hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水産ベントスの資源量変動に対する浮遊幼生期の減耗過程の影響解明

本課題において研究の進展に悪影響を及ぼすことがもっとも大きく懸念されていた長期浮遊幼生期間を有する種の室内環境での幼生飼育が非常にうまくいったため、今後の研究進展の見通しがたいへん良くなった。従って、今後は各小課題に着実に取り組むことで、大きな不確定要素もなく研究全体を進めることができる可能性が高い。本研究の目的は、水産ベントスの浮遊幼生に関して、動的エネルギー収支を考慮することで、海洋環境からその年の加入の規模を正確に予測することを可能とする数理モデルを構築することである。さらに、作成した数理モデルの性能を定量的に評価するために、個体群への着底を成功した個体から得られた胎殻の元素分析と、DNAを用いた集団遺伝解析による実証データを用いるための枠組みを確立することも試みる。これらの目的を達成するために、本年度は小課題2DEBモデルの構築、4胎殻の微量元素分析、5DNA分析の準備に取り組んだ。またこれらに加えて、野外で無作為にサンプリングされた個体の中立遺伝情報から判明した個体間の近親関係から、その年の加入個体数を推定するための統計学的アルゴリズムを完成させ、加入量の推定が可能となる必要条件の数学的な定式化を進めた。小課題2:温度条件と資源加入量の関係性を記述するための動的エネルギー収支モデル(DEB model)の構築に取りかかった。従来のモデルを腹足類の幼生に適合する内容へと数式を書き換え、小課題1の飼育実験で得られた酸素消費量のデータを用いてモデルを構成するパラメータの値を決めるためのアルゴリズムを作成する作業を始めた。小課題4:EDXの機能を有する分析走査電子顕微鏡を用いて、幼生が形成した貝殻に含有される微量元素比の平面分布情報を取得する作業を進めた。貝殻縦断面の構造的な接合部にストロンチウム濃度の濃い層が存在することを発見したので、これを報告するための論文執筆作業に着手している。小課題5:対象種の全ゲノム情報に対してアセンブリとアノテーションの作業に着手した。また、DNA分析に必要なサンプルの大規模サンプリングを昨年度から引き続いて実施して、高精度の中立遺伝情報解析に必要な生体液浸標本を取得した。以上の研究成果の一部は、国内外での学会等で発表した。本年度は、幼生の胎殻に対する微量元素分析に関して、研究成果をとりまとめて論文として発表できる段階まで進展させることができた点に加えて、対象種のDNAシーケンス作業に大幅な前進が見られた点が特筆に値する。また野外でのDNAサンプルに関しても、確実性の高いサンプリングを継続的に行える状況が確立したため、今後の見通しが明るくなった。小課題3粒子追跡の数値計算については当初の予定よりも作業が遅れている。全体としては、今後も各々の小課題に着実に取り組むことで、大きな不確定要素もなく研究全体を進めることができる可能性が高い。当初の予定に従って、研究を進行する。小課題1幼生の飼育実験に関しては、異なる複数の温度実験区を設けた実験を行い、成長に伴って体サイズと呼吸量の測定を繰り返すことで、小課題2で必要とされるデータを収集する。小課題2DEBモデルの構築に関しては、一年目に行ったプログラミングの作業をさらに進めた上で、データの同化を実施する予定である。小課題
複数結合の高選択的連続形成反応の設計と生理活性物質合成への活用

一回の反応で複数の結合を選択的に形成させることは、反応行程を短縮させ、効率的かつ経済的な方法となることから、現在多くの注目を集めている。研究代表者はこのようなカスケード反応として、分子内ダブルミカエル反応および分子内ミカエル・アルドール反応をすでに開発しており、本研究ではこれら反応の応用と精密化およびさらなる展開を目的として検討を行ない、様々な成果を挙げている。(1)ジテルペン・アチシレン酸の効率的合成:ホモアリル・ホモアリールラジカル転位反応を活用して分子内ダブルミカエル反応によって成し得なかったアチシレン酸の効率的な全合成を達成した。(2)インドールアルカロイド・タカモニンの短行程合成:インドールの2位にα,β-不飽和エステル鎖を、3位に不飽和アミド鎖を持つ化合物に対してアミン存在下シリルトルフレートを作用させることによってインドロキノリチジン体を得、これより数行程でタカモニンの重要合成中間体へと変換することに成功した。(3)セスキテルペン・クルモリンの高効率的全合成:シクロペンテノンの4位にα,β-不飽和エステル鎖を持つ化合物を分子内ダブルミカエル反応に付して、三環性架橋化合物を立体選択的に合成した。これより三行程でクルモリンへと変換し、その超効率的全合成を完成した。(4)その他:シクロブタノール誘導体に対するパラジウム錯体存在下での連続的な環拡大反応を鍵反応として、トリコテカン型セスキテルペンの合成を行なうと共に、メディエーターを介する電解反応によって新規なカスケード反応を開発した。
ミトコンドリア電子伝達系酵素欠損の分子的機作の解明

ミトコンドリア・サイトパチーと呼ばれる疾患群の原因の一つとしてミトコンドリア電子伝達系酵素欠損がある。その分子機作を明らかにする目的で以下の生化学的、免疫化学的、免疫組織化学的研究をミトコンドリア・サイトパチー患者の生検あるいは剖検組織を用いて行った。1.乳児到死型ミトコンドリア・サイトパチー患者での分析:生化学的には電子伝達系酵素活性の全般的低下を認め、分光学的にもチトクロムb,aa、の欠損を証明した。免疫化学的に複合体【IV】のサブユニット含量が著減しており、電気泳動的にも異常蛋白の蓄積が認められ、この患者のミトコンドリア蛋白の組成の異常が電子電子伝達系酵素異常の背景にあることが指摘された。2.肥大型心筋症のために死亡したMELAS(脳卒中発作を呈するミトコンドリア脳筋症)の患者の心筋ミトコンドリアの分析:この患者で複合体【I】のサブユニットの全般的低下を見い出し、MELASの生化学的異常がおそらく複合体【I】の合成低下によるものであると推定された。3.ミトコンドリア・サイトパチーの4例におけるサブユニット異常:様々な症状をもった患者で複合体【I】または複合体【IV】、あるいはその両者のサブユニットの含量の低下を見いだした。いずれも複数のサブユニットの全般的低下であり両複合体の欠損が共通した原因によることが示唆された。4.MELASの4症例の生検または剖検組織での異常の免疫化学的ならびに免疫組織化学的検索:4例でいずれも複合体【I】の活性およびサブユニット含量の低下を証明した。組織学的には複合体【I】のサブユニットの異常集積した線維とその減少した線維がモザイク状に見られた。また臓器間で酵素サブユニットの減少程度が様々であることが明らかになった。以上により電子伝達系酵素の欠損がミトコンドリア遺伝子の発見異常によるものと推定された。
生活・産業廃棄物の道路建設材料としての再利用に関する研究

