hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経変性疾患におけるユビキチン連結酵素ＭＵＬの機能解析

神経変性疾患における蛋白質MULとFIP200の発現とニューロン変性の関係を検討した。過去に剖検された数種類の神経変性疾患の患者の大脳皮質、小脳皮質に対して、免疫組織染色を行い、筋萎縮性側索硬化症において小脳プルキンエ細胞におけるFIP200の染色性の低下を認めた。これはオートファジーの異常によりMULの機能亢進を来している可能性が考えられるが、それを明らかにするまでには成果をあげることは出来なかった。神経変性疾患におけるMULとFIP200の発現とニューロン変性の関係を検討する目的で、過去に剖検されたパーキンソン病、オリーブ橋小脳萎縮症、筋萎縮性側索硬化症、脳腫瘍(健常側)の病理検体の大脳皮質、小脳皮質に対して、抗FIP200抗体ならびに抗MUL抗体による免疫組織染色を引き続き行っていく予定であったが、平成25年度から職場での勤務状況が大きく変更され、病院臨床業務の負担が大きく増えたため、実験に割く時間が著しく減少し研究は全く進展していない。そのため、研究費も全く使用することがなかったので、繰り越し申請を行い平成26年度に実験を継続して行う予定である。病院業務の負担が減る予定であり、昨年度より実験に時間を取ることが可能と考えている。神経変性疾患におけるMULとFIP200の発現とニューロン変性の関係を検討する目的で、過去に剖検されたパーキンソン病、オリーブ橋小脳萎縮症、筋萎縮性側索硬化症、脳腫瘍(健常側)の病理検体の大脳皮質、小脳皮質に対して、抗FIP200抗体ならびに抗MUL抗体によって免疫組織染色をそれぞれの疾患で数例ずつ行った。脳腫瘍剖検例の健常側は正常コントロールとして用いた。染色条件や使用する抗体を適宜変更して実験を進めたが、今のところ有意に染色されたものは殆どない。筋萎縮性側索硬化症で小脳皮質プルキンエ細胞におけるFIP200の染色性が低下するように思われたが、今までのところコントロールと比較して有意な結果とまではいえない。今後も条件検討を行いながら神経変性疾患の検体におけるFIP200とMULの発現を評価することで、これらの蛋白質の神経変性疾患の病態との関連さらにはオートファジー制御とその破綻による発病というプロセルへの関与を検討したい。GFPタグ蛋白質を融合したLC3のウイルスベクター作成が完成していない。オートファゴソーム観察目的のこの標識蛋白恒常発現細胞の作製に成功していない状態である。培養細胞系の実験にはまだ入っていない状態であるため比較検討は行えていない。神経変性疾患におけるMULとFIP200の発現とニューロン変性の関係を検討する目的で、過去に当院で剖検されたパーキンソン病、多系統萎縮症、Machado-Joseph病、筋萎縮性側索硬化症、脳腫瘍(健常側)の病理検体の大脳皮質、小脳皮質に対して、抗FIP抗体ならびに抗MUL抗体によって免疫組織染色をそれぞれの疾患で数例ずつ行った。脳腫瘍剖検例の健常側は正常脳と考えて対照コントロールとして用いた。筋萎縮性側索硬化症において小脳皮質プルキンエ細胞におけるFIP200の染色性が低下しているように思われる所見が得られた。昨年より対照症例数を更に増やして検討しているが、パーキンソン病、多系統萎縮症、Machado-Joseph病では正常コントロールと比較して有意な変化は確認できていない。筋萎縮性側索硬化症で小脳Prukinje細胞に見られた変化は大脳皮質における一次運動ニューロンや脳幹の各種脳神経核においては同様の変化は認められなかった。2例での検討なので、更に症例を増やして検討する必要があると考えている。パーキンソン病におけるLewy小体、多系統萎縮症におけるGlial cytoplasmic inclusion(GCI)についても検討したが、特に染色性に変化はみられずMULおよびFIP200の蓄積は確認されていない。MULやFIP200の細胞内の過剰発現やknock downによるオートファジー誘導の変化を観察する目的で培養細胞に標識を結合させたLC3蛋白を恒常的に発現させる予定であるが、ウイルスベクターの作製にはまだ入れていない。