hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腹菌類の成分研究

キノコ類には特異な構造を有する種々の生理活性物質が報告されており興味ある研究材料である。しかしながら分類学の遅れ、材料採集の困難さ、含有成分の少なさからキノコ類の成分についてはまだ充分には検索されていない現状である。著者らはキノコ類の中でも特に成分研究例の少ない腹菌類に着目しその成分研究を行った。その結果次の事柄が明らかになった。1)ツチグリの成分研究を行ない新ラノスタン系化合物を3種単離構造決定をした。これら化合物は側鎖にラクトン環を有しており、ラノスタン系化合物では初めての例である。2)コツブタケより2種の新ラノスタン系トリテルペンを単離しその構造を決定した。3)オニフスベの成分研究を行ないステロイド3種、calvatic acid誘導体2種、脂肪酸誘導2種を単離し、その構造を決定した。再度オニフスベの成分研究を行った結果、酸素官能基を7割含むergosterol誘導体を単離した。その構造を各種スペクトルデ-た、化学反応により決定した。本化合物はこれまでに単離されているergosterol誘導体の中ではもっとも酸素官能基の数の多い特異な化合物である。4)ノウタケの成分研究を行ないステロイド3種、calvatic acid誘導体4種を単離構造決定した。また構造未決定であった化合物について、材料を大量に採取し量を確保した。各種機器分析、化学反応によりその構造を明らかにした。本物質は癌細胞に対して細胞毒性を示した。その構造は分子中にアゾ基、ーSーCH_3,ーSOーCH_3,水酸基、アミド基を有している特異な構造の化合物である。5)腹菌類の薬理作用を検討するため止血作用を調べた。1.ノウタケの成分研究:ノウタケ(Calvatia cramiforms schw.Fr.)幼菌の成分検索を行い、calvatic acidの誘導体2種(1__2__)、ステロイド3種(35)を単離した。これらの構造を各種スペクトルデーターの解析、化学反応により構造を決定した。CCY-6(6__)と仮秒する物質は含量が少なかったので本年度大量に集めた幼菌(3kg)より各種クロマトグラフィー、本研究費で購入した液体クロマトグラフィ(HPLC)により40mg単離した。本化合物はKBcell(ヒト鼻咽癌由来)に対しID_<50>値が18.7μg/mlを示した。その構造はHNMR^<13>cNMR NQE実験により下記の様に推定したが、さらに引き続き構造確認を行う予定である。ノウタケ乾燥子実体の成分研究を行い幼菌で得た1__、4__、5__を単離した。ノウタケが外傷に対する止血に用いられている理由はcalvatic acid誘導体1に殺菌作用があること、ergopterol peroxide(5__)に顕著な血小板凝集増強作用があることより、成分の面からも証明された事になる。なおノウタケのメタノールエキスについて経口投与によるマウスの止血作用を検討した結果、明らかな止血作用は示さなかった。2.オニフスベの止血成分について:オニフスベの止血作用をラットを用いた薬理実験で検討した結果、水層に出血作用が認められ、他の酢酸エチル層、ブタノール層には活性が見られなかった。現在水層の出血作用成分について検討中である。1.コツブタケの成分:コツブタケ(Pisolithus tinctorius)の成分研究を行ない、ergosterolの誘導体2種(1-2)、triterpene3種(3-5)を単離し、それらの構造をスペクトルデ-タ-、化学反応により決定した。

2.エリマキツチグリの成分:エリマキツチグリの成分検索を行ないergosterol(6),ergosterol peroxide(7)を単離しその構造を決定した。3.オニフスベの成分:前年度に引き続きオニフスベの成分研究を行なった。その結果高度に酸化されたergosterol誘導体(8)を得た。8、mp.254-256,IR,UVで不飽和ケトンに由来する吸収が見られ^1HNMRでは6本のsingletメチルが見られた。^<13>CNMRでは28本のシグナルが観察され、そのうちメチルは6本、メチレンは7本、メチンは6本、4級炭素は9本であった。FABMSの結果を考慮すると、本物質の分子式はC_<28>H_<44>O_7となった。8の構造を決定するために、2次元NMR測定を行った。その結果、HH-COSY,CH-COSYスペクトルにより各プロトンが関連づけられ、C-H-longrange COSYにより各炭素が結び付けられた。NOE実験によりC-17の配位が決定され、ergosterol誘導体として特異な構造を有していることが判明した。さらに構造確認を今後行なう予定である。1)オニフスベノの成分研究本年度オニフスベを大量に集め、再度その成分研究を行った。その結果、mp254ー256C示す無色針状晶を得た。本物質の分子式はNMR,MSよりC_<28>H_<44>O_7と決定された。^1H, ^<13>CーNMRから本物質はエルゴステロ-ル誘導体である事が判明し、アセチル化により2級水酸基1個の存在を確認した。他の酸素官能基として不飽和ケトン1個、3級水酸基5個の存在が分かつた。^1H, ^<13>CーNMRスペクトルだけではその構造が決定出来なかったので、二次元NMRを用いて構造決定を試みた。その結果本物質はエルゴステロ-ルとしては新規な化合物で酸素官能基が7個存在する特異な構造である3β,14α,17α,20,23,24ーhexahydroxyー6ーoneー7,22ーdieneと決定した。2)ノウタケの成分研究前年度より継続になつていたノウタケの成分について研究を行つた。本年度は更に化合物の量をふやす為、材料採集に力を入れ、大量のノウタケを集めた。その材料を使い抽出操作を行ない100mg以上の化合物を単離した。本物質のFABーMS、元素分析を繰り返し実施し分子式をC_9H_<11>N_3O_3S_2と決定した。その結果本物質は硫黄を含む芳香族化合物である事が判明した。今までに得られていたスペクトルデ-タの解析、化学反応、誘導体の作成により本物質の構造は4ーhydroxybenzeneー1ーazoformamideの2位と6位にーSーCH_3,ーSOーCH_3の結合した化合物と決定した。本物質は天然物としては特異な構造を有しており、今後種々の生理活性を調べる予定である。この研究過程で新化合物2種も単離しその構造を決定した。
情報伝達構造に着目した適応制御 設計に関する基礎的研究