現在、わが国では年々増加する廃棄物の処理が大きな社会問題となっている。その中でも廃棄EPSは、現在廃棄物処分場の確保の制約や、処分場に埋め立てる量にも限界があることから、資源として再利用する技術の開発が急務となっている。また、近年の生活向上に伴い、家庭から排出されるごみは増加の一途をたどっているが、その焼却灰は最終処分場の残容量問題や埋立地からのダイオキシン類、重金属類の溶出による環境汚染問題が指摘されており、都市ごみ焼却灰の無害化、再利用の技術開発が望まれている。また、都市開発や地下利用の増大に伴い大量の建設発生土が発生している。低品質な建設発生土は処分する適地の確保が困難な状況にあり、処分費用も急騰しているため、その再資源化が緊急の課題となっている。本研究では、廃棄EPSの軽量性に着目し、擁壁裏込め材としての再利用を図ることを目的とする。減容化した廃棄EPSと低品質な建設発生土を互層に積層した裏込め材を用いた積層地盤載荷装置実験を実施するとともに、擁壁に作用する土圧解析をもとにした擁壁の安定性評価を行い、擁壁裏込め材としての再利用の実現可能性を検討した。また、都市ごみ焼却灰リサイクルシステムにより無害化された都市ごみ焼却灰の土質工学的性質の把握と、軟弱地盤改良材としての適性を、基礎実験に基づき検討した。本研究の主な内容としては,(1)減容化した廃棄EPSの物理的および力学的性質の把握;(2)積層地盤載荷装置の開発;(3)積層地盤載荷装置実験による減容化した廃棄EPSの擁壁裏込め材としての適性評価;(4)都市ごみ焼却灰の物理的および力学的性質の把握;(5)都市ごみ焼却灰の軟弱地盤改良材としての適性評価,などが検討された.室内実験的および解析的検討に基づいて,廃棄EPSおよび都市ごみ焼却灰の再資源化の可能性が詳細に考察された。本研究は石炭灰と廃棄EPSを採り上げ、石炭灰の軽量性、自硬性(水の存在下で硬化する性質)に着目し、道路の軽量盛土材、路盤材及び表層改良材等の建設素材としての再利用技術の開発を行い、また、開発する道路の軽量建設素材の液状化強度の判定と、動的外力下の力学特性を三軸試験により解明した上で、石炭灰と廃棄EPSの道路土工材としての適用性について総合的に評価する。本年度は,まず埋立廃棄処分されている石炭灰を採取し,石炭灰埋立地での石炭灰の性状を把握するために、現場密度試験、コーン貫入試験、含水比測定をそれぞれ実施し、以後の各種試験や、有限要素解析へ基本デー夕として利用する。次に,石炭灰および廃棄EPSの基本物性の確認を行った。各発電所から採取してきた石炭灰試料は、原料や燃焼割合の違いにより、排出される石炭灰の物性は異なることが、従来の研究で明らか、となっているために、基本物質を予め把握する目的で、一連の土質力学的物理試験を実施した。石炭灰と廃棄EPSとの混合試料に対して、物理試験を実施すると共に、基本的力学特性として、締固め試験及び透水試験を実施した。また石炭灰の海洋構造物への適用として、石炭灰に海成粘土を加え、セメント固化した場合の固化強度及びpH値を長期間測定した。

さらに、静的三軸試験の実施にあたって、石炭灰と廃棄EPSの混合供試体を、混合率を数パターン変化させて、混合・作成し、静的三軸圧縮試験を実施し、混合率と静的強度定数との関係を得た。本研究は都市ごみ焼却灰と廃棄EPSを採り上げ、その軽量性に着目し、道路の軽量盛土材、路盤材及び表層改良材等の建設素材としての再利用技術の開発を行い、また、開発する道路の軽量建設素材の液状化強度の判定と、外力下の力学特性を三軸試験により解明した上で、廃棄EPSの道路土工材としての適用性について総合的に評価する。本年度は,(1)廃棄EPSと建設発生土からなる混合材料を道路建設材料として用いた場合の支持力機構を解明するために、1g下での積層載荷模型実験を実施した。模型の挙動を評価するために,土圧,変位を経時的に測定した。この実験では、変形挙動をデジタルカメラで撮影することにより、変位ベクトルと破壊モードを視覚的に取得し、積層地盤と通常の土の場合との相違点を明らかにするとともに、静的荷重下での地盤材料としての適用性評価のための基礎データを得た。(2)都市ごみ焼却灰リサイクルシステムにより無害化された都市ごみ焼却灰の土質工学的性質を室内試験により把握し,軟弱地盤改良材としての適性評価を基礎実験に基づき行なった.(3)研究成果のまとめ昨年度と今年度の成果をまとめ,研究発表と同時に,研究報告書を完成する。
土中の炭素循環に応答した塩類集積プロセスに関する研究

