポリマーにおける重合度保持効果、2アロステリック会合能とイミン結合形成を組み合わせた3成分系超分子ポリマーの構築、3分子ギア型アロステリックレセプターの開発、4複数の安定状態を制御できるイミン架橋型ロタキサンの開発、5分子ジャイロを指向した籠型分子の構築、6アトロプ異性とイミン結合形成、分子認識能を組み合わせることによる分子メモリーを有するマクロサイクルの開発を行った。本研究では、動的共有結合であるイミン結合の平衡状態を構造および運動性の制御を様々な分子モチーフに適用することで、複数の意味からなる"動的構造制御"システムを構築することを目的とし、以下の研究を行った。平成24年度においては、(1)刺激や環境変化によって、止まる・進む・回るなど「分子の"動的挙動"を制御する分子マシン」の構築として、(A)これまでに開発してきたイミン架橋型ロタキサンと光駆動型ロタキサンを異種接合することにより複数の外部刺激によりスイッチングするゲート制御型ロタキサン分子シャトルの構築を目的とした研究を行った。それぞれ他方の構成要素(ステーション)を含んだロタキサン分子を構築し、単独でのスイッチング挙動調査から相互作用部位の独立性の確認を行った。(B)アゾベンゼンを軸分子として組み込んだイミン架橋型擬ロタキサン分子の構築に成功し、光異性化による加水分解平衡制御の調査を行った。(C)回転制御分子の構築として、キラルなヒドリンダセン骨格を二量化したビヒドリンダセンおよびビヒドリンダセニルアセチレンを合成し、その軸回りの回転挙動調査およびアロステリック会合能の調査を行った。(2)刺激や環境変化によって"動的"に構造組成を制御する「ゲスト適応型分子レセプターの"動的"構築」を目的とした研究として、(D)剛直な骨格をもつ各種ジアルデヒドスペーサーを新たに構築し、イミン形成に基づくベルト型マクロサイクルの構築を行い、スペーサーユニットの構造的特徴と生成するマクロサイクルの効率との相関関係を調査した。また、(E)これらマクロサイクルの分子認識部位となる新規ヒドリンダセンレセプターの構築も行った。本研究では、動的共有結合であるイミン結合の平衡状態を構造および運動性の制御を様々な分子モチーフに適用することで、複数の意味からなる“動的構造制御"システムを構築することを目的とし、以下の研究を行った。平成25年度においては、1刺激や環境変化によって、止まる・進む・回るなど「分子の“動的挙動"を制御する分子マシン」の構築として、(A)イミン架橋型ロタキサンと光駆動型ロタキサンを異種接合することにより複数の外部刺激によりスイッチングするゲート制御型ロタキサン分子シャトルの構築を目的とし、フマルアミドステーション含有イミン架橋型ロタキサンの構築を行い、イミン架橋制御の基づくスイッチング能を調査した。また、アゾベンゼン含有ロタキサン分子の構築を検討した。(B)回転制御分子の構築として、キラルなヒドリンダセン骨格を二量化したビヒドリンダセンの構築を行った。結晶構造解析から2つのユニット間での協同的な水素結合能を有することを確かめた。2刺激や環境変化によって“動的"に構造組成を制御する「ゲスト適応型分子レセプターの“動的"構築」を目的とし、(C)アトロプ異性能をもつジアルデヒドスペーサーを用いたイミン形成に基づく環内に官能基が集中するマクロサイクル型レセプターの動的構築を行った。3アロステリック会合能を有するレセプターを用いた超分子コポリマーの構築を行い、アロステリック効果を導入することで、両成分の組成比が多少変化しても重合度(有効鎖長)が保たれる重合度保持効果を見出した。また、超分子ポリマー形成にイミン結合形成を組み込んだ3成分型超分子ポリマーの構築を検討した。本研究では、動的共有結合であるイミン結合の平衡状態を構造および運動性の制御に適用することで、複数の意味からなる"動的構造制御"システムの構築を目的とし、以下の研究を行った。1イミン架橋型ロタキサンにおいて、高温状態でマクロサイクルがイミン架橋されて"止まり"、かつ低温状態で加水分解されて"動く"ことが可能になるヒドリンダセンステーション[A]に加え、温度依存性が逆となる芳香族ステーション[B]を見出した。このステーション上では、高温状態でイミンが加水分解され、低温状態でイミンが形成される。これにより温度変化によってイミン[A]⇔[2]ロタキサン⇔イミン[B]という3モード分子シャトルの構築に成功した。2ヒドリンダセン分子を回転子とするギア状分子として2枚羽根および3枚羽根を有するアロステリックレセプターを構築し、そのX線構造解析を行った。