情報伝達構造を利用した適応制御系設計に関する基礎的研究について、申請書の方針に基づき、ディスクリプタシステムの情報伝達構造に基づく設計理論の基礎(モデル適合制御系の設計法)の確立、これを支援する計算機ソフトウエアーの構成、及びディスクリプタシステム理論の実用システムへの応用可能性の検討の3点を中心に研究を進め、各々次の成果を得た。1.情報伝達構造を忠実に表すディスクリプタ表現の線形システムに対して、外乱分離制御及びモデル規範型適応制御の基本となるモデル適合問題(制御対象の伝達関数をモデルの伝達関数を一致させる制御問題)の構造的可解条件を明らかにし、適合可能なモデルの構造を判別できることを理論的に示した。さらに入出力間に1対1対応を確立する非干渉制御についても、ディスクリプタ表現システムの構造情報から問題の可解性を判定する為の条件を明らかにした。2.ディスクリプタ表現システムの構造情報に基づく、モデル適合可能性の判定アルゴリズム、及びこれに関連する未知入力系の状態推定可能性を判定するアルゴリズム開発し、パーソナルコンピュータを用いて設計者が対話形式で結論を導ける為のプログラミングを構成した。3.ディスクリプタシステムの非干渉制御理論がバイラテラルサーボ系に適用可能であることを理論的に明らかにし、実際の実験結果と一致することを示した。以上の成果は逐次講演会、論文誌を通じ公表していく予定である。
SIDDHARTA実験でSiドリフト検出器を用いた反K中間子水素原子X線精密分光

2012年度では、本実験における気体水素標的測定にもとづいて、K中間子水素原子X線の絶対収量の結果を出した。それをK中間子水素原子が脱励起するプロセスを記述するカスケードモデルの計算の結果に比べることで、K中間子水素原子の2p状態の核子吸収による幅が02meV0.6meVであることを示した。具体的に、絶対収量は標的に止まるK中間子ごとに発生したK中間子原子X線の数と定義されている。その値は、モンテカルロシミュレーションで見積もったX線の検出効率を実験値に比較することで決められる。本研究の結論として、標的密度が標準状態における水素ガス密度の14.6倍のとき、K中間子水素の2p-15遷移X線と全戸軌道から1s状態への遷移X線絶対収量はそれぞれ0.012^<+0.003>_<-0.004>、0.045^<+0.009>_<-0.012>と求められた。系統誤差を正しく評価するために、標的密度とビーム条件及び検出器の配置は、シミュレーションにおける値が実験と一致することが必要である。入念にデータを選んだ結果、2009年度ビームタイムの水素標的データの全統計量の1/3のデータセットを今回の解析に取り入れた。そして、バックグラウンドを見積もるために重水素標的の測定データと選ばれだ水素標的データと同時に解析することで、K中間子水素X線絶対収量の系統誤差を削減することに成功し、同時にK中間子重水素2p-1s遷移X線絶対収量の上限値を90%の信頼度で0.011と決めた。この上限値は本実験重水素データに特化した別の解析結果[1]と一致して、今後重水素測定を実現するために重要な参考になる。一方で、前述のカスケードモデルにおいて、K中間子水素原子2p状態の核子吸収幅は入力パラメータの中で唯一値が定まらないものである。カスケードモデルでX線の収量を計算するとき、本実験から得られた絶対収量の実験値を最もよく再現できた2p幅パラメータの入力値は02meV0.6meVである。これは2p幅に関して今まで一番信頼できる見積もりである。このようにK中間子水素原子のカスケード過程の理解を深めることは、K中間子重水素X線の精密測定を実現させるために不可欠である。SIDDHARTA実験は2009年11月に-年間のビームタイムを終了した。予通りにK中間子水素原子X線のデータを収集し、初のK中間子ヘリウム3とK中間子重水素原子X線測定も果たした。2010年度の解析の成果を以下まとめる。ヘリウム標的測定に関して、K中間子ヘリウム4原子2p軌道の強い相互作用によるシフトを0±6(stat.)±2(sys.)eV[1]と決めた。2005年にKEKで行われたE570実験とともに、K中間子ヘリウム4原子2p軌道が強い相互作用により大きくはシフトしないことを確立した。その結果について、国際会議INPC 2010でポスター発表をした。また、初めて測れたK中間子ヘリウム3原子X線スペクトルから、2p原子軌道のシフトを-2±2(stat.)±4(sys.)eV[2]と決定した。これらの結果に関する共著論文がPhys.Lett.Bに掲載された。K中間子ヘリウム3とK中間子ヘリウム4原子2p軌道の強い相互作用シフトと幅を同時に決めることは、K中間子核子間相互作用を決めるために極めて重要で、理論計算に示唆されているK中間子と核子間の非常に深い(200MeV以上の)ポテンシャルの存在を-意的に検証するための必要十分条件である。2010年度において、水素と重水素標的データ解析はまだ最終結論を出していない。K中間子水素原子X線スペクトルのプリリミナリーな解析結果は、先行実験より高精度でK中間子水素原子1s軌道のシフトと幅を決めている。また、水素標的測定と同じ統計量の重水素データより、明確なKα線が確認できず、K中間子重水素原子X線の精密分光には新たな測定方法が必要だとわかった。2011年度では、SIDDHARTA実験の2009年度ビームタイムで行われたK中間子水素及び重水素原子X線測定データの解析が鋭意に行われた。K中間子水素原子1s準位の強い相互作用によるシフトと幅は過去最高精度で決められ、その共著論文[1]がレター論文としてPhysicsLetter Bに掲載された。一方、モンテカルロシミュレーションを用いた実験バックグラウンド源の探索結果に基づいて、後続実験で検出器増設に関する調査をもとに、DAFNEのテスト用電子ビームラインで検出器のテスト実験が2011年12月に行われた。今回の実験測定でK中間子重水素原子X線の事象を検出で老なかった。しかし、水素と重水素測定において標的容器に止まるK中間子に起因するバックグラウンドが共通であり、中にはK中間子酸素の7-6遷移のエネルギーはK中間子水素の2p-1s遷移エネルギーと近い値を持つので、1s準位のシフトと幅の決定精度に不確定性をもたらしている。重水素標的データを同時に解析することは、水素標的測定の精度を上げることに貢献してる。両者のスペクトルを同時解析で決めたK中間子水素原子1s軌道のシフト