1960年代から乾燥地・半乾燥地の塩類集積に関して、Naイオンが卓越するNa土壌とCa資材を用いた改良についての研究が広く行われてきた。一方、塩類集積地では、炭酸Ca等の炭酸塩が集積している所も多く、この場合、炭酸塩の水溶解性が低いため、塩類集積の改善が困難である。炭酸塩は、土中水と気相のCO2と化学平衡するため、土壌中のCO2濃度を高くするとよく溶解する。この点に着目し、土壌呼吸等による土壌中CO2濃度の変動と土中の炭酸カルシウムの溶解、さらにはこの溶解によって増大することが期待されるCaイオンのNa土壌改良効果を評価する土壌空気成分制御型室内土壌カラム実験装置を開発した。平成26年度は,各種センサーを実装した室内実験カラムの設計,製作を行い,これに根圏土壌ガス環境制御システムを実装することが重要な課題であった.これについては,カラムの製作,センサー類やガス制御システムの実装などをほぼ予定通り行うことができ,サーモTDRによって土壌水分量をモニタリングしながら赤外線二酸化炭素センサーで経時的に土中ガス濃度を測定することができることを確認した.また,チャンバー法でカラム上端におけるガスフラックス測定も行えることを確認した.予備実験の実施,センサーやガス制御の試運転などを行った結果,ガス制御システムに問題が生じ,ガス流量制御機器の検査・修理に時間を要したが,最終的には正常に駆動する状態になった.予備実験として土壌に炭酸カルシウムを混合した後に土中二酸化炭素濃度を高めた条件と土中二酸化炭素濃度無制御(ただし,微生物の呼吸によって大気よりは高い二酸化炭素濃度にある)の条件で潅水・蒸発を繰り返すカラム培養実験を行い,実験終了後のカラムから層位別に土壌試料を採取し,水溶性,交換性の陽イオン測定を行った.ガス制御装置のトラブルによって実験の進行が若干遅れたため,イオンの分析を平成27年度4月にも継続して実施している.協力者(石橋)と共に平成26年度に構築した土中CO2濃度連続モニタリングシステムを用い,実際にカラム装置を組み立て、豊浦砂でセンサー、制御系の動作を確認した。その後、宮城県岩沼市で採取した津波被災地の塩含有土壌を用いて実験を行い、土壌水分条件・カラムに挿入するCO2濃度の検討,土中温度・水分量測定用のTDRセンサー・CO2測定センサーの動作確認を行った.TDRによる水分モニタリングについて、豊浦砂の時には問題が無かったが、土壌が塩を含む場合、本実験で想定するように表層土壌の水分が低くなる場合、見かけの塩分濃度が上昇し、TDR法による水分量測定の制度に問題があることが確認され、比較的高水分状態の時はTDRで測定するとして、低水分状態の水分モニタリング方法についてはさらに検討することとした。また、土中ガス濃度調整のためのマスフローコントローラーの設定値の決定に時間を要した。当初想定していた黒龍江省の粘性土の入手が困難であったため、代用として、低湿地で粘性土が分布し、塩類集積が問題となっているベトナム国南部のメコンデルタで、排水不良で乾燥すると大きなキレツの発生する水田圃場から実験用の粘性土を採取し、実験に供するための準備を行った。土壌中の気相の化学性に応じた、液相の化学反応や移動現象のモデル化について、PhreeqCによる有機物分解の数値モデルの構築を行い、ある程度、有機物の分解に伴うCO2発生を表現できるようになった。これについては、土壌肥料学会大会で発表した。物質移動モデルとの結合の準備はかなり進展したと考えられる。実際の土壌を用いて実験を行うと土壌中の二酸化炭素の濃度の精密制御(増すフローコントローラーの設定)と塩分を含んだ低水分量の土壌の水分量モニタリングが難しく、試行錯誤を行った。また、土壌中に塩類が存在する時に低水分時にTDR水分センサーの測定精度が著しく低下したため、代替のモニタリング手法の追加検討を要した。固体の炭酸塩、気相のCO2、水の溶解平衡反応から考えると、気相のCO2分圧が増加するとCaCO3の溶解度が増すと考えられる。これは、ビーカーの中で実験すると簡単に確認できる現象であるが、土壌中でも有機物分解等の微生物活動に伴う土中CO2分圧の上昇がCaCO3の溶解を促進し,塩の集積や溶脱が促進される可能性が示唆されている。そこで、土中CO2分圧に伴うCaCO3の溶解促進に伴って土壌表面における塩類集積に変化が生じるという作業仮説について、化学平衡の側面と土壌カラムを用いた非定常な室内蒸発実験の側面から検討を行った。前年度までに、土中ガスの制御装置の設計、運用法を確立したが、水分センサー(TDR)が塩分の影響を受けるため、地表近傍で。低水分かつ高含塩状態の時に補足的に水分量をモニタリングする手法として,ヒートプローブ法を導入することとし、センサーの校正や精度の評価をおこなった。装置が出来上がったため、実際に津波被害を受けた水田土壌で蒸発実験を行った。水分供給は地下水を想定しカラム下部からマリオット管を用いて一定水圧で給水したが,想定していたよりも非常に少ない供給量となり、実験に予想以上に長時間を要した.これが、表層における乾燥被膜のせいであるか、それとも、実験中に土壌構造が変化し、透水性が低下したためであるかは明らかにならなかった。いずれにせよ、試料の物性から想定される実験時間よりもかなり長い時間を要した。

この現象は、浸透する水によって供給されるO2、水分量の多少で決まるガス拡散係数に支配される気体O2の供給、微生物呼吸によるO2消費とCO2発生ならびに塩類を運ぶ水移動量(≒蒸発量)が相互に関連して炭酸塩の溶解およびこれに伴うイオン交換が起きるため、現象を見るためには一年を超える長期のカラム実験を維持することが必要であると考えられた。1960年代から乾燥地・半乾燥地の塩類集積に関して、Naイオンが卓越するNa土壌とCa資材を用いた改良についての研究が広く行われてきた。一方、塩類集積地では、炭酸Ca等の炭酸塩が集積している所も多く、この場合、炭酸塩の水溶解性が低いため、塩類集積の改善が困難である。炭酸塩は、土中水と気相のCO2と化学平衡するため、土壌中のCO2濃度を高くするとよく溶解する。この点に着目し、土壌呼吸等による土壌中CO2濃度の変動と土中の炭酸カルシウムの溶解、さらにはこの溶解によって増大することが期待されるCaイオンのNa土壌改良効果を評価する土壌空気成分制御型室内土壌カラム実験装置を開発した。平成26年度について,実験装置の設計製作は予定通り進行したが,動作確認の中,土中二酸化炭素濃度の制御を行うシステムに不可欠なマスフロー制御装置に不具合が生じた.チェックと改善のための試行を繰り返したが状態が復帰せず,最終的に製作会社に依頼して検査・修理を行った.これらに日数を要したため,実験実施については予備実験実施までの実施となり,全体としては若干の遅れがあるものと自己評価した.砂質塩性土のカラム蒸発実験を行い、蒸発実験後の塩の分布について分析を行う。その後、粘性土を用いたカラム蒸発実験を開始する。昨年度取り組んだPhreeqCに汎用土中水・溶質移動モデルのHydrus-1Dを組み合わせ、土壌中のCO2濃度環境の違いによる塩類集積の違いを表現する物理モデルを構築し、実験データを用いてモデルの検証を行う。土壌物理学前年度までに装置ができ上がり,ガス制御装置の不具合も改善したので,平成27年度には,当初から砂質の透水性・通気性の高い土壌を用いたカラム培養実験を行う.培養中に粘性土の採取・調製を行い,砂質土の実験が終了後速やかに透水性・通気性の低く.保水性の高い粘性土を用いた実験を開始する.粘性土の実験に関しては.透水性が低いことから砂質土に比べてかなり長い期間培養する必要が生じる可能性がある.場合によっては,申請書に予定していた中国黒龍江省の粘性土を使用した実験を行う時間が不足する可能性がある.そこで,当初の研究期間内に可能な限り結果が得られるように,数値計算を使って培養期間の検討を行う.また,日本の粘性土を用いた実験で黒龍江省の塩類集積地において観察された現象が説明できるかどうかという課題を念頭におきながら数値モデルを用いた検討を行う.数値モデルの利用にあたっては,既存のモデルでは取り扱いが不十分である有機物の分解に伴う土中の二酸化炭素濃度上昇と土中の溶質・ガスの移動を表現できる物理・化学モデルの構築を目標に研究を進める.
CD244抗原発現とCD8^+細胞傷害性T細胞の機能的分化