病理検体における検討において確実に変化を確認してからin vitroでの実験に取りかかりたいと考えている。神経変性疾患当初、研究に費やす予定であった時間が十分に確保出来ず、大幅に遅れている。特に細胞系、ウイルスベクター作成の基礎実験にかかる時間は確保出来ていない。昨年度においては免疫組織染色にも時間を割くことが出来ず、研究費も全く使用できていない。当初、研究に費やす予定であった時間が十分に確保出来ず、大幅に遅れている。特に細胞系、ウイルスベクター作成の基礎実験にかかる時間が確保出来ていない。免疫組織染色でも当初期待していた結果が出ておらず、今後の実験方法の修正、検討が必要と考える。病理学的検索を中心に進めていくこととする。

免疫組織染色は今後症例を集め、神経変性疾患におけるFIP200とMULの発現状態を検討することで、その二つの蛋白質の変性疾患への関わり、オートファジー機構の破綻が神経変性疾患の発病プロセスに関わることを証明するものになると考える。最近、筋萎縮性側索硬化症の発病にオートファジー機構の破綻の関与を示唆する研究成果も報告されている。これ以外にもパーキンソン病やアルツハイマー病などの他の神経変性疾患についても関係性を証明したい。病理学的検索を中心に進めていくこととする。今後も培養細胞系の作業に大幅な遅れが生じることが予想されるが、免疫組織染色は今後症例を集め、特に筋萎縮性側索硬化症におけるFIP200とMULの発現状態を検討することで、その二つの蛋白質の変性疾患への関わり、またオートファジー機構の破綻が神経変性疾患の発病プロセスに関わることを照明するものになると考える。この疾患だけでなくパーキンソン病やアルツハイマー病などの他の神経変性疾患についても関係性を証明したい。平成25年度は診療などの病院業務への従事により研究に費やす時間が十分に確保出来なかった。そのため購入予定であった消耗品類や実験器具類の購入に研究費を使用できなかった。本年度は研究へ割く時間を増やし遅れている分を取り戻す予定である。昨年購入できなかった抗体などの免疫組織染色に必要な消耗品の購入、染色に必要な物品の購入、また免疫電気泳動などに使用する器具の購入に研究費を使用する予定である。更にこれらの実験結果を発表するための諸経費として使用する。平成24年度は診療などの業務への従事により研究に費やす時間が十分に確保出来なかった。さらにはこれらの実験結果を発表するための諸経費として使用する。
遺伝子生物工学に基づくホタル生物発光の設計制御と定量計測

タンパク質酵素ルシフェラーゼ内の発光分子オキシルシフェリン近傍のアミノ酸残基を置換し、オキシルシフェリン近傍の電荷・極性・親/疎水性を変えた複数の試料について、生物発光の効率及びスペクトルの温度依存性・溶媒依存性などを定量的に測定した。実験系を青色領域にまで拡張し、遺伝子工学的手法を用いて生合成されたオワンクラゲの発光系であるイクオリンについて、量子収率を測定した。理論的に、時間依存密度汎関数計算、第一原理計算、タンパク質酵素の分子動力学計算など複数の理論的アプローチを進めた。ホタル生物発光は、自然科学の中でも最も広く興味をもたれる現象の一つであり、高効率に進む生体内の酵素反応の典型として重要な意義を持つ。このシステムは微視的に見ると非常に複雑であり、従来、自然を根源的・統一的立場から演繹的に記述しようとする物理学からは遠い存在でしかなかった。本研究は、発展の著しい遺伝子工学・生物工学の手法を取り入れることにより、天然のホタル生物発光システムと変異体生物発光システムを光物性物理学の研究の題材として扱い、物理的記述に基づいた理解を得ることを目的としている。タンパク質酵素ルシフェラーゼ内の発光分子オキシルシフェリン近傍のアミノ酸残基を置換し、オキシルシフェリン近傍の電荷・極性・親/疎水性を変えた複数の試料について、これまでに得た生物発光の効率及びスペクトルの温度依存性・溶媒依存性などを定量的に整理した。実験結果を系統的に理解するため、時間依存密度汎関数計算(Gaussian09)や、第一原理計算に着手した。タンパク質内のアミノ酸残基置換効果を環境電荷分布として気相を仮定した計算は直ちに可能だが、水和効果すなわち水分子の配置と水素結合の効果を取り入れることが、重要かつ最難関であることが解り、複数のアプローチの計算を試みた。