ε1sと幅Γ1sはそれぞれ、ε1s=-283±36(stat.)±6(sys.)eV、Γ1s=541±89(stat.)±22(sys.)eV、(統計誤差と系統誤差は分けて表示)となり、気体標的で行ったKEK-PSのE228実験(1997)とLNFのDEAR実験(2005)に比べて過去最高精度を達成した。新らしい精度は、K-pシステム生成閾値付近でより厳しい制限を与えられるので、K-p相互作用の理論計算に重要な知見を与えています[2]。一方、高エネルギー物理シミュレーション用ツールGEANT4を用いたモンテカルロ計算から気体標的に止まるK中間子の位置と絶対的な数の算出は、最終段階となっている。この結果を得るとX線スペクトルの解析結果とともに、静止K中間子ごとに発生するK中間子水素原子遷移X線の収量は結論がつく。これはK中間子水素原子が高励起状態から脱励起するプロセスを理解するために重要な実験データである。2012年度では、本実験における気体水素標的測定にもとづいて、K中間子水素原子X線の絶対収量の結果を出した。それをK中間子水素原子が脱励起するプロセスを記述するカスケードモデルの計算の結果に比べることで、K中間子水素原子の2p状態の核子吸収による幅が02meV0.6meVであることを示した。具体的に、絶対収量は標的に止まるK中間子ごとに発生したK中間子原子X線の数と定義されている。その値は、モンテカルロシミュレーションで見積もったX線の検出効率を実験値に比較することで決められる。本研究の結論として、標的密度が標準状態における水素ガス密度の14.6倍のとき、K中間子水素の2p-15遷移X線と全戸軌道から1s状態への遷移X線絶対収量はそれぞれ0.012^<+0.003>_<-0.004>、0.045^<+0.009>_<-0.012>と求められた。系統誤差を正しく評価するために、標的密度とビーム条件及び検出器の配置は、シミュレーションにおける値が実験と一致することが必要である。入念にデータを選んだ結果、2009年度ビームタイムの水素標的データの全統計量の1/3のデータセットを今回の解析に取り入れた。そして、バックグラウンドを見積もるために重水素標的の測定データと選ばれだ水素標的データと同時に解析することで、K中間子水素X線絶対収量の系統誤差を削減することに成功し、同時にK中間子重水素2p-1s遷移X線絶対収量の上限値を90%の信頼度で0.011と決めた。この上限値は本実験重水素データに特化した別の解析結果[1]と一致して、今後重水素測定を実現するために重要な参考になる。一方で、前述のカスケードモデルにおいて、K中間子水素原子2p状態の核子吸収幅は入力パラメータの中で唯一値が定まらないものである。カスケードモデルでX線の収量を計算するとき、本実験から得られた絶対収量の実験値を最もよく再現できた2p幅パラメータの入力値は02meV0.6meVである。これは2p幅に関して今まで一番信頼できる見積もりである。このようにK中間子水素原子のカスケード過程の理解を深めることは、K中間子重水素X線の精密測定を実現させるために不可欠である。2011年度計画において重要な事項は二つある:1)K中間子水素原子1s準位のシフトと幅に関するレター(速報)論文の作成、2)モンテカルロシミュレーションによる実験バックグラウンドの評価と標的に止まるK中間子数の計算。
フリジア語研究のドイツ語学・英語学への貢献と研究成果の継承

本研究では、申請者のフリジア語研究の蓄積をドイツ語学および英語学に関連づけ、マイナーな周辺言語の記述がメジャーな中心的言語に研究に貢献し得ることを示し、ゲルマン語類型論の研究を推し進めた。あわせてフリジア語研究の社会的還元と学問的継承にも留意した。その結果、16編の論文と7冊の著書を刊行することができた。著書の中で共著・分担執筆は5冊であり、その1冊では編者をつとめた。残りの2冊は単著である。とりわけ『ゲルマン語入門』(三省堂2012単著)によって第11回日本独文学会賞(2014)を受賞したことは、特筆に値する。研究初年度に当たる今年度は、以下の表に記したとおり、論文2編(いずれも単著)、学会発表1件(単独発表)、著書3冊(共著2冊、単著1冊)を発表することができた。論文2編はアイスランド語を扱っているが、話題の中心は19世紀ロマン主義の高揚に伴う歴史比較言語学研究にあり、印欧語歴史比較言語学研究およびゲルマン語歴史比較言語学の創始者の一人であるデンマーク人の言語学者R.ラスク(Rasmus Kristian Rask)の業績の評価を含んでおり、そのフリジア語研究の意義に言及している。学会発表はこの趣旨に全面的に従って行ったものである。著書としては、まず、上記の論文の趣旨に沿うものをアイスランド文学の歴史に沿って論述した単著『北欧アイスランド文学の歩み』がある。同書はすでに日本独文学会の学会誌『ドイツ文学』(Neue Beitrage zur Germanistik)の次年度の号に書評として取り上げられることが決定している。次に、フリジア語使用地域のひとつであるオランダ語圏の言語研究の歴史を扱った共著『言語研究の諸相』所収の「オランダ語研究の歴史と言語規範の形成」では、フリジア語研究の足跡とフリジア語擁護の変遷についても言及した。最後に、『事典世界のことば141』では、与えられた紙面でフリジア語の概略を与えた。同書は各種の雑誌や新聞にも紹介され、社会的・教育的貢献が少なくない。以上のとおり、研究初年度の成果としては十分な成果を挙げたとみなすことができよう。研究2年目に当たる今年度は、以下の表に記したとおり、論文3編(いずれも単著)、著書2冊(いずれも共著)を発表し、招待講演1件を行った。論文3編はゲルマン語歴史比較言語学とアイスランド語の音韻をフリジア語との関連で扱ったものである。最初の1編は、19世紀ゲルマン語歴史比較言語学の誕生を跡づけ、古フリジア語文法の最初の著者であるデンマーク人の言語学者R.ラスク(Rasmus Kristian Rask)の業績評価とフリジア語研究の意義に言及した。後の2編は、標準発音を欠くアイスランド語の音韻と日本語への転写の考察を通じて、同じく標準語の規範が不明確なフリジア語の音韻の考察に役立てることを目指した。2冊の著書(共著)は、北フリジア語の概説と上記の後の論文2編の改訂版を施したものである。前者は日本で初めての市販された北フリジア語の概説である。後者は申請者が2010年5月から会長を務めている「日本アイスランド学会」の創立30周年を記念して、北海道大学文学研究科から刊行助成金を得て、一部に出版費用に当てる形で、申請者が編者として刊行した論文集に収められている。本書は日本で初めて出版されたアイスランド研究にかんする専門的な論文集といえる。最後に、ヨーロッパ諸言語の系統と歴史的発達について、招待講演を行った。これはとくに本研究の成果を社会的・教育的貢献として役立てることを意図したものである。以上のとおり、研究2年度の成果としては、十分な業績を挙げることができたといえる。研究3年目に当たる今年度は、以下の表に記したとおり、論文3編(いずれも単著)を発表し、研究発表2件を行った。論文3編はゲルマン語歴史比較言語学にかんするものである。「ゲルマン語の歴史と構造(2)-ゲルマン祖語の特徴(1)-」は、前年度に発表した「ゲルマン語の歴史と構造(1)-歴史言語学と比較方法-」の続編であり、ゲルマン語の由来とその歴史言語学的分類、および古フリジア語が属する北海ゲルマン語を含めて、古ゲルマン諸語のデータをもとに,ゲルマン祖語に由来する諸特徴を歴史比較言語学の方法で論じたものである。「ゲルマン語の歴史と構造(3)-ゲルマン祖語の特徴(2)、古ゲルマン諸語(1)-」および「ゲルマン語の歴史と構造(4)-