(1)新生児CD8+T細胞はCD244陰性であるのに対し,成人CD8+T細胞は約40-50%がCD244陽性であり,加齢に伴いCD244陽性比率は増加した.CD28,CD62L発現を3重解析するとCD244陰性細胞は全てCD28陽性CD62L陽性であるのに対し,CD244陽性細胞はCD28,CD62L陽性,陰性の亜群が存在した.伝染性単核球症(IM)や麻疹のCD8+T細胞ではCD244+細胞の増加が顕かで,特にCD28,CD62L陽性CD244陽性CD8+T細胞の増加が著明であった.(2)CD244陽性,陰性CD8+T細胞亜群における表面抗原,細胞内傷害性蛋白を解析した.CD244-細胞はどの表面分子発現からもナイーブ細胞として表面形質を示し,パーフォリン,グランザイムB, TIA-1発現も認めなかった.一方,CD244陽性細胞は,メモリー細胞表面形質を呈した.(3)NaiveT細胞ではTCRレパートワは多様性に富むがmemory-T細胞では限られたT細胞レパートワであることが予想され,TCR CDR3 spectrum解析をCD244陽性、陰性各細胞亜群において解析した.CD244陰性細胞は全てのTCRVβでガウス分布を呈したが,CD244陽性分画は多くのTCRVβでskewedパターンを示した.また,CD28陽性細胞より陰性細胞で,CD62L陽性細胞より陰性細胞で複雑指数は低下していた。(4)CD244陽性CD8+T細胞への生体内でのCD244陰性細胞から陽性細胞への転換をin vitroにてCD244-CD8+T細胞を刺激培養して確認した.CD244発現はCD3刺激にて培養早期から増強した.一方,CD28,CD62L-分画への転換は2-3週間かかり緩除に進行した.(5)機能的分化における細胞分裂の程度を定量化するため、各細胞分画におけるTREC含有量を測定したところ、CD244陰性細胞は最も多くTREC量が多く、CD28CD62L陽性CD244陽性細胞、CD28/CD62L陰性CD244陽性細胞分画の順にTREC含有量は減少した。(1)新生児CD8+T細胞のほとんどはCD244陰性であるのに対し,成人CD8+T細胞では約40-50%がCD244陽性であり,加齢に伴い年齢依存的にCD244陽性比率は増加した.CD28,CD62L発現を3重解析するとCD244陰性細胞は全てCD28陽性CD62L陽性であるのに対し,CD244+細胞はCD28,CD62L陽性,陰性の二つの亜群が存在した.伝染性単核球症(IM)や麻疹のCD8+T細胞ではCD244+細胞の増加が顕かで特に正常対象と比較しCD28,CD62L陽性CD244陽性CD8+T細胞の増加が著明であった.(2)CD244陽性,陰性CD8+T細胞亜群における表面抗原,細胞内傷害性蛋白の発現相違を解析した.

CD244-細胞はどの表面分子発現からもナイーブ細胞として表面形質を示し,パーフォリン,グランザイムB,TIA-1発現も認めなかった.一方,CD244+細胞は,メモリー細胞表面形質を呈した.(3)NaiveT細胞ではTCRレパートワは多様性に富むがmemory-T細胞では限られたT細胞レパートワであることが予想され,TCR CDR3 spectrum解析をCD244陽性、陰性各細胞亜群において解析した.CD244陰性細胞は全てのTCRVβでガウス分布を呈したが,CD244+分画は多くのTCRVβでskewedパターンを示した.また,CD28陽性細胞より陰性細胞で,CD62L陽性細胞より陰性細胞で複雑さ指数は低下する傾向が強かった.(4)CD244+CD8+T細胞へのin vitroでの誘導生体内でのCD244陰性細胞から陽性細胞への転換をin vitroにて分離したCD244-CD8+T細胞を刺激培養して確認した.CD244発現はCD3刺激にて培養早期から増強した.一方,CD28,CD62L-分画への転換は2-3週間かかり緩除に進行した.(1)TCRレパートワはNaive T細胞において多様性を認めるが、memory-T細胞では限られたT細胞レパートワであることが予想され,TCR CDR3 spectrum解析をCD244陽性、陰性各細胞亜群において解析した.CD244陰性細胞は全てのTCRVβでガウス分布を呈したことから多様性に富む細胞集団であることが示された。一方CD244+分画は多くのTCRVβでskewedパターンを示し、限定された抗原特異的細胞集団であることが示唆された。メモリーT細胞の中ではCD28陽性細胞より陰性細胞で,CD62L陽性細胞より陰性細胞で複雑さ指数の低下傾向が強かった.(2)CD244陽性CD8+T細胞へのin vitroでの誘導生体内でのCD244陰性細胞から陽性細胞への転換をin vitroにて分離したCD244陰性のCD8+T細胞を刺激培養して確認した.CD244発現はCD3刺激にて培養早期から増強した.一方,CD244陽性CD28,CD62L陽性細胞からCD244陽性CD28陰性,CD62L陰性細胞分画への転換は2-3週間かかり緩除に進行した.(3)異なるCD8細胞分画における生体内での細胞分化・細胞分裂の履歴を比較するため、CD244陰性ナイーブ細胞、CD244陽性CD28,CD62L陽性細胞、CD244陽性CD28陰性,CD62L陰性細胞分画におけるTREC含有量を定量的PCRにて解析した。TREC含有量はCD244陰性ナイーブ細胞、CD244陽性CD28,CD62L陽性細胞、CD244陽性CD28陰性,CD62L陰性細胞分画の順に指数関数的に減少し、この順に分化していくと想定された。(4)CD8+細胞の多くがCD244陽性CD28陰性,CD62L陰性細胞をしめる伝染性単核症では、CD8+細胞アポトーシス指向性でBcl-2発現減少を認めることから、健康人でのCD8細胞分画のアポトーシス指向性でBcl-2発現を解析すると、CD244陽性CD28,CD62L陽性細胞のみがアポトーシス指向性とBcl-2発現の減少が確認された。
バクトリアのギリシア都市の美術・考古学調査-ウズベキスタン共和国カンピール・テパ