これまでの定量分光測定は、緑ー赤色領域が中心であったが、様々な試料に対応するため青色領域に拡張した。標準的なルミノール化学発光試料を用いてその試用を行った。毎度の校正作業に甚大な労力がかかりすぎるので、絶対値較正を容易にする微弱発光標準ツールの開発と利用の実験を進めた。生物発光反応中のオキシルシフェリンの透過吸収、蛍光、時間分解蛍光などのその場分光計測を行うため、ケージドルシフェリンやケージドATPという人工合成された分子群が有効と考え、その基礎分光に取り組んだ。H27年度は、前年度からの開発を完成させ、絶対値定量計測装置の対応波長域を400nmまでカバーできるように装置と校正ツールの開発を行い、15%程度の不確かさで発光絶対量を決定できるようになった。陸上生物であるホタル生物発光は、発光ピークが560nm-600nmのものが代表的であるが、他の生物発光、特に海洋生物の場合には、青色の発光系が多く、それらに対応できる体制が整った。実際にこの系を用いて、遺伝子工学的手法を用いて生合成された、オワンクラゲの発光系であるイクオリンについて、定量計測を行った。遺伝子工学的に作られたイクオリンは、アミノ酸残基配列が正確にわかるので、1分子あたりの各種のアミノ酸残基含有量がわかる。アミノ酸分析を行うことで、測定に用いた試料溶液のイクオリン濃度を正確に定量した。これらの実験から、イクオリン生物発光の量子収率を決定することが出来た。下村らの測定結果との比較・検証を行った。生物発光制御機構の理解に向けて、ホタル生物発光のルシフェラーゼやオワンクラゲ生物発光のイクオリンなどのタンパク質酵素の動的な構造を、分子動力学計算によりシミュレートした。また、一方で、反応基質であるルシフェリンやセレンテラジンの反応中間体や反応生成物に対する量子化学計算を水溶液中の場合について行った。水和効果すなわち水分子の配置と水素結合の効果をpH依存性も含めて取り入れるため、分極連続体媒質モデルを用いて行う量子化学計算結果に対して、モデル分子の実験結果として得られるpKaの値を用いて補正を行うアプローチを試み、無矛盾の結果を得た。理論的妥当性の検証や、タンパク質背景を含めた計算を進めてゆく前段階の試行研究として有意義であった。理論計算に関して、量子化学計算と分子動力学計算を組み合わせた計算により水和効果を調べた研究や、束縛非束縛全基底ベーテサルピータ方程式を初めて内核遷移に適用した第一原理計算研究など、理論家との共同研究が進んだことは期待以上の成果であった。ケージドATPは、紫外光照射によりATPが切り離されて発生するものであるが、入手が容易なNPEケージドATPの場合のATP発生は、光吸収に伴う超高速一次明反応と比較的遅い二次暗反応によりおこるため、生物発光反応の光トリガとしては時間分解能が悪いことが解り、新たな系を探す必要が出てきた。これらの点を除き、研究は計画に沿った形で順調に進んだ。数物系科学

今後、さらに多くの遺伝子工学・生物工学試料に対して実験を進めるため、ウミホタル系試料、オワンクラゲ系試料開発の国内グループ、ホタル系試料開発の国内およびブラジル・ドバイなど国外のグループと共同研究打合せを、H26年度に行い実験準備を開始した。これらを実行し、人工的に準備した系統的な一連の生物系試料群に対して、光物性物理学・先端的分光学流の学理や定量的計測手法を適用し、ホタル生物発光の高効率性と発光色制御の物理機構の解明に役立てたい。
水田農業の地帯別大規模経営方式の設計と実現手法の開発

本研究の目的は、我が国の農業を担っていく大規模水田農業経営の経営方式を地帯別に設計し、それを実現するための経営的、政策的諸課題を解明するとともに、合せてその実践的諸手法の開発を行なうことにある。この研究目的にそって、研究初年度の昭和63年では、大規模水田農業経営の現状を地帯別に分担して調査・分析を行なった。とりわけ近年大規模経営において法人化が重要な問題となっていることから研究課題に法人問題を取り入れた。研究2年目は引き続き、大規模水田農業経営の地帯別調査を継続するとともに、それらの実態調査に基づく理論的分析を行なった。そこでは「範囲の経済」概念を用いて大規模水田農業経営の複合化に関する興味深い知見が得られた。