古ゲルマン諸語(2)」はその続編をなすもので、古ゲルマン諸語の音韻と形態にかんする諸特徴、とくに子音推移、母音交替、ウムラウト、強変化動詞と弱変化動詞、名詞の文法範疇、形容詞弱変化の発達を取り上げた。研究発表は2件行った。「ゲルマン語の「nの脱落」と形容詞弱変化の非文法化」は、上記の最後の論文で扱った形容詞弱変化の発達に加えて、現代ゲルマン諸語でのその衰退と機能変化を「nの脱落」という音韻変化に関連づけて論じたものである。この発表は、2011年12月に申請者がその中心的メンバーの一人として設立した全国規模の学会である「日本歴史言語学会」の第1回総会・研究発表会(大阪大学)の席上で行ったものである。申請者はまた、同学会の理事に選出された。もうひとつの発表「北海の言語」は北海道大学北方研究教育センター主催の講演会で行われたもので、北ドイツで話されている北フリジア語の特徴とその歴史および言語擁護を内容としている。以上のとおり、研究3年度の成果として、十分な業績を挙げることができたといえる。今年度の研究テーマは接頭辞動詞である。西フリジア語の動詞接頭辞be-は他の西ゲルマン諸語と大きく異なっており、ここでは中高ドイツ語の動詞接頭辞ge-との類似性に注目した。そして、文法範疇としてのアスペクトを動詞の語形変化において、祖語の段階で失ったゲルマン語がその代替手段を発達させたという問題に関連させた。古ゲルマン諸語は動詞接頭辞によって語彙的レベルで完了アスペクトを表示していたと考えられるが、迂言形としての完了形の発達で動詞接頭辞の機能はアスペクトの表示から他の文法的意味に移行し、話法の表現手段にもなったと考えられる。本研究では、西フリジア語はge-/er-/be-の中でbe-をその代表的手段として発達させたと推定し、その過程を歴史言語学的・類型論的に考察した。具体的成果はドイツ語による論文Die be-Verben im Westerlauwersschen Friesischとして、フリジア語学の国際的学術誌/研究叢書Estrikken 94に発表し、誌面の制約で割愛した部分を含めて「西フリジア語の接頭辞動詞とbe-動詞について」『北海道大学文学研究科紀要140号』にまとめた。また、京都ドイツ語学研究会での研究発表「ドイツ語とゲルマン語の枠構造をめぐって」(2012年12月)の概要を同研究会の会誌Sprachwissenschaft Kyoto 12に発表した。日本アイスランド学会でも「ゲルマン語類型論から見たアイスランド語の音韻と正書法」と題する公開講演を行った。さらに、本科研費の援助による著書『ゲルマン語入門』(三省堂2012)によって第11回日本独文学会賞を受賞した。同賞の受賞は第5回(2008)に続いて2度目となる。研究4年目に当たる今年度は、以下の表に記したとおり、著書2冊(単著1冊、共著1冊)、論文3編(いずれも単著)を発表し、研究発表1件を行った。いずれもゲルマン語歴史比較言語学とゲルマン語類型論にかんするものである。3編の論文の中で、まず、論文1「ゲルマン語の歴史と構造(5)ー現代ゲルマン諸語ー」は、前年度に発表した「ゲルマン語の歴史と構造(1)(4)」の最後の続編である。
光・熱デバイス応用に向けた基板上への単層カーボンナノチューブの熱CVD生成

単層カーボンナノチューブは,その直径と巻き方によって金属や半導体になるなどの電気的特性,高い熱伝導特性,極めて強靭な機械的特性より,光学デバイス,熱伝導デバイス,電子デバイスを始め,走査型プローブ顕微鏡の探針,高強度材料,導電性複合材料等の多岐に渡る応用が期待されている.これら応用の早期の実用化に向けては,基板上への単層カーボンナノチューブの高純度合成が望まれる.そこで本研究では,アルコール触媒CVD法を用いて,石英及びシリコン基板上への高純度単層カーボンナノチューブの合成技術を開発した.従来の熱CVD法による単層カーボンナノチューブの合成においては,炭素源として炭化水素か一酸化炭素が用いられていた.研究代表者は炭素源としてアルコールに用いることで,極めて高純度の単層カーボンナノチューブが低温で生成できることを示した.熱・光デバイス等の応用に向けては,高純度の単層カーボンナノチューブをシリコンや石英基板に直接合成することが望まれることより,ディップコート法でコバルトとモリブデンの酢酸塩のエタノール溶液を基板に塗布し,これを熱酸化することで均一なナノ微粒子の基板への担持法を確立した.これらの技術を用いて,基板上に単層カーボンナノチューブが垂直に配向した膜の合成に成功した.また,CVD合成中にレーザー光の吸収を測定することで,垂直配向膜の膜厚のリアルタイム測定を可能にした.膜厚の時系列より初期活性及び活性失活時間を定量的に評価し,実験条件との相関を調べた結果,単層カーボンナノチューブの成長反応が1次反応で表されることが明らかになった.加えて,これらの結果とカーボンナノチューブの成長に関する分子動力学計算を併せて検討することにより,ナノチューブの成長メカニズムを考察した.以上の知見を統合し,アルコール触媒CVD合成法の改良及び最適化を試みた結果,20マイクロメートル超の高品質・高純度の垂直配向膜を再現性よく合成することが可能となった.さらに,石英基板上の垂直配向単層カーボンナノチューブ膜を用いて,偏光ラマン分光や紫外・可視・近赤外偏光吸収分光測定を行った.偏光ラマンによって,垂直に配向した単層カーボンナノチューブが特有のラジアルブリージングモードを有することを明らかにすることで,垂直配向状態が簡便に確認できるようなった.また,単層カーボンナノチューブ特有の偏光吸収特性も明らかになった.単層カーボンナノチューブは,その直径と巻き方によって金属や半導体になるなどの電気的特性,高い熱伝導特性,極めて強靭な機械的特性より,光学デバイス,熱伝導デバイス,電子デバイスを始め,走査型プローブ顕微鏡の探針,高強度材料,導電性複合材料等の多岐に渡る応用が期待されている.これら応用の早期の実用化に向けては,基板上への単層カーボンナノチューブの高純度合成が望まれる.そこで本研究では,アルコール触媒CVD法を用いて,石英及びシリコン基板上への高純度単層カーボンナノチューブの合成技術を開発した.従来の熱CVD法による単層カーボンナノチューブの合成においては,炭素源として炭化水素か一酸化炭素が用いられていた.研究代表者は炭素源としてアルコールに用いることで,極めて高純度の単層カーボンナノチューブが低温で生成できることを示した.熱・光デバイス等の応用に向けては,高純度の単層カーボンナノチューブをシリコンや石英基板に直接合成することが望まれることより,ディップコート法でコバルトとモリブデンの酢酸塩のエタノール溶液を基板に塗布し,これを熱酸化することで均一なナノ微粒子の基板への担持法を確立した.これらの技術を用いて,基板上に単層カーボンナノチューブが垂直に配向した膜の合成に成功した.また,CVD合成中にレーザー光の吸収を測定することで,垂直配向膜の膜厚のリアルタイム測定を可能にした.膜厚の時系列より初期活性及び活性失活時間を定量的に評価し,実験条件との相関を調べた結果,単層カーボンナノチューブの成長反応が1次反応で表されることが明らかになった.加えて,これらの結果とカーボンナノチューブの成長に関する分子動力学計算を併せて検討することにより,ナノチューブの成長メカニズムを考察した.以上の知見を統合し,アルコール触媒CVD合成法の改良及び最適化を試みた結果,20マイクロメートル超の高品質・高純度の垂直配向膜を再現性よく合成することが可能となった.さらに,石英基板上の垂直配向単層カーボンナノチューブ膜を用いて,偏光ラマン分光や紫外・可視・近赤外偏光吸収分光測定を行った.偏光ラマンによって,垂直に配向した単層カーボンナノチューブが特有のラジアルブリージングモードを有することを明らかにすることで,垂直配向状態が簡便に確認できるようなった.また,単層カーボンナノチューブ特有の偏光吸収特性も明らかになった.従来の熱CVD法による単層カーボンナノチューブの合成においては,炭素源として炭化水素か一酸化炭素を用いるのが普通であったが,この炭素源をアルコールに変えることで極めて高純度の単層ナノチューブが低温にて合成できる.本研究における,熱・光デバイス応用に関しては,高純度の単層カーボンナノチューブをシリコンや石英基板に直接合成することが望まれことから,ディップコート法でコバルトとモリブデンの酢酸塩のエタノール溶液をシリコンや石英基板に塗布し,これを熱酸化することで均一なナノ微粒子を基板上に合成したものを触媒とした.