3イミン結合の動的共有結合性を利用したベルト状マクロサイクルおよび籠状分子構築において、どのような要因がイミン結合形成を促すかを調査した。πスペーサー間隔が異なる種々のジアルデヒド体を合成し、イミンマクロサイクルの形成能調査を行ったところ、マクロサイクル化が効率的に進行するには分子内でのπ-π相互作用が重要であることが明らかとなった。またこの知見を利用し、ポルフィリンやトリアリールベンゼンが2枚重なったイミン形成による籠状分子の構築に成功した。4イミン結合の動的共有結合性をアトロプ異性化と組み合わせることで「ゲスト適応型分子レセプターの動的構築」の形成段階を調査した。遅いアトロプ異性化能をもつ分子ではゲストが存在するときのみマクロサイクル化に適した配座をとりテンプレート合成が進行しマクロサイクルが効率的に形成された。このマクロサイクルはゲストに応じてアトロプ異性を示し、ゲスト非存在下でも形状を記憶する一種の分子メモリー効果を持つことを明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。構造有機化学、超分子化学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究で実施している「分子の"動的挙動"を制御する分子マシン」および「ゲスト適応型分子レセプターの"動的"構築」においては、比較的多様な超分子モチーフの開発を目的としている。初年度において複数の研究課題を同時に実施することができ、それぞれの研究目的を実現するための基本分子ユニットの合成と調査を順調に進めることができた。今後、これらを組み合わせることによる機能発現を行い、新たな超分子システムとしての確立を目指す予定である。本研究で実施している「分子の“動的挙動"を制御する分子マシン」および「ゲスト適応型分子レセプターの“動的構築"」においては、比較的多様な超分子モチーフの開発を目的としている。それぞれの研究課題を並行して進めており、これまで各研究目的を実現するための基本分子ユニットの合成法がほぼ確立し、その物性調査を順次行ってきた。X線構造解析装置の導入によりアトロプ異性体を用いた動的挙動の調査に大きな進展が見られた。今年度、15件の学会発表(ポスター賞1件)を行うとともに、本研究の過程で「アロステリック効果に基づく超分子ポリマーの重合度保持効果」という新しい現象を見出した。最終年度では、目的とする動的挙動・動的構築に向け、これらを組み合わせた機能性の発現を行い、新たな超分子システムとしての確立を目指す予定である。24年度に実施してきた個々の超分子モチーフの開発をさらに推し進めるとともに、これら超分子モチーフを組み合わせることによる高次構造形成能および刺激に応答した構造変化を検討していく予定である。この際、分子の構造変化をどのように評価し構造決定するかが課題となる。特に、分子の組成(分子式)が変わらず構造のみが変化した構造異性体の同定は、NMRや質量分析からでは困難であることがわかってきた。そのため、X線構造解析装置を新たに導入することで構造決定における効率性を向上させていく予定である。
ホモ発酵型乳酸菌で好気的変敗を防止する試み-群集解析からのアプローチ-

好気的変敗(発酵飼料が開封後に腐敗すること)が起こりにくいTMRサイレージ(発酵混合飼料)の細菌群集を解析して、変敗防止能をもつホモ発酵型乳酸菌の探索と作用幾序の解明を試みた。培養法およびPCR-DGGEによる調査結果から、L. delbrueckii、P. acidilactici、S. bovis、L. paracasei、L. plantarumを候補細菌としてリストアップし、牧草への添加試験によってP.acidilacticiに変敗抑制効果があることを確認した。ビール粕とトウフ粕を単独あるいは他の飼料と混合して(TMR)嫌気的に貯蔵した。14および56日間貯蔵して生菌数、発酵生成物および好気的安定性を調べるとともに、PCR-DGGEを行って細菌群集の変化を調べた。