地中海文明、イラン文明、インド文明と中国文明が出会う中央アジアにおいて、特にアレクサンドロス大王遠征の実証的研究を目的として、バクトリア地方のアム河河畔のギリシア・クシャン系の都市カンピール・テパを発掘し、その遺構や遺物から前4世紀から後2世紀までの同都市の変遷を解明した。ギリシアの神々ディオニュソスとアリアドネが表されたテラコッタ製遺物からは、この地までディオニュソス教が伝播しその信者が存在したこと、図像からはギリシア文明とインド文明が融合していることを明らかにした。中央ユーラシア、さらにその中央のバクトリア地方は、東西南北の交流の要点として世界史上極めて重要であるが、東西の狭間に陥りその研究の遅滞は著しい。研究代表者はウズベキスタン共和国芸術アカデミーのジャンガル・イリヤソフ氏を共同パートナーとし、日本・ウズベキスタン合同発掘調査隊を組織し、アム河右岸の渡河点の古代都市カンピール・テパの発掘調査を実施した。研究代表者はウズベキスタン共和国芸術アカデミーのジャンガル・イリヤソフ氏を共同パートナーとし、国際日本文化研究センターの宇野隆夫氏の参加を得て、駒沢大学の古庄浩明氏、カリフォルニア大学の近藤さおり氏、大阪府文化財センターの長嶺睦氏、アレクセイ・ゴリン氏の各氏が発掘調査を実施した。研究分担者の岡田文男と内田俊秀は、出土遺物の保存処理の監督を行った。現地発掘調査期間は2006年7月21日から8月25日まで。9月からはタシケントのキャラバン・サライで遺物の整理作業を行った。発掘対象地域はテパ中心部のツィタデリの西部区域とした。従来の発掘による層位が一様でないので、最も古い検出面であるグレコ・バクトリア時代からクシャン時代への転換期に全体を合わせ、その上でグレコ・バクトリア時代からそれ以前の層位に達することを目標とした。しかし一部でクシャン時代層の直下に地山が検出され、グレコ・バクトリア時代層がない可能性が高まった。そこでツィタデリ東部区域の発掘も開始した。検出遺構と多くの出土遺物から以下が判明。西部区域の一部にはグレコ・バクトリア時代の都市はないこと。この発見はグレコ・バクトリア時代の都市形成過程の研究に大きな進展をもたらした。(東部区域では同時代の層が検出されているので都市の西方への広がりの範囲確認が今後の課題。)また西端区域において、クシャン時代初期には都市プランが変更され、それ以降に一時的に放棄、その後にカニシカ時代に再び整地がされ建造物がたてられるも、それ以降にテパは放棄されたことも判明。なおGISによる地形図作成の為に、宇野氏が現地作業を行い、宮原健吾、寺村裕史の各氏が分析作成した。来年度は、テパ西部区域を完掘し、東部区域でのグレコ・バクトリア時代への発掘作業を継続する。研究代表者はウズベキスタン共和国芸術アカデミーのジャンガル・イリヤソフ氏を共同パートナーとし、国際日本文化研究センターの宇野隆夫氏の参加を得て、駒沢大学の古庄浩明氏、早稲田大学の相馬拓也氏、アレクセイ・ゴリン氏の各氏が発掘調査を実施した。現地発掘調査期間は2007年8月1日9月5日、9月28日10月3日。それ以降はタシケントのキャラバン・サライで遺物の整理作業を行い、特に10月23日11月7日は古庄氏がその監督をした。2007年度には、ツィタデリ西部区域と、東部区域でクシャン朝時代からグレコ・バクトリア時代への発掘を継続した。その結果、都市全域にわたり4期(クシャン朝時代以前の都市計画→クシャン時代初期に都市プラン変更→一時的に放棄→カニシカ時代に再び整地がされ建造物建立→テパ全体が放棄される)がある蓋然性が高まった。都市全域にわたって4つの時期を認めるならば、そこに大規模な都市計画が存在し、つまりそれを施工できる政治的権力が存在し、そして施行しなければならなかった何らかの政治的・社会的理由の存在を想定することができよう。遺物としては、多くの土器片と共に、クシャン朝と西隣のパルティア王朝との関係に関わるギリシア語文献の不明点を明らかにする緑柚陶器、ギリシア文明とインド文明の融合を如実に示す熱く抱擁・接吻する男女テラコッタ像が特筆できる。GISによるテパとその周囲の地勢に関するデータ解析と考察も行った。コスト距離によりテパの管轄領域と戦略的領域が判明し、河道復元、眺望範囲などの観点からの考察により、テパが戦略的に極めて勝れた位置にあることが示された。

研究代表者はウズベキスタン共和国芸術アカデミーのジャンガル・イリヤソフ氏を共同パートナーとし、駒沢大学の古庄浩明氏、京都大学大学院の内記理氏、ウズベキスタン歴史博物館のオタベック・アリフジャノフ氏、アレクセイ・ゴリン氏の各氏が発掘調査を実施した。現地での発掘調査期間は2008年8月6日9月3日、それ以降はタシケントのキャラバン・サライで遺物の整理作業を行った。2006年度には都市中央部のツィタデリ(内城)の西区、2007年度にはツィタデリの西区と東区の紀元後2世紀初期のクシャン朝のカニシカ王時代から紀元前後の層位まで発掘調査を進めてきたが、2008年度に西区と東区においてさらに下層の発掘調査を進め、この時期の都市の発展の様相の解明にさらに成果をあげた。つまり、都市全域にわたり4期(クシャン朝時代以前の都市計画→クシャン時代初期に都市プラン変更→一時的に放棄→カニシカ時代に再び整地がされ建造物建立→テパ全体が放棄される)がある蓋然性がさらに高まった。また特筆すべき成果としては、東区においてさらに掘り進めた結果、紀元前300年頃の遺構を検出するに至ったことである。層位関係、カーボン14による年代決定、土器及びレンガの寸法による編年がすべてこの年代決定を肯定する。これによってカンピール・テパは、その歴史が少なくともセレウコス朝時代にまで遡る、中央ユーラシアにおける極めて貴重な古代都市遺構であることが明瞭となった。なお多数の遺物が出土し、その図面化と研究をも進めている。出土遺物の研究の為に、中央アジアのギリシア図像を総覧した結果、ディオニュソス等の特定の図像が多いこと、したがってギリシア図像はアジアに選択的に伝播していることが判明した。西側の伝播力の強さと同時に、東側の吸引力の存在とその強さを認めるべきであり、東の視点から見た吸引力をこれからのヘレニズム研究においては設定すべきで、従来の「ヘレニズム」の概念の変更が必要であることが判明した。東側の最大の吸引力の磁場は仏教であり、「共通の言語体系」で「グローバル」なヘレニズム図像は、「個々の土地での文脈・物語」で「ローカル」な仏教の中へ取り込まれてゆく。その時系列的研究の結果、ヘレニズム図像は初期は未消化で無機的に仏像に併置されたが、次第に有機的に融合してゆくことが明らかになった。従来、ローカルに取り込まれるグローバルであるヘレニズム図像の宗教的意味の変容の研究では、「西」と「俗」からの視点が欠如していた。出家者の観点、経典依拠の研究のみでは仏教は「東洋人」の「宗教」としか捉え得ず、「西」からや「文化」としての認識が必要である。これからは在家ギリシア人仏教徒の視点からの造形言語に依拠した研究が益々必要であることが判明した。さらに従来の「シルクロード」の概念も変更が迫られる。従来は西と東にのみ視座があり、その間は単なる「ロード」であった。しかしユーラシア大陸は単なる東西間の通路でも中継地でもなく、そこもまたローカルな物語を持つ自己完結した世界であり、造形や思想を変容させ新たなものを創造する場なのである。かつて「シルクロード史観批判」では南部オアシス定住民と北部草原テュルク系遊牧民との間の南北関係が強調されたが、結局は、東西も南北も大事なのであり、従ってユーラシア大陸全体に文明の十字路あるいはインターネットがあると捉え、そこも新しい文化の創造地・発信地であることを再認識すべきである。
固体水素と不安定原子核ビームの散乱による錫132の陽子・中性子分布の測定