この触媒を熱CVD装置の加熱部にセットし,アルゴンに3%の水素を加えたガスで金属を還元し,その後真空にした後に,10Torr程度のアルコール蒸気を流すことで,高純度の単層カーボンナノチューブを石英およびシリコン基板の表面に合成した.さらに,CVD装置への空気の漏れを減らしかつ清浄に保つことで,触媒の活性を高めることができ,この条件で合成された単層カーボンナノチューブは,基板と垂直に配向することが明らかとなった.また,CVD合成中にレーザー光の吸収を測定することで垂直配向膜の厚さをリアルタイムに測定し,様々な実験条件における合成過程を整理し,成長のモデルを提案した.さらに,石英基板上に垂直配向した単層カーボンナノチューブを用いて,偏光ラマンや紫外・可視・近赤外偏光吸収の測定を行った.偏光ラマンによって,垂直に配向したナノチューブが特有のラジアルブリージングモード(RBM)のラマン散乱をもつことが明らかとなり,垂直配向状態を簡便に確認できるとともに,ナノチューブと直交する電場に励起された特異な吸収の存在が明らかとなった.本研究における,熱・光デバイス応用に関しては,高純度の単層カーボンナノチューブをシリコンや石英基板に直接合成することが望まれことから,ディップコート法でコバルトとモリブデンの酢酸塩のエタノール溶液をシリコンや石英基板に塗布し,これを熱酸化することで均一なナノ微粒子を基板上に合成したものを触媒とする方法を進めている.この触媒を熱CVD装置の加熱部にセットし,アルゴンに3%の水素を加えたガスで金属を還元し,その後真空にした後に,10Torr程度のアルコール蒸気を流すことで,高純度の単層カーボンナノチューブを石英およびシリコン基板の表面に合成できる.本年度は,CVD装置の改良によって,30μm以上の垂直配向単層カーボンナノチューブ膜の合成を実現した.一方,一部のデバイス応用では,上記のウエットプロセスよりは,スパッターリングなどの直接触媒合成の方が有利であり,厚さの傾斜した金属薄膜をシリコン基板に蒸着することで,最適な触媒条件を探索し,見かけの膜厚0.1nmのコバルトを用いることで,垂直配向単層カーボンナノチューブ膜を合成できることを明らかとした.さらに,温水を用いたナノチューブ膜の剥離法と再付着法を開発し,様々な基板への膜の合成を実現した.光デバイスとしては,上記の垂直配向単層カーボンナノチューブの特異な吸収特性などの基礎的な光学特性について詳細に検討するとともに,これを可飽和吸収素子として用いたモードロックファイバーレザーを実現した.本研究では,アルコール触媒CVD法とディップコート触媒担持法を合わせた垂直配向単層カーボンナノチューブ膜の合成法の改良及び最適化を試みた.アルコールの圧力,流量,及び合成温度等を制御しながら垂直配向単層カーボンナノチューブ膜を合成し,膜厚の時系列を計測した.その結果,各生成温度に対して,膜厚が最大となる最適圧力がそれぞれ異なって存在することが確認された.また,膜厚の時系列から初期活性及び活性失活時間を定量的に評価した.垂直配向単層カーボンナノチューブの初期活性及び活性時間に対する,温度及び圧力の影響を調べた結果,初期成長速度は温度に殆ど関係なく圧力のみに比例することが明らかになった.これは,単層カーボンナノチューブの成長反応が1次反応で表されることを示唆している.さらに,活性失活時間の圧力依存性から,触媒が失活する臨界圧力を特定した.以上の計測より最適な実験条件が明らかになったことで,安定に10μm超の高品質・高純度の垂直配向膜を合成することが可能となった.
多発性骨髄腫の“アキレス腱”であるIRF4とMYCの転写制御因子の網羅的探索