TMRサイレージの乳酸生成量はビール粕よりトウフ粕を用いた方が多かったが、単独で貯蔵したサイレージの値はビール粕を用いた方が多かった。エタノール含量は、単独およびTMR貯蔵のいずれにおいてもビール粕を用いた方が多かった。単独で貯蔵するとサイレージは容易に変敗したが、TMRサイレージとすると開封後少なくとも55日間は発熱がみられなかった。TMRサイレージの好気的安定性は開封時の酵母数が高くても認められた。また、貯蔵期間を長くすると、いずれの製造粕を用いた場合も、TMRサイレージには酵母が検出されなくなった。ビール粕およびトウフ粕を単独で貯蔵したサイレージに比べ、それらを用いたTMRサイレージのDGGE電気泳動像は似通っていた。好気的安定性が高いサイレージには共通してWeisella spp.とLactobacillus brevisが検出された。Lactobacillus buchneriはビール粕を主体とするTMRサイレージにのみ認められ、その他Lactobacillus fermentumやLactobacillus delbrueckiiなどもTMRサイレージの好気的安定性に関与していると考えられた。前年度に行ったTMRサイレージの細菌群集の解析によって、ホモ発酵型乳酸菌のLactobacillus delbrueckii、Streptococcus bovisおよびPediococcus acidilacticiに変敗抑制作用があることが示唆された。そこで、TMRサイレージからこれらの乳酸菌を分離し、トウモロコシホールクロップを用いて変敗防止能を調査した。その結果、P,acidilacticiを添加したサイレージでのみ開封後の発熱が遅延し、L.delbrueckiiとS.bovisに変敗抑制作用は認められなかった。微生物製剤の効果を一回の実験で判断することはできないため、イタリアンライグラスとトウモロコシホールクロップを材料として添加実験を繰り返した。ここではP.acidilacticiとともに頻出するL.brevisを添加菌種として選び、p.acidilacticiとL.brevisを単独あるいは組み合わせて添加実験を行った。その結果、イタリアンライグラスではp.acidilacticiの変敗抑制効果が単独添加でも確認されたが、トウモロコシホールクロップではP.acidilacticiとL.brevisを組み合わせた場合にのみ弱い変敗抑制効果が認められた。P.acidilacticiの変敗防止能は既存の乳酸菌L.buchneriほど強力ではなく、開封後の酵母増殖をイタリアンライグラスでも抑制できていない。しかし、乳酸主体の発酵特性というホモ発酵型乳酸菌の長所は明確に示されており、開封後7日目でも乳酸含量は開封直後とほとんど変わらなかった。L.buchneriは酢酸含量を著しく高めるという欠点をもっており、そのような懸念がないP.acidilacticiはたとえ変敗防止能が中程度であってもユーザーに受け入れられる可能性がある。今後作用機序の解明を進めてP.acidilacticiの実用化を目指したい。
局在表面プラズモン共鳴に伴う高周波高電場を用いた磁気異方性制御及び磁気秩序操作

Auナノ構造体の局在表面プラズモン共鳴(LSPR)に伴って生じる高周波高電場により強磁性体の磁気異方性制御と磁気異方性変化を通した磁気秩序操作を目指した。Auナノ構造体が埋め込まれたCoフェライトのファラデー回転角の磁場依存性において保磁力がLSPR波長で顕著に減少した。またマグネタイト粒子/Au粒子混合試料では、LSPR近傍波長のレーザー照射により小さな磁化の変化を観測した。前者はLSPRを用いた磁気異方性制御の可能性を示唆し、後者は磁気異方性変化を通した磁気秩序操作の可能性を示唆する。Auに生じる局在表面プラズモン共鳴(LSPR)を用いて周囲の物質の磁気的性質を操作することを目的に2つの研究課題を遂行した。まず、Auナノ粒子を用いてCoフェライトの磁気異方性の制御を目指した。基板上にAuナノ粒子を成長させ、上方からCoフェライトをスパッタした後熱処理することでAuナノ粒子が埋め込まれたCoフェライト膜を作成した。紫外可視分光光度計を用いて、LSPRに伴う光吸収が生じる波長を調べた。