不安定核ビーム用に開発した大面積(直径32mm)の1mm厚の固体水素シートに200A( Aは質量数)MeVのSn132不安定核ビームを照射して、陽子弾性散乱を逆運動学法で測定した。測定は成功し、現在解析中である。この結果と次回に測定予定の300A MeVの実験結果と合わせて解析することで陽子・中性子分布が独立に求める予定である。その解析方法の準備として、安定核であるZr90の陽子弾性散乱をEp=200、300MeVで測定し陽子分布と中性子分布を独立に抽出してみたところ、得られた陽子分布は電子散乱から抽出したものと実験誤差の範囲内で一致することを確認できた。Sn132での結果が期待される。Zr90からの陽子弾性散乱弾性散乱を200MeVと300MeVで測定して、散乱の角度分布を相対論的インパルス近似を用いて解析した結果、陽子分布と中性子分布を独立に抽出することに成功した。得られた陽子分布を電子散乱で得られた電荷分布から求めた陽子分布と比較したところ、測定および解析の誤差の範囲内できれいに両者が一致することが判明した。この解析をZr92,Zr94に拡張してまとめる予定である。炭素14からの陽子弾性散乱については標的が1ギガBeq.の放射性物質であるためにセンター内に外部委員を交えた安全審査委員会を立ち上げて、標的の作成およびマウント方法、測定の際の真空膜破断にたいする緊急バルブ動作などの念入りな審査を受けた。その結果、実験を行って良いという判断をもらった。現在炭素14の素材を注文する直前の状態である。これで平成28年度中に測定を終了できる目安がやっと整った。理化学研究所ではビームタイムが非常に混んでいる。核子当たり300MeVの錫132からの陽子弾性散乱を効率良く測定するために、長さ7mのレールを4本敷設して、前回の科研費で建設した大型パレット2台に車輪をとりつけて、実験の際のみ測定装置をビームライン上に移動して設置し、散乱を測定し、実験以外の時は待避場所で測定の準備をするという体制を作り上げた。年度末ぎりぎりであったが、どうにかレールシステムを完成させることができ平成28年度4月からの実験に間に合わせることができた。パレット1台の重量は2.3トンにもなるが、人間一人の力で軽く移動させることができ、位置の再現性も100ミクロンより良い精度であることが確認できた。4月からの実験での活躍が期待される。本来はZrシリーズの解析はもっと進んでも良かったのであるが、炭素14の準備やレールシステムの準備に手を取られて少し遅れ気味あるといえる。放射性物質C14を標的とする散乱実験に対して学外の委員を含めた安全審査委員会が実験に対して好意的な結論を出してくれたので、炭素14の弾性散乱がかなり進んだといえる。また不安定核弾性散乱測定装置を移動させるレールシステムについては費用の面で本科研費だけでは無理であった。幸いにも平成27年度は理研側の援助および共同研究者の資金を合わせてどうにか費用を賄うことが可能になった。その意味では非常にうまく進んだといえる。しかし、全体としてみれば順調に進展していると言える。1)132Sn陽子弾性散乱測定核子当たり200MeVの錫132不安定核ビームと固体水素標的による陽子弾性散乱測定を平成28年5月に実施し、無事測定に成功した。理研側の加速粒子計画の都合で核子当たり300MeVでの測定は平成29年度以降に延期になった。現在200MeVでの測定結果の整理とまとめを行っている。2)シンチレーター測定器の改良5月の132Sn実験ではトリガー系測定器にプラスチックシンチレーターを使用したが測定器の劣化が激しく、30分毎に照射場所を変えないと測定を継続出来ない状況であった。予想していたとは言えひどすぎるので、キセノンガスを使用したシンチレーターのテストを放医研で行い、良好な結果を得た。次の錫132の300MeV/A実験では実用化することを目標に準備をしている。3)炭素14標的による陽子弾性散乱測定実験計画に対する学内外の放射性物質利用の安全審査を経て、炭素14粉末を購入してプレスして炭素14シートを作製して,陽子弾性散乱実験を挙行した。測定の結果では購入した粉末中の炭素14濃度が規格の1/5以下であることが判明し、予定の成果を挙げることができなかった。現在炭素14供給元と交渉中である。粉末をシートにする技術等につては確立した。再実験を予定している。4)安定核での陽子、中性子分布の分離測定テストZr90,92,94の安定核でEp=200MeV, 300MeVでの弾性散乱から陽子、中性子分布を抽出して電子散乱の結果と比較するプロジェクトは200MeVでの媒質効果の調整で難航している。殆ど旨く行っているので散乱断面積の規格化で逃げられないかを検討している。不安定核である錫132ビームによる測定は核子当たり200MeVでは測定を終え、あとは300MeVを残すだけとなった。これが今年度中に測定出来るかは理研側の加速器運転計画と絡んでおり微妙なところである。同じく不安定核の炭素14は業者より購入した粉末に不備があり再測定を余儀なくされている。すでに測定済みのZrアイソトープの解析は難航はしているが今年度中には公表出来る予定である。

全体としてみてやや遅れていると判断せざるを得ない。データ収集した200A (Aは質量数)MeVの不安定核錫132の固体水素からの弾性散乱のデーター解析を行った。200A MeVの錫132ビームでの測定の際にはビームライン上に設置していたプラスチックシンチレーターがビームのために損傷し30分ごとに照射位置を変更せざるを得なかった。300A MeVのビームではこの状況がさらに悪化することが予想される。その対策として新たに高圧キセノンガスシンチの開発を東北大RIセンターと放医研のビームを用いて実際の測定の際と同し粒子エネルギーすなわち300MeVx132=39.6GeVで行い、飛行粒子弁別能力はSi-半導体検出器を上回り、時間応答もピコ秒のオーダーであることが判明した。既存のどの検出器より良い性能であることが確認できたので、不安定核ビームラインを担当しているグループと共同でXe-gasシンチレーターを理研ビームラインに300A MeVの測定前に導入することを検討している。不安定核ビーム用に開発した大面積(直径32mm)の1mm厚の固体水素シートに200A( Aは質量数)MeVのSn132不安定核ビームを照射して、陽子弾性散乱を逆運動学法で測定した。測定は成功し、現在解析中である。この結果と次回に測定予定の300A MeVの実験結果と合わせて解析することで陽子・中性子分布が独立に求める予定である。その解析方法の準備として、安定核であるZr90の陽子弾性散乱をEp=200、300MeVで測定し陽子分布と中性子分布を独立に抽出してみたところ、得られた陽子分布は電子散乱から抽出したものと実験誤差の範囲内で一致することを確認できた。Sn132での結果が期待される。レールシステムは思いの外うまく行った。しかし、成功してみると欲が出て、不安定核陽子散乱実験準備の最大の難関である固体水素標的作製作業を実験装置の待避場所で行い、真空排気系や冷凍機、測定回路系まで動作させた状態でビームライン上に移動し、全ての測定器系をセットできるようにしたいと思い始めた。その実現に向けて来年度からは努力していきたい。おおむね順調に計画通り進んでいるので、このまま頑張っていきたい。不安定核ビーム錫132の核子当たり300MeVでの測定はガスシンチレーターの導入で技術的にはメドがついた。最悪今年度は無理でも来年度中には測定を終了したい。C14標的の測定は技術面での問題箇所は全て解決しているので今年度中に再測定を終え、来年度には200MeVでの測定を終了して、陽子、中性子分布を別々に求めるつもりである。原子核物理学実験錫132の本測定が次の5月に予定されているために頻繁に実験準備のために出張していたが、予算をオーバーしそうになったので年度末である3月の出張旅費は一律に全て日当不支給にした。そのために黒字を残してしまった。懸案であった放射性物質14Cを標的とした測定実験が年度末に割り当てられたために、緊急の支出を見込んで少し予算を残しておいたために、使用金額が少し残ってしまった。新年度の4月、5月にも頻繁に実験準備で理化学研究所に出張するので問題無く消化出来る見込みである。C14に関しては納入業者の不手際のために再測定を余儀なくされているので、その分準備等に費用がかかるので充分予算は消化出来ると踏んでいます。
採掘の進行が周辺岩盤に及ぼす影響を監視するための測定器の開発に関する試験研究