IRF4とMYCは、多発性骨髄腫細胞の生存と増殖に必須な"アキレス腱"であると考えられているが、これまでにこれらを直接の標的とした薬剤は開発されてこなかった。Immunomodulatory drugs (IMiDs)は多発性骨髄腫を含む悪性腫瘍に著効であり、その薬効の少なくとも一部はIRF4やMYCを標的としていると考えられている。本研究はIMiDsの薬効に関連してIRF4やMYCの発現を制御する因子を網羅的に探索し、その分子メカニズムの解明を目指した。その結果として本研究によって同定された5つの遺伝子が実際にIMiDsによるIRF4やMYC制御に関与していることが明らかとなった。(1)抗体を固定化した磁性ナノ粒子(FG beads)の作製と評価当研究室で開発されたFG beadsはタンパク質の非特異的な吸着が極めて少なく、タンパク質精製の有用なツールとしてこれまで多くの成果を報告している。しかし、これまでの報告では主にリガンドとして低分子化合物を固定化した例ばかりであり、抗体のような高分子を固定化した場合の実施例は少ない。そこで抗FLAG抗体を固定化したFG beadsを作製し、本研究で対象としている多発性骨髄腫細胞株を用いて、免疫沈降法、クロマチン免疫沈降法により機能評価を行った。その結果、市販の抗FLAG magneticbeadsと比べ、優れたS/N比を示すことが確認できた。(2)実験系の確立とサンプル調製ヌクレアーゼ活性を不活化したタグ融合Cas9タンパク質を発現する多発性骨髄腫株を樹立し、必要な各種予備実験を行った。予備実験の結果を踏まえ、質量分析で解析するラージスケールのサンプル調製を行った。抗体固定化FG beadsの機能評価を詳細に行ったため、年度内に因子の同定とまでは至らなかったが、研究そのものは滞りなく進展している。(1)多発性骨髄腫細胞株OPM2において、IRF4、MYC遺伝子のプロモーター領域に結合しIMiDs処理により変動する転写因子群の網羅的同定を試みた。質量分析により極めて多数のタンパク質が同定された。IMiDs処理によって結合量が変化したタンパク質も極めて多数であり、事前の予想よりもずっと多かった。(2)同定された因子群から、IMiDsの薬効に関与する因子を絞り込むために、shRNA libraryscreeningによる網羅的なノックダウン実験を行った。実験計画においては(1)で同定された因子群を対象としたFocused shRNA libraryを行う予定であったが、候補因子が極めて多数だったことから、計画を変更し全遺伝子を対象としたスクリーニングを行った。この結果、IMiDsのprimary targetであるCRBNを含む遺伝子リストを得た。しかし、これらの遺伝子に対して個別ノックダウンによるvalidationを行った所、ノックダウンが致死である遺伝子が多く、IMiDsの薬効との関わりを個別の実験により確認することが困難な遺伝子が大半を占めていた。この結果から、(1)で得た候補因子群から、shRNA libraryscreeningによりIMiDsの薬効に関与する因子を絞り込むという目標は、現在の所、達成されていない。(3) IRF4、MYCの発現を制御する信頼性の高い遺伝子リストは得られていないが、同定された因子の中には、興味深い転写関連因子が複数含まれていた。そこで、これらの因子について、個別にIRF4やMYCの発現への関与、IMiDsの薬効への関与を検証した。その結果、IRF4とMYCの発現を制御する因子やIMiDsによる抗骨髄腫活性に関与する因子が多数含まれており、その詳細な分子メカニズムを解析中である。(1)速やかに多発性骨髄腫細胞株におけるIMiDsの作用機序に関与する転写因子の網羅的同定を行い、同定された因子群の絞り込みを行う。(2)既に行ったトランスクリプトーム解析やCRBNのIMiDs特異的な基質の探索の結果と比較し、詳細な解析を行う転写因子を絞り込む。各因子のIRF4、MYC遺伝子へのリクルートをChIP解析により調べ、IMiDs処理による変動を比較する。また、各因子をノックダウンしてChIP解析を行い、お互いのリクルート関係を調べる。その後の解析は、実際に何が同定されるかによるが、ヒストンの修飾状態やその認識因子のリクルート、RNAポリメラーゼIIや基本的な転写因子のリクルート、プロモーターとエンハンサーのループ等をChIPや3Cで解析する。IMiDs感受性株と非感受性株やIMiDs間の薬効の違いを説明するモデルを提示できれば成功と言える。(3)多発性骨髄腫株に共通してIRF4やMYCの発現制御に関与する転写因子を網羅的に同定し、IRF4やMYCの転写を介した治療標的の網羅的なリストを作製する。候補因子のノックダウンによってIRF4、MYCの発現が低下し、多発性骨髄腫細胞株の増殖が抑制されることの確認までを目標とする。
硝酸呼吸系に含まれる銅タンパク質の構造と機能の研究

我々は昨年Achromobacter cycloclastes IAM1013からの電子伝達ブルー銅タンパク質、シュウドアズリン(pAz)の酸化体(135Å分解能)と還元体(1.6Å分解能)におけるX線結晶構造解析に成功した。このタンパク質は、銅型亜硝酸還元酵素に電子を供与する。従って、平成11年度は主としてこの結晶構造解析で得られた知見に基づいて、pAzの構造と機能を研究した。X線のデータによると、pH6.0における両者の構造において、銅の周りの構造変化は小さいが、銅イオンから約12Å離れたところに位置しているHis6残基の変位が観測された。すなわち、酸化型では、His6(Nδ1)はThr36(Oγ1)と水素結合(2.73Å)しているが、還元型では、His6(Nε2)がGlu4(Oε1)と水素結合しており、両者においてHis6のイミダゾール環はThr36とGlu6の間でシャトルのように振る舞っている。これらの残基の機能を調べるために、変異体pAzからNIRへのタンパク質間電子移動反応をサイクリックボルタンメトリーにより測定した(pH7.0,25°C)。His6Alaでは野生型pAzの電子移動速度の85%に減少し、Thr36Valでは67%に減少したのに比べて、Glu4Alaの場合には14%と大きく減少していた。これらの結果は、還元型pAzにおけるGlu4とHis6との水素結合形成、すなわちHis6の固定がNIRとの相互作用に重要であることを示唆している。他の菌種からのpAzにおいてもThr36は保存されていないが(Alc.faecalis S-6ではVal36)、Glu4は保存されていることから考えても、このHis6およびGlu4との水素結合が両タンパク質の認識に関与しているのであろうと結論された。
衛星測位における鉛直方向精度向上手法に関する研究