作製した試料のファラデー回転角の波長依存性を測定した結果、LSPRが発現する波長でファラデー効果の顕著な変化を見出した。次に、ファラデー回転角の磁場依存性を複数の照射光波長において測定した結果、保磁力はLSPRが発現する波長付近で減少することが分かった。これは、LSPRを用いた磁気異方性制御の可能性を示唆する結果である。一方、同じ試料に対してSQUID磁力計内でLSPR波長に近い波長を持つレーザー光を照射して磁化測定を行った結果、光照射に伴う保磁力変化は観察されなかった。これは、今回作製した試料はCoフェライト膜下部にのみAuナノ粒子が存在する構造を持ち、Auナノ粒子とCoフェライトの接触面積が小さいために磁気測定での保磁力変化が十分に観測できなかったものと考えられる。次に、ナノ粒子状態において強磁性を発現するPdナノ粒子とAuナノ粒子の混合試料を用いて、LSPRによるPdナノ粒子の磁化制御を目指した。化学的手法により作製した、ともに強磁性を示す3.7 nmのPdナノ粒子と5.0 nmのAuナノ粒子を混合し、約40%のPdナノ粒子がAuナノ粒子に隣接する試料を作製した。SQUID磁力計内でLSPR波長に近い波長を持つレーザー光を用いて光照射を行いながら磁化測定を行った。その結果、光照射の有無で有意な磁性変化を見出すに至らなかった。Auに生じる局在表面プラズモン共鳴(LSPR)を用いて周囲の物質の磁気的性質を操作することを目的に2つの研究課題を遂行してきた。基板上にAuナノ粒子を成長させ、Coフェライトをスパッタし熱処理することでAuナノ粒子が埋め込まれたCoフェライト膜を作製した。ファラデー効果測定ではLSPRが生じる波長領域で保磁力の顕著な減少が見出されたが、LSPR近傍の波長を持つレーザーを照射して磁気測定を行った際には、明確な保磁力の変化は見られなかった。この原因を解明するために、AuとCoフェライトとの接触状況の均一性と接触面積の増大を目指して電子線リソグラフを用いてAuピラーを作成した。さらに、Coフェライトの結晶性の向上を図るために、熱処理時に十分な酸素供給を行えるよう装置を改良した。このようにして作製したAu/ Coフェライト試料の磁気測定をLSPR近傍の波長を持つレーザーの照射下で行ったが、保磁力の顕著な変化を見出すことができなかった。これより、AuのLSPRに伴う周囲のCoフェライトの状態変化の観測は測定方法の持つ時間スケールなどに影響されることが分かった。次に、マグネタイトナノ粒子とAuナノ粒子の混合試料およびマグネタイト/Auコアシェル粒子を用いて、LSPRがマグネタイトナノ粒子の磁性、特に磁気異方性に与える影響を検討した。マグネタイトナノ粒子はコアと表面付近で磁化方向が異なることが見出されており、LSPRが粒子表面近傍に影響を与えるならば磁化変化が顕著に現れるものと期待される。LSPR近傍の波長を持つレーザーの照射下で作成試料の磁気測定を行った結果、わずかな磁化の減少は見られるものの、保磁力の変化は検出されなかった。さらに強磁性共鳴にもレーザーの照射の影響は認められなかった。Auの局在表面プラズモン共鳴に伴い、周囲のCoフェライトの磁気異方性が顕著に変化する挙動がファラデー効果により観測さたことは本研究における重要な知見である。しかし、磁気測定から同様の結果が得られていないことから、最終的な結論を得るには至っていない点が今後の課題である。

Pdの磁性をAuの局在表面プラズモン共鳴で制御する研究では、まだ明確な結果は得られおらず、今後試料作製の面からも検討が必要である。また、当初目標とした、マグネタイト/Au共凝集ナノ粒子集合体の磁気秩序制御に関する研究は、試料作製方法の確立のみが終わった段階で、測定はほとんど進行しておらず、2年目に回すこととなった。これより、1年目に目標とした重要な知見は得られたが、進捗が十分でない点があるため、やや遅れているとした。磁気物性工学磁気測定を用いたAuの局在表面プラズモン共鳴に伴う磁気異方性および磁気秩序変化を検出して、この磁性制御に関して明確な結論を得ることを第一義と考えている。さらに、この課題を進める上で、電子スピン共鳴を用いた新たな実験にも進む予定である。