金属鉱山での採掘の進行が周辺岩盤に及ぼす影響を監視するための測定器として、弓形フラットジャッキを用いる岩盤応力測定器およびボアホールに設置する、岩盤応力変化の測定のための油圧カプセルを開発し、岡山県柵原鉱山において原位置測定を行なった。弓形フラットジャッキを用いる岩盤応力測定器は、坑道壁面に直径780mmのダイヤモンドホイールを用いるダイヤモンドカッターによって厚さ約5mm、最大深さ約300mmの弓形のスロットを掘削し、このスロットとほぼ同じ形、寸法の弓形フラットジャッキを挿入して、フラットジャッキが直接岩盤に接触した状態でスロットの両側の岩盤を加圧するものである。岩盤の変形はスロット中央部付近の変位を、スロットの両端付近に設置した2個の差動変圧器を用いいて求める方法により測定した。この弓形フラットジャッキによる測定を、先に実施した正方形フラットジャッキを削岩機により掘削したスロットにセメントモルタルを用いて埋設する方法と比べると、前者の方が精度が高い結果が得られることが認められた。岩盤応力変化の測定のための油圧カプセルは、長方形の小型フラットジャッキを鋼製部品ではさんで、直径100mmのボアホール内に固定する型式のもので、岩盤応力の変化に伴って変化するフラットジャッキ内の油圧が圧力変換器を介してデジタルひずみ記録計で記録される。この油圧カプセル5個を柵原鉱山の21条鉱柱内の採掘切羽付近に設置して、昨年9月以来約6ヶ月にわたって採掘の進行に伴う周辺岩盤の応力変化を測定している。この鉱山で同時に用いられているセメントモルタルで埋設する方式の油圧カプセルは、モルタルのクリープや応力緩和の影響により油圧が減少する傾向があるが、このたび試作した油圧カプセルではこのような現象は認められず、硬岩中の岩盤応力変化の測定に適している。
アルカリ土類金属を用いた新しいシリコン系半導体の探探

アルカリ土類金属シリサイドの一つである半導体BaSi_2は、禁制帯幅が約1.1eVであり、光吸収係数が結晶Siよりも約百倍大きいと予想されるため、新しい薄膜太陽電池材料として注目している。しかしながら、薄膜の成長条件やその物性は殆ど分かっていない。本研究では、Si(111)基板上に分子線エピタキシー法(MBE法)を用いてBaSi_2膜を形成し、エピタキシャル成長の条件を確立するとともに、BaSi_2薄膜の光学・電気特性を評価した。結晶成長の条件から、450度から750度の広い成長温度範囲にわたり、熱反応堆積法により形成した膜厚10nm程度のBaSi_2テンプレートを用いることで、[100]高配向のBaSi_2膜を形成できた。X線ピークの半値幅、表面の平坦性から、成長温度としては600度付近が最適であることが分かった。さらに、X線極点図測定から、Si(111)基板上に3回対称のマルチドメイン構造となって面内回転してBaSi_2が成長していることが分かった。電気特性を評価したところ、室温でn型を示し、キャリア密度は5×10^<15>cm^<-3>、移動度は820cm^2/Vsであった。次に、BaSi_2の格子定数を変調して、BaSi_2の禁制帯幅を制御するバンドエンジニアリングを目指すため、BaSi_2のBaの一部を等電子的なSrに置換した薄膜の成長を行った。MBE法によるBaSi_2薄膜の成長温度である600度にて成長を行ったところ、Si(111)基板上にBa_<1-x>Sr_xSi_2膜がエピタキシャルした。さらに、X線回折測定より、SrSi_2モル分率xが増加するにつれて、回折ピークが高角度側にシフトした。解析したところ、a軸の格子定数が線形に減少する結果が得られた。半導体BaSi_2は、禁制帯幅が1eVのSiベースの新しい半導体として期待されている。この材料を実際のデバイスへ応用するには、Si基板上に高品質なBaSi_2薄膜を形成する必要がある。しかしながら、これまでBaSi_2薄膜の成長に関する研究は殆ど行われていない。そこで本研究では、Si(111)基板上へBaとSiを同時に照射する分子線エピタキシー(MBE)法を用いて、半導体BaSi_2をエピタキシャル成長する条件を見出すことを目的に実験を行った。まず、BaとSiをその蒸着量を1:2のストイキオメトリーになるよう設定し、MBE成長を行ったが、エピタキシャル成長できず、多結晶となった。そこで、Baのみを500度に加熱したSi(111)基板に蒸着する熱反応堆積法(RDE)により、膜厚20nmと薄いながらも[100]配向したBaSi_2をエピタキシャル成長し、これをテンプレートとした。この上に、BaSi_2をMBE法により成長することで、500度から750度の広い温度範囲にわたり、BaSi_2のエピタキシャル成長を実現した。これは、RDE法で形成した下地のBaSi_2膜が種結晶として働き、その上に堆積するBaSi_2膜の結晶軸の方向を揃えたためと考えられる。次に、このBaSi_2膜の基板面内回転について、X線極点図測定を行った。非対称面であるBaSi_2(112)面を使って測定したところ、BaSi_2は、Si(111)基板の三回対称性を反映して、a軸を中心に120度回転した3つのドメインから形成されていることがわかった。このようにドメインを形成するのは、両材料の格子不整合を緩和するように製膜するためと考えられる。

さらに、X線回折測定より、SrSi_2モル分率xが増加するにつれて、回折ピークが高角度側にシフトした。解析したところ、a軸の格子定数が線形に減少する結果が得られた。
マンガニンゲ-ジと高圧磁気変態を利用した衝撃超高圧状態の解明

衝撃高圧力測定用のマンガニンゲ-ジは、被測定物質中に埋め込まれ、圧力負荷時の電気抵抗の変化より負荷圧力を求めるものであり、測定時にはゲ-ジに一定電流が流されるため、その電流によりゲ-ジ周囲の被測定物質は磁化される。もし、高圧力負荷時に被測定物質に磁気的な変態が生じ、磁化の程度に変化が生ずれば、それに起因してゲ-ジの出力には、圧力によるものの上に特異な電気信号が重畳することになるので圧力に加え磁気変態をも検出することができる。一方、衝撃超高圧下における固体の変態については、未だ不明な点が多く、特に変態速度については、マイクロ秒オ-ダの短時間に変態が進行、完了するという考え方もある。本研究では、純鉄の13GPaにおけるα→ε変態(強磁性→常磁性変態)を取りあげ、この変態速度に関する情報を得ることを試みた。このような研究方法は、未だ試みられたことがない。本研究では、純度99.5%の工業用純鉄の二枚の平板試料間にマンガニンゲ-ジを夾んで埋め込んだ試料アセンブリに、火薬銃で加速した銅飛翔板を平行衝突させて衝撃高圧を負荷した。負荷圧力が1618GPaになると、マンガニンゲ-ジから圧力信号に重畳して鉄のα→ε変態に起因すると考えられる誘導信号が現れた。負荷圧力を変化させて得られた信号、およびマンガニンゲ-ジと同形の銅箔製ピックアップコイルをゲ-ジと同一場所に重ねて埋め込んで得られた信号等を解析することにより次のようなことが明らかになった。1.マンガニンゲ-ジにより、鉄の高圧変態(強磁性→常磁性変態)に関する情報を得ることができる。2.純鉄の衝撃高圧下での変態速度は、負荷圧力と共に増加すると推察される。次年度は、上記推察をさらに確かめる研究を展開する予定。
バクテリオファージのリアリスティックモデルによる遺伝子調節機構の研究