衛星測位は水平方向の誤差に比較し鉛直方向の誤差が大きいため、高精度を必要とする測量や施工に用いるためには鉛直方向精度の向上が求められる。本研究では鉛直方向精度を向上させるための衛星電波選択手法を検討した。その結果、DPCの値を用いて電離層遅延の影響を受けている衛星電波を測位計算から除去すること、仰角70°以上の天頂付近の衛星1機と仰角15°以上の低仰角衛星3機を選択することが鉛直方向精度向上に有効であることを示した。また、最大仰角の衛星の仰角が大きいほど鉛直方向精度が向上すること、さらに最大仰角の衛星としてGPS衛星よりも準天頂衛星を使用することが有利であることを示した。衛星測位は測量や情報化施工で主流となっているが、水平方向の誤差に比較し鉛直方向の誤差が大きいため、高精度を必要とする測量や施工では鉛直方向の観測値が用いられない場合が多い。衛星測位の普及を図るためには鉛直方向精度の向上が求められる。そこで、本研究ではマルチパスや伝搬遅延に起因する誤差の大きい衛星電波を排除し、仰角の高い衛星電波に重みづけをするなどして鉛直方向の測位精度を高める手法を構築することを目的としている。平成26年度は以下の内容を実施した。1測位衛星の観測点からの位置関係(方位角、仰角)と電波が電離層を伝搬する際の伝搬遅延の関係を衛星電波受信実験により調べた。電離層遅延の影響度を計る指標として衛星から送信される複数の周波帯の搬送波の位相変化量の差(DPC:Difference of Phase Change)を用いて検討した結果、衛星の仰角が15°より低い場合に電離層遅延の影響が大きくなることが確認された。また、方位角については135°225°の南の方位に位置する衛星は北の方位に位置する衛星よりも電離層遅延の影響を受けることを確認した。2衛星電波受信実験で取得した衛星電波を種々組み合わせて測位計算を行い、鉛直方向精度が向上する組み合わせを調べた。その結果、電離層遅延の影響を受けている衛星電波を除去することで鉛直方向精度が向上することを確認した。ただし、衛星の最低仰角を15°に設定した場合には低仰角の衛星を使用できず精度が劣化する場合も確認されたことから、鉛直精度の向上には電離層遅延の影響が少ない低仰角の衛星電波を使用する必要がある。3鉛直方向精度を向上させるための衛星電波選択手法として、上記1及び2の成果を踏まえて衛星位置(方位角、仰角)による選択手法を考案した。さらにマルチパスが発生しやすい衛星電波を除去する方法も加えて衛星電波選択手法を構築した。平成27年度は以下の内容を実施した。1.GPS衛星と準天頂衛星について天頂付近の衛星の有無によって鉛直方向精度がどのように変化するかを衛星電波受信実験により調べた。測位に使用する衛星を4機とし、仰角60°以上の衛星を天頂付近の衛星とし、天頂付近の衛星が1機ある場合と全くない場合の鉛直方向誤差を分析した。衛星の幾何学配置が鉛直方向の測位精度に与える影響度を示すVDOP(Vertical Dilution of Precision)で正規化して比較した結果、天頂付近の衛星が1機ある場合では全くない場合よりも明らかに鉛直方向の精度が良いことが示された。また、天頂付近の衛星はGPS衛星よりも準天頂衛星の方が鉛直方向精度が向上する傾向がみられた。この結果と昨年度の結果から、鉛直方向精度を向上させるための衛星電波選択手法として、仰角60°以上の天頂付近の衛星1機と仰角15°付近の低仰角衛星3機を選択する手法の有効性を確認した。2.GPS、GLONASS、BeiDouの各衛星系の組合せで鉛直方向精度がどのように変化するかを衛星電波受信実験により調べた。その結果、GPS単独の場合よりも、GPSとGLONASS、GPSとBeiDou、GPSとGLONASSとBeiDouの組合せ測位の方が鉛直方向精度が向上する傾向がみられた。衛星の仰角と鉛直方向精度の関係については分析が進んだが、その結果を応用して衛星の仰角に応じて観測値の重みづけを行うなど測位計算手法の検討が遅れている。衛星測位は測量や情報化施工を行う上で主要な技術となっているが、水平方向の誤差に比較し鉛直方向の誤差が大きいため、高精度を必要とする測量や施工では鉛直方向の観測値が用いられない場合が多い。平成28年度は以下の内容を実施した。

1.平成27年度の研究成果から、天頂付近に衛星が1機ある場合では全くない場合よりも明らかに鉛直方向の精度が向上することが示されたので、天頂付近の衛星1機の仰角の大きさと鉛直方向誤差の関係を衛星電波受信実験により調べた。測位に使用する衛星を4機とし、仰角60°以上の衛星を天頂付近の衛星とし、天頂付近の衛星1機がGPS衛星の場合と準天頂衛星の場合とで鉛直方向誤差を分析した。衛星の幾何学配置が鉛直方向の測位精度に与える影響度を示すVDOP(Vertical Dilution of Precision)で正規化して比較した結果、仰角が70°以上の場合に鉛直方向精度が顕著に向上することが確認された。2.上記の検討において、天頂付近の衛星1機がGPS衛星の場合と準天頂衛星の場合について鉛直方向精度を比較した。その結果、準天頂衛星である方がGPS衛星である場合に比較して、同じ仰角であっても標準偏差が僅かであるが小さくなることが示された。3.上記1及び2の成果と昨年度までの成果を踏まえて、鉛直方向精度を向上させるための衛星電波選択手法として、衛星位置に着目して、仰角70°以上の天頂付近の衛星1機と仰角15°以上の低仰角衛星3機を選択することが望ましいこと、天頂付近の衛星として準天頂衛星を使用することが有利であることを示した。衛星測位は水平方向の誤差に比較し鉛直方向の誤差が大きいため、高精度を必要とする測量や施工に用いるためには鉛直方向精度の向上が求められる。本研究では鉛直方向精度を向上させるための衛星電波選択手法を検討した。その結果、DPCの値を用いて電離層遅延の影響を受けている衛星電波を測位計算から除去すること、仰角70°以上の天頂付近の衛星1機と仰角15°以上の低仰角衛星3機を選択することが鉛直方向精度向上に有効であることを示した。また、最大仰角の衛星の仰角が大きいほど鉛直方向精度が向上すること、さらに最大仰角の衛星としてGPS衛星よりも準天頂衛星を使用することが有利であることを示した。当初予定した衛星電波受信実験と分析を実施し、その結果を踏まえて目標としている鉛直方向精度を向上させるための衛星電波選択手法の概略を構築した。衛星の位置(仰角、方位角)とマルチパスが鉛直方向精度に与える影響の分析はほぼ終了したので、衛星の位置(仰角、方位角)を用いた測位計算用の衛星選択の方法、衛星の仰角に応じて観測値の重みづけを行うなどの測位計算手法の検討を行う。工学衛星の仰角に応じて観測値の重みづけを行う測位計算手法を理論的に検討して新たな測位計算手法を提案する。さらに実際の観測データを用いて本手法の検証を行い、妥当性を検証する。
マイクロニードルによるワクチン法の理論的根拠の確立