さらに技術特性分析でも大規模化につれて経営者の求める経営目標が発展的に転換していくなど実態調査のなかから大規模水田農業経営の発展論理に関する新しい考えをまとめることができた。研究最終年度の平成2年は研究のとりまとめにむけて研究を進めた。引き続き研究分担に基づいて実態調査を継続し、新しい動向を把握しながら、理論的分析を加えていった。その研究実績は355ペ-ジに及ぶ研究報告書にまとめられた。以上の研究実績を鑑みて、大規模水田農業経営の地帯別経営方式の把握については十分な成果を得ることができ、その意味で本研究の目的は相応に達成できたといえる。加えて規模の経済、復合部門との技術分析、経営管理、家族経営の経営継承、法人化等の分野において、従来研究をリ-ドし、また一新するほどの新しい知見が得られたことも特筆されよう。しかしその一方で、大規模水田経営の事例は末だ少なく、またその経営展開も多様で変化が激しい。このため地帯別経営設計、実現手法の開発の分析は完全にとりまとめるまでにまは至らず、部分的に留まらざるを得なかった。それは今後に残された課題である。我が国の農業を担っていく大規模水田農業経営の経営方式を地帯別に具体的に設計し、それを実現するための経営的、政策的諸課題の解明と実践的諸手法の開発を行なうことが本研究の目的である。すなわち、個別ないし集団による大規模稲作経営および大規模複合経営の展開が注目され、その点に関する研究成果もいくつか出されているが、地帯別の経営展開の方向、条件等の解明はまだ不十分であり、地帯別経営類型の設計もきわめて荒い内容にとどまっているからである。本研究は3年間の研究であり、まず初年度において大規模水田農業経営の現状を地帯別(北海道、東北、関東、近畿、中国)に調査分析、次年度には大規模水田農業経営の地帯別特徴・成立条件を分析整理し、大規模経営の具備すべき地帯別最低基準を設定するとともに、その経営類型の設計を行なう。そこで最終年度で地帯別大規模水田農業の経営類型設計を実現する手法開発の検討を行なうこととしている。本年度は、全体研究会を2回行ない、大規模水田農業経営の現状を地帯別(北海道、東北、関東、近畿、中国)に分担して調査分析を開始した。また、大規模経営の経営方式(形態)の設計をする上で、企業形態(生産組織、農家以外の事業体)の研究が不可欠であるとの認識に達し、それらの調査研究を補強するため3名の研究メンバーを新たに加えた。在京メンバーを中心とした理論的研究会を3回開催、規模問題、法人化問題等の検討を行なった。本研究の目的は、我が国農業の将来的担い手と目されている大規模水田農業経営方式を地帯別に具体的に設計し、それを実現するための経営政策的諸課題を整理・解明し、合せてその実践的手法の開発を行なうことにある。

この目的に添って、初年度の昭和63年では大規模水田農業経営の現状を地帯別に分担して調査分析を行なった。とりわけ、近年大規模経営において法人化が重要な問題となっていることから、研究分担者を新たに加え、研究課題に法人化問題を取り入れた。2年次の平成元年では引き続き大規模水田農業経営の地帯別調査を継続するとともに、それらの実態調査に基づく理論的分析を4回の研究検討会にて行なった。そこでは理論的視点として規模の経済性把握については「範囲の経済」という新しい概念をもとに整理が行なわれ、大規模水田農業経営の複合化に関する興味深い知見が得られた。また技術特性分析では大規模化に伴うにつれて、経営者の求める経営目標が発展的に転換し、その結果用いられる技術水準にも差が出てくること、及び技術構造と地力問題の関係について分析が行なわれた。労働力分析と法人化分析では法人経営の実態調査とそこでの雇用労働力の存在形態に焦点を当てて研究が進められた。この分野は従来充分な研究蓄積がなかったため、本研究の研究成果が有効に生かされよう。平成2年度は本研究の最終年度にあたるため研究とりまとめにむけて研究計画を進めていくが、その課題は地帯別、作目別の大規模経営方式の具体的基準設計、企業形態視点からの担い手の類型化とその評価基準設計、大規模経営への発展過程における経営管理問題の解明があげられる。本研究の目的は、我が国の農業を担っていく大規模水田農業経営の経営方式を地帯別に設計し、それを実現するための経営的、政策的諸課題を解明するとともに、合せてその実践的諸手法の開発を行なうことにある。