本研究は,遺伝子調節機構のプロトタイプとしてバクテリオファージλのリアリスティックな計算モデルを構築し,コンピュータ上(in silico)でその遺伝子調節機構を解析することを目的とする.今年度はその最終段階として,遺伝子調節機構計算モデルの構築・解析を行った.その中でも特に,熱揺らぎが遺伝子調節機構に及ぼす影響に関する理論的解析を詳細に行った.具体的には以下の通りである.1.まずこれまでの実験的に得られたデータ(遺伝子調節に関わるタンパク質の種類とその構造,化学反応の平衡定数や反応速度定数,遺伝子配列情報など)を収集・整理し,それらのデータを基に,バクテリオファージの遺伝子調節機構を記述する確率論的計算モデルを構築した.2.確率論的計算モデルの解析法としては,反応速度論的解析法(決定論的解析+加法雑音,計算コストが低い近似計算)とモンテカルロ的解析法(計算コストが高い厳密計算)の2つが挙げられる.両解析手法の比較を行った結果,遺伝子調節系では前者の近似計算では誤差が大きすぎ,重要な現象を見落とす可能性のあることを確認した.3.スーパーコンピューターによる解析も試みたが,アルゴリズムのベクトル化,並列化による計算速度の向上はさほど見られなかったため,高速CPUを持つパーソナルコンピュータによる解析に切り替え,合わせてモンテカルロ計算に基づくアルゴリズムの高速化を行った.4.1998年にL.Arnoldによって提案されたRandom Dynamical System理論を遺伝子調節系の計算モデルに適用し,力学系としての解析を行った.その結果,熱揺らぎの存在により,生態系としては望ましくない劇的な系の変化(力学系でいう「分岐現象」)を抑え,系全体の安定化に熱雑音が貢献していることが明らかになった.本研究は,遺伝子調節機構のプロトタイプとしてバクテリオファージλのリアリスティックな計算モデルを構築し,コンピュータ上(in silico)でその遺伝子調節機構を解析することを目的とする.今年度はその準備段階として,比較的小規模で解析の容易な計算モデルの構築とその解析を行った.具体的には以下の通りである.1.まずこれまでの実験的に得られたデータ(遺伝子調節に関わるタンパク質の種類とその構造,化学反応の平衡定数や反応速度定数,遺伝子配列情報など)を収集・整理し,計算機モデル構築の準備を行った.そしてそれらのデータを基に,比較的小規模で解析の容易な遺伝子調節の計算モデルを構築した.2.バクテリオファージλの場合,宿主の大腸菌内に存在する遺伝子調節タンパクは200個程度しかなく、熱揺らぎの影響を無視できない.しかし実験的に熱揺らぎの影響を調べるには,技術的問題や対象自身の複雑さなどから非常に困難を伴う.そこで我々は,構築した計算モデルを用い,バクテリオファージの遺伝子調節タンパクが熱揺らぎによってブラウン運動すると仮定し,遺伝子調節機構における熱ゆらぎの影響の同定を行った.またその際に,Gillespieにより提案されたモンテカルロ手法を基に,調節タンパク数の確率的増減が遺伝子発現に与える影響を数値計算するための数値解析的手法を確立した.3.数値計算の結果,調節タンパクの熱揺らぎ自身は無視できないほどの大きさだが,遺伝子調節機構全体でみると発現タンパク量を劇的に変えるほどの影響力は無いことが初めて定量的に明らかとなった.この結果は遺伝子調節機構内に発現の確率的変動を軽減するなんらかの仕組みが存在することを示唆する.本研究は,遺伝子調節機構のプロトタイプとしてバクテリオファージλのリアリスティックな計算モデルを構築し,コンピュータ上(in silico)でその遺伝子調節機構を解析することを目的とする.準備段階であった昨年度の結果を踏まえ,本年度は中規模の遺伝子調節機構数理モデルの構築と解析を行った.主に,遺伝子調節機構における熱揺らぎの影響を理論的に解析した.具体的には以下の通りである.1.昨年度は比較的小規模で解析の容易な遺伝子調節の計算モデルを構築した.本年度はさらにリボソームによる遺伝子情報の翻訳を組み込んだ中規模計算モデルを構築した.2.遺伝子調節機構における熱揺らぎの影響を明らかにするために,反応速度論に基づいた決定論的モデルとモンテカルロアルゴリズムに基づいた確率論的モデルと2種類の計算モデルを構築し,調節タンパクの個数の時間的変化を両モデルで比較した.その結果,ある条件の下では,決定論的モデルよりも確率論的モデルの方が現実の遺伝子調節機構の振る舞いを正しく表すことが数値計算的・解析的に明らかとなった(現在投稿準備中).3.昨年度の小規模モデルの解析と異なり,今年度の中規模モデルの解析によると,遺伝子調節機構における熱揺らぎの影響はある条件下では無視できないほど大きいことが明らかとなった.このことから,本研究の最終目的であるリアリスティックなモデルの構築の弘要性が改めて確認された.今後は,計算モデルにおいて熱揺らぎの影響をもっとも受けやすい箇所はどの部分か理論的側面から同定し,最終的にはリアリスティックモデルの構築・解析を通じて,生理学的実験と数理モデルのシミュレーションとの橋渡しを行いたい.本研究は,遺伝子調節機構のプロトタイプとしてバクテリオファージλのリアリスティックな計算モデルを構築し,コンピュータ上(in silico)でその遺伝子調節機構を解析することを目的とする.今年度はその最終段階として,遺伝子調節機構計算モデルの構築・解析を行った.その中でも特に,熱揺らぎが遺伝子調節機構に及ぼす影響に関する理論的解析を詳細に行った.具体的には以下の通りである.1.まずこれまでの実験的に得られたデータ(遺伝子調節に関わるタンパク質の種類とその構造,化学反応の平衡定数や反応速度定数,遺伝子配列情報など)を収集・整理し,それらのデータを基に,バクテリオファージの遺伝子調節機構を記述する確率論的計算モデルを構築した.

2.確率論的計算モデルの解析法としては,反応速度論的解析法(決定論的解析+加法雑音,計算コストが低い近似計算)とモンテカルロ的解析法(計算コストが高い厳密計算)の2つが挙げられる.両解析手法の比較を行った結果,遺伝子調節系では前者の近似計算では誤差が大きすぎ,重要な現象を見落とす可能性のあることを確認した.3.スーパーコンピューターによる解析も試みたが,アルゴリズムのベクトル化,並列化による計算速度の向上はさほど見られなかったため,高速CPUを持つパーソナルコンピュータによる解析に切り替え,合わせてモンテカルロ計算に基づくアルゴリズムの高速化を行った.4.1998年にL.Arnoldによって提案されたRandom Dynamical System理論を遺伝子調節系の計算モデルに適用し,力学系としての解析を行った.その結果,熱揺らぎの存在により,生態系としては望ましくない劇的な系の変化(力学系でいう「分岐現象」)を抑え,系全体の安定化に熱雑音が貢献していることが明らかになった.