角層を剥離した皮膚へ抗原ペプチドを塗布すると物質の浸透が高まり、かつ活性化されたランゲルハンス細胞がリンパ節へ遊走し、ペプチド特異的キラーT細胞が誘導される。StageIII/IVのメラノーマ患者約60名に経皮免疫療法を行ったところ、約半数の患者において腫瘍特異的キラーT細胞が誘導され、皮膚転移層に多数浸潤していることが確認された。そこで、角層を剥離した皮膚にマイクロニードルでワクチンを投与すれば、皮膚自体がアジュバント化し、高いワクチン効果が得られると考え、検討を行った。角層を剥離した皮膚では皮膚ランゲルハンス細胞が活性化され、かつ菲薄化した角層からの物質の浸透性が高まることが分かっている。角層を剥離し、マイクロニードルでワクチン素材を投与すればアジュバントを用いることなく高いワクチン効果が得られると考えた。ラットを用いて、抜毛処理、角層剥離後、麻疹ワクチンをマイクロシリンジに装着したマイクロニードル型ワクチン接種機器により投与し、血清中の抗体価を測定した。実験内容ラットの背部に1000μmの針と1500μmのマイクロニードルを使用し麻疹ワクチンを10μl、20μl、30μl、それぞれ3匹ずつ投与した。漏れた薬液を綿棒にて吸い取り、その重さから漏れた量、投与できた量を確認した。また麻疹抗体価を投与22,29、36日目に測定した。(1)1000μmの針を使用した群ではワクチンの漏れが多く、実際のワクチンの投与量は、平均で予定量の50.4%しか投与できなかったが、1500μmの針を使用した群では、平均で予定量の93.3%を投与することができた。(2)1000μmの針を使用した群の結果(投与36日目)EIA法麻疹ワクチンを10μL投与したときの抗体価の平均は8.6麻疹ワクチンを20μL投与したときの抗体価の平均は13.2麻疹ワクチンを30μL投与したときの抗体価の平均は8.9(3)1500μmの針を使用した群の結果(投与36日目)麻疹ワクチンを10μL投与したときの抗体価の平均は13.4麻疹ワクチンを20μL投与したときの抗体価の平均は17.0麻疹ワクチンを30μL投与したときの抗体価の平均は16.1であった。当初は角質をはがし、100500μmの針を用いてワクチン注入を試みたが、ワクチンを十分に注入することが不可能であった。上記の結果より、ニードルを1500μmとする方が適切であると考えられた。角層を剥離した皮膚では表皮ランゲルハンス細胞(LC)が活性化され、かつ物質の浸透性が高まる。角層剥離した皮膚へ抗原ペプチドを塗布すると、24時間以内にLCはCD80、CD83、CD86の発現を増幅させ活性化状態となり、2448時間後にはリンパ節へと遊走し、リンパ節内でペプチド特異的キラーT(CTL)が誘導され、末梢血中にペンタマーあるいはテトラマー陽性のペプチド特異的CTLが出現した。またStageIII/IVのメラノーマ患者約60名に対して経皮免疫療法を行ったところ、約半数の患者でCTLが完全に誘導され、誘導に成功したグループでは多変量解析にて生命予後の有意な改善が認められ(P<0.05)、縮小傾向にあるメラノーマ皮膚転移巣では腫瘍特異的なCTLが多く浸潤していることを確認した。そこで、角層を剥離した皮膚において、マイクロニードルでワクチン素材を投与すれば、アジュバントを用いることなくワクチン効果が得られ、また微少な針であれば出血や痛みも少なく合理的であると考えた。ラットの背部を抜毛処理し、角層剥離後、麻疹ワクチンをマイクロニードル型ワクチン接種機器により10μl、20μl、30μl、投与し、漏れた薬液の量から投与できた量を確認し、麻疹抗体価をEIA法で測定した。当初、表皮下層から真皮上層までしか針が届かず、血管や神経を傷つける可能性の低い、針の長さ100μm500μm、針の数325本のマイクロニードルを作成したが、ワクチンを注入することが不可能であった。また1000μmの針でも49.6%のワクチンの漏れがあったが、1500μmの針を使用した群では、平均で予定量の93.3%を投与することができ、抗体価も投与量と比例して上昇し、針の長さは1500μmが適切であると考えられた。今後本研究を癌、感染症、アレルギーに対するワクチン法へと応用できればと考えている。
バクテリア巨大渦状運動の極性形成メカニズム

本課題は申請段階において、フラボバクテリウム・ジョンソニエという一種類の桿菌を研究対象にして開始された。その後の2年間の研究期間において、シネコシスティス、ハロバクテリウム、サーマス・サーモフィラスといったさまざまな研究対象に派生し、その幾つかは既に原著論文として発表されている。ミキソコッカスのようなバクテリアで見られる、複数の個体の固まりが方向性を持って動くsocial motility(S-motility)は、特徴的な接着装置であるIV型線毛(type IV pili)によって実現される。このpiliのダイナミクスには膜内外のさまざまなタンパク質が関わるものの、個々の役割や詳細な機能については、まだ解明が進んでいないというのが現状である。本課題では、独自の光学顕微鏡を駆使することによって、piliの活性がどのように制御され、そして方向性のある運動を引き起こすのかについて、徹底的な可視化を進めた。最終年度では、特にサーマス・サーモフィラスをモデル生物とし、1個体の運動を定量的に解析した。走光性という特徴に着目し、変異株を利用しながら制御の仕組みについて調べ、未踏の領域である「トゥイチング運動の制御機構」に関する本質的な知見を得ることができた。また繊維状のタンパク質であるPilAのダイナミクスについては、先行研究においても、実験条件の難しさから可視化は実現されていない。蛍光蛋白や微小粒子などを通じて、PilAの伸長と短縮を画像化し、その動態を直接観察した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本課題では、独自の光学顕微鏡を駆使することによって、piliの活性がどのように制御され、そして方向性のある運動を引き起こすのかについて、徹底的な可視化を進めることで明らかにする。平成28年度においては、シネコシスティスの走光性に注目し、IV型線毛の活性化と運動がどのように関わるのかを明らかにするための実験系の構築を行った。忌避の波長についてサンプルチャンバーの下面と側面から独立に照射できる顕微鏡のシステムを完成させ、運動に影響を与えない微弱光で細胞の位置の変化を高精度で測定した。ここで得られた結果はすでに論文として取りまとめ、原著論文として米アカデミー紀要に既に掲載が決まっている。平行して、遊泳する微生物であるハロバクテリアの運動と、運動装置の動態を精密に測定する技術の開発を行った。ハロバクテリアはアーキアに属し、アーキアの運動において分子メカニズム解明を目指した研究はほとんど進んでいない。アーキアべん毛(アーキアラ)の形状、回転数、回転方向のトルクといった全てのパラメータを求め、これらの知見は原著論文としてNature Microbiologyに発表した。本課題は申請段階では、フラボバクテリウム・ジョンソニエという一種類の桿菌を研究対象にしてスタートした。それが現在においては、シネコシスティス、ハロバクテリウム、サーマス・サーモフィラスといったさまざまな研究対象に派生し、次々に一流科学誌に原著論文として発表されている。卓越した顕微鏡技術が細菌学に応用され、生物物理学として結実する新しい研究の方向性が本課題を通じて生まれつつある。IV型線毛によって運動を実現するシネコシスティスおよびサーマス・サーモフィラスをモデル生物とし、1個体の運動を定量的に解析する。走光性という特徴に着目し、変異株を利用しながら制御の仕組みについて調べ、未踏の領域である「トゥイチング運動の制御機構」に関する本質的な知見を得る。

蛍光蛋白や微小粒子などを通じて、PilAの伸長と短縮を画像化し、その動態について詳細を明らかにしていく。当研究室には、これまでの様々な1分子生物物理学の研究課題を通じて、光ピンセットや3次元位置検出顕微鏡といった強力なリソース技術が存在する。これらをバクテリアの研究に応用することで、一本の線毛が発生する力、さらには短縮に伴うと予想される回転運動の検出にも挑戦する。これら高精度顕微計測技術という独自の切り口を通じて、集団寸動につながっている、線毛のダイナミクスをもっとも基礎的なレベルから解明していく。29年度が最終年度であるため、記入しない。