また、マグネタイト/Au共凝集ナノ粒子集合体の磁気秩序制御に関する研究を並行して進めていく。試料作製方法に関してはすでに確立していることから、測定を行うことで確実に予定された研究が進展できるものと考えられる。当初計画していたマグネタイト/Au共凝集ナノ粒子集合体に関する研究の進捗が予定より遅れたこと、およびSQUID磁気測定装置の不調で装置の使用頻度が少なくなったため、使用額が予定額を下回った。マグネタイト/Au共凝集ナノ粒子集合体に関する研究を進めること、およびこれまで行ってきた研究課題を速やかに進める上でSQUID磁力計を用いた磁気測定を多用し、さらに電子スピン共鳴装置の利用なども予定していることから、これらに予算を使用する予定である。
急性肝不全における脳浮腫の発生機序および治療対策に関する実験的研究

D-ガラクトサミンとエンドトキシンを投与して作製した致死的な急性肝不全モデルを用いて、主として血液脳関門の機能異常の面から脳浮腫の発生機序および治療対策に関し実験的研究を行った。1.この急性肝不全モデルでは、肝不全や昏睡度の進行と併行して脳水分含量が増加、すなわち脳浮腫が増強した。さらに^<14>Cでラベルしたイヌリンを用いて、Oldendorfの方法により血液脳関門の物質透過性について検討すると、イヌリンの透過性は脳浮腫の進展と併行して亢進しており、血液脳関門の機能異常が認められた。2.急性肝不全モデルの脳浮腫に対しマニトールを投与すると、いずれの昏睡度でも脳水分含量は有意に減少したが、深昏睡時にはマニトールによる脳水分の除水効果は低下した。深昏睡時には投与されたマニトールが物質透過性の亢進した血液脳関門を通過して脳内に移行していることから、マニトールは脳浮腫に対して昏睡早期から投与するのが妥当ではないかと考えられた。3.プロスタグランディン(PG)I_2誘導体を投与すると、急性肝不全モデルの脳浮腫は有意に軽減したが、PGE_1は脳浮腫に対してほとんど効果を示さなかった。PGI_2誘導体は急性肝不全モデルにおいてイヌリンの透過性を抑制しており、血液脳関門の物質透過性の亢進を抑制することにより脳浮腫に対して効果を示すものと考えられた。4.PGI_2誘導体とマニトールの併用投与の脳浮腫に対する効果を検討すると、それぞれの単独投与に比し脳水分含量が有意に減少した。PGI_2誘導体の併用投与により、マニトールの脳内移行が抑制され、脳内濃度も有意に減少した。従って急性肝不全モデルにおける脳浮腫に対しては、マニトールとPGI_2誘導体の併用投与が有効ではないかと考えられた。D-ガラクトサミンとエンドトキシンを投与して作製した致死的な急性肝不全モデルを用いて、主として血液脳関門の機能異常の面から脳浮腫の発生機序および治療対策に関し実験的研究を行なった。1.この急性肝不全モデルでは、肝性脳症の出現とともに脳水分含量の増加、すなわち脳浮腫が認められ、この脳浮腫は肝不全の進行とともに顕著となった。2.^<14>Cでラベルしたイヌリン(分子量約5,000)を用いて、oldendorfの方法により血液脳関門の物質透過性について検討すると、肝性脳症や脳浮腫の進展と併行して、血液脳関門におけるイヌリンの透過性も亢進しており、血液脳関門の機能的異常が認められた。3.浸透圧較差を利用し脳浮腫の治療薬として一般的に使用されるマニトールの治療効果を検討した。マニトール投与後には、脳各部位において対照群に比し水分含量の減少が認められたものの、肝性脳症の進行に伴い、除水効果(脳水分含量の減少)は低下した。4.そこで血液脳関門におけるマニトールの透過性を検討してみると、イヌリンと同様に肝性脳症の進展とともにマニトールの透過性も亢進しており、さらに脳内マニトール濃度を測定すると肝性脳症の進展とともに著増した。このように深昏唾時にはマニトールの脳内移行が亢進するため、脳浮腫に対する治療効果(除水効果)が低下するものと考えられた。従って急性肝不全における深昏唾時の脳浮腫に対するマニトールの治療効果には限界があるものと考えられ、現在さらにcytoprotection作用を有するとされるプロスタグランディンの脳浮腫に及ぼす効果について検討している。D-ガラクトサミンとエンドトキシンを投与して作製した致死的な急性肝不全モデルを用いて、プロスタグランディン(PG)I_2誘導体とPGE_1の脳浮腫に対する効果およびマントールとの併用効果に関して実験的研究を行なった。

1.PGI_2誘導体投与群ではPGE_1投与群や対照群に比し生存期間が有意に延長した。しかしこの3群間で血清総ビリルビン濃度やトランスアミナーゼ値には有意差はなかった。2.D-ガラクトサミンとエンドトキシン投与24時間後における急性肝不全モデルの脳水分含量は対照群に比し、PGI_2誘導体投与群では大脳、小能、脳幹いずれの部位でも有意に減少した。3.^<14>Cでラベルされたinulinを用いてoldendorfの方法により血液脳関門の物質透過性を検討すると、PGI_2誘導体投与群では対照群に比して有意に透過性が抑制されたが、PGE_1投与群では抑制されなかった。4.PGI_2誘導体とマニトールの併用投与の脳浮腫に対する効果を検討すると、PGI_2誘導体とマニトールの併用投与群では、マニトール単独投与群やPGI_2誘導体単独投与群に比し、脳水分含量が有意に減少した。5.PGI_2誘導体投与の脳内マニトール濃度に及ぼす影響を検討すると、マニトール単独投与群に比し、PGI_2誘導体併用投与群では脳内マニトール濃度が有意に減少した。従ってPGI_2誘導体は、急性肝不全モデルにおいて血液脳関門の物質透過性の亢進を抑制し、脳浮腫を有意に軽減させた。またPGI_2誘導体は急性肝不全モデルにおいてマニトールの脳内移行も抑制することから、マニトールとの併用投与が有効と考えられた。
ベイジアンSSVS法を使った非線形多変量時系列モデルによる予測と実証分析

研究はSSVS法を使って非線形多変量時系列モデルに応用することである。まずSSVS法による予測精度がどれほどあるのか研究を行った。SSVS法がどの程度予測精度を上げているか調べるために、予定になかったBMA(ベイジアン・モデル平均法)による研究を行い、また予測に関して直接法と反復法があるが、SSVS法ではどちらが精度が高いかシミュレーションを行った。これらは当初は予期していない研究だが、SSVS法と方法は異なるが考え方がよく似ているBMA法との比較を行う必要があると判断し、BMAとSSVSとの比較をおこなったので、予定していたのに遅れが生じた。今後はSSVS法及びBMA法を使った非線形VARモデル(マルコフ切り替えモデル等)への応用に関する研究を行う。非線形多変量時系列モデルは、様々なマクロ経済や金融計量分析、そして予測において有用であるが、モデルの推定パラメータ数が多く不必要なパラメータを多く含んでいるのが問題であった。そこで本研究では、モデル内の不必要なパラメータを自動的に除去しモデルの縮減を行いモデル選択ができるベイズ法のSSVS (Stochastic Search Variable Selection)法による変数選択法に着目し、SSVS法を非線形VARやVECモデル、そして多変量GARCHモデルに応用し、マクロ経済や金融の計量分析ならびに予測に関する研究を行う。本研究によって非線形多変量時系列モデルが持つ過剰適合の問題を回避し、従来の方法と比較して推定及び予測精度を飛躍的に向上させる事が期待できる。当該年度はSSVS法による線形ベクトル自己回帰モデル及びマルコフスイッチングベクトル自己回帰モデルの推定、予測精度分析を遂行した。SSVSによる線形ベクトル自己回帰の推定法はすでに確立されているがPredictive Likelihoodを使って従来の方法と比較してどれほど予測精度が上がったかシミュレーションしてみた。また非線形のマルコフスイッチングベクトル自己回帰モデルではまず計算コードを書き上げ、これも予測精度に関して従来の方法と比較するためにPredictive Likelihoodを用いてシミュレーションによる比較を行った。予定になかった線形ベクトル自己回帰モデルのSSVS法と従来の方法との比較のためにPredictive Likelihoodによるシミュレーションの比較を行ったので、これに計算コードなどに時間がかかった。このシミュレーションを土台にする必要があると判断したの。基本的に交付申請書通りに遂行する予定である。物品が思ったより安く購入できたため。予定していた専門書籍の発注遅れが生じたため、次年度に書籍を購入する予定。その書籍に詳細に説明されている計算方法を使ってSSVS法での予測精度を上げ、分析を進める計画である。
単細胞を用いた細胞分化の恒常性モデルの構築

細胞分化のプロセスにおいては確率的であるが、集団レベルでは恒常的に維持される。本研究は、相互抑制する2つオペロンを大腸菌のゲノム上に設計し、二者択一的に発現して、二つの表現型であるロイシンまたイソロイシン生産能を確率的に作り出した。さらに、表現型間相互作用であるアミノ酸要求性を組み込んでおり、細胞間相互作用を利用した安定な集団割合の形成が確認された。"分化する大腸菌"の創出に成功した。細胞分化のプロセスにおいては、個々の細胞の表現型は比較的少数の誘導分子によって遺伝的に制御されているため、その変化、つまり分化は確率的である。一方で、細胞の集団レベルでは、様々に分化した細胞がある一定の割合に到達し、恒常的に維持される。この細胞分化の恒常性が細胞表現型の確率性と細胞間の相互作用によって創りだされることを実験と理論の両面で示す。細胞の種類によらない分化モデルから、多細胞の誕生に関する基本的ルールを明らかにすることを目指す。具体的には、分化能をもたない大腸菌に確率的な表現型の変化と細胞間相互作用の基本ステップだけを含んだ実験系を構築し、.定量的に細胞間相互作用の効果を明らかにすることを目的とする。H22年度では、分化する大腸菌細胞の実験的構築を目標とした。現在、遺伝子発現制御のPositive Feedback系を用いて、確率的な分化現象を創り出した。具体的には、LacIとTetRからなる二重フィードバック回路を大腸菌ゲノム上に構築し、表現型の多様性を作り出し、個々の細胞の確率な表現型の変化を模倣することに成功した。そして、恒常性をもつ分化集団を形成させるのにく大腸菌生存に必要な二種類の栄養素による相互作用を探索した。アミノ酸合成に関わる遺伝子(hisC,trpC,leuB,ilvE)を本来のオペロンから二重フィードバック回路に組み込み、ゲノム再編した。ここでの二重フィードバック回路はすでに設計したRFP-TetR→GFP-LacI回路を用いた。この構築を持つ大腸菌細胞の栄養要求性の表現型が確率的に変化を観測した。現在、大腸菌単独欠損株の共培養実験結果から、leuB(ロイシン)とilvE(イソロイシン)を利用した細胞間相互作用を用いた分化モデルの構築を行っている。これから、栄養を通した細胞間相互作用により、二種類の細胞集団がある割合で安定し、機能的に分化した細胞が共存することが可能かどうかを検証する。細胞分化は、一様な遺伝型を持つ細胞が多様な表現型を示す細胞への転換である。そのプロセスにおいては、個々の細胞の表現型は比較的少数の誘導分子によって遺伝的に制御されているため、その変化、つまり分化は確率的である。本研究は、分化能をもたない大腸菌に確率的な表現型の変化と細胞間相互作用の基本ステップだけを含んだ実験系を構築し、定量的に細胞間相互作用の効果を明らかにすることを目的とする。H22年度では、確率的な分化現象を創出するための遺伝子発現制御のPositive Feedback系をゲノム上に組み込んで、記憶を持つ大腸菌細胞の構築に成功した。LacIとTetRからなる二重フィードバック回路を大腸菌ゲノム上に構築し、表現型の多様性を作り出し、個々の細胞の確率な表現型の変化を達成した。H23年度は、構築した大腸菌株の栄養要求性と細胞間相互作用を確認することができた。栄養要求性に関しては、誘導剤濃度によって、自ら作りだされる栄養が細胞増殖に寄与することを検証した。特に、二重安定性を保つ誘導環境下、発現量と増殖速度の相関が確認された。次に、大腸菌生存に必要な二種類の栄養素によって相互作用を定量化した。恒常性をもつ分化集団を形成させるのに、アミノ酸栄養要求性を相互作用として用いる。アミノ酸合成に関わる遺伝子(leuB,ilvE)を本来のオペロンから二重フィードバック回路に組み込み、ゲノム再編されている(昨年度成果)。この構築を持つ大腸菌細胞の栄養要求性の表現型が確率的に変化を経時的に観測しながら、栄養を通した細胞増殖の変化により、細胞間相互作用を評価した。二種類の細胞集団がある割合で安定し、機能的に分化した細胞が共存することが可能かどうかを検証し、細胞間相互作用を用いた分化モデルの構築に成功した。