この研究目的にそって、研究初年度の昭和63年では、大規模水田農業経営の現状を地帯別に分担して調査・分析を行なった。とりわけ近年大規模経営において法人化が重要な問題となっていることから研究課題に法人問題を取り入れた。研究2年目は引き続き、大規模水田農業経営の地帯別調査を継続するとともに、それらの実態調査に基づく理論的分析を行なった。そこでは「範囲の経済」概念を用いて大規模水田農業経営の複合化に関する興味深い知見が得られた。さらに技術特性分析でも大規模化につれて経営者の求める経営目標が発展的に転換していくなど実態調査のなかから大規模水田農業経営の発展論理に関する新しい考えをまとめることができた。研究最終年度の平成2年は研究のとりまとめにむけて研究を進めた。引き続き研究分担に基づいて実態調査を継続し、新しい動向を把握しながら、理論的分析を加えていった。その研究実績は355ペ-ジに及ぶ研究報告書にまとめられた。以上の研究実験を鑑みて、大規模水田農業経営の地帯別経営方式の把握については十分な成果を得ることができ、その意味で本研究の目的は相応に達成できたといえる。加えて規模の経済、複合部門との技術分析、経営管理、家族経営の経営継承、法人化等の分野において、従来研究をリ-ドし、また一新するほど新しい知見が得られたことも特筆されよう。しかしその一方で、大規模水田経営の事例は未だ少なく、またその経営展開も多様で変化が激しい。そのため地帯別経営設計、実現手法の開発の分析は完全にとりまとめるまでには至らず、部分的に留まらざるを得なかった。それは今後に残された課題である。
定量的サイスミックエミッショントモグラフィの基礎研究

本研究では、格子ボルツマン法による流体流動シミュレーションを手法として,貯留層内部の流体流動に起因する振動が地表で観測されること,そしてその観測波形からモニタリング可能な地下の現象を推定することを試みた。その結果,水油二層流によって生じる地震動を長期間計測することで貯留層の可視化が可能であること,そして貯留層内部の水-油二相流やガス-油二相流という混相流体の流れによって生じる振動から,その流動域のみならず流体の性状に関する情報をも内包していることを確認した。さらに本研究では,格子ボルツマン法の適用時に,流体の物性値の厳密な議論を行い,手法の定量的な評価に踏み込む研究も実施した。まず流体の音速を実流体の値と一致させたモデル(音速モデル)に対し数値実験をおこない、次に,計算効率を重視し音速を極端に低速とした一般的なモデル(一般的モデル)で同様の数値実験をおこなった。この双方の結果を比較することで,格子ボルツマン法による結果と流体力学的に得られる結果間の定量的な関係を見出した。すなわち,格子ボルツマン法による流体流動解析結果は,音波速度というパラメータを介し,実流体運動の結果として解釈することに全く問題はないことを確認することができた。今年度のの結果は,本研究で提案しているモニタリング手法により,石油生産や石油増進回収法に伴う貯留層内の流体の性状変化をモニタリングする手法として有効である可能性を示唆していると考えられる。格子ボルツマン法の適用時には,計算安定性の確保のため,音波速度を実際の流体中の音波速度からチューニングし,非現実的な音波速度値を用いざるを得ないことがある。既往研究を調査したが,地震波の発生という,流体中の音波速度との関連の深い内容の研究はなく,この非現実的な音波速度の問題が,研究遂行時に浮上した。本研究では,本来の研究内容に加え,この非現実的な音波速度利用の問題に踏み込み,果たして格子ボルツマン法から得られる結果に物理学的な妥当性があるのかを検討することができた。その結果,音波速度を媒介変数として,格子ボルツマン法の結果を現実のモデルに適用することが可能であることを示すことができた。すなわち,シミュレーション結果の妥当性まで含めた成果を導くことができたため。流体の運動による地震動の発生に関しては,資源探査の分野だけでなく,火山学や水文学などの分野から興味を持たれている。しかし,特に資源探査の分野からは実際の試験的観測から地震動そのものに対する否定的な意見も提起されている。こうした否定的な意見を提起する既往研究では,信号の抽出方法など,その観測方法に問題がある。受動的地震探査は,そのコストの経済性から,今後の発展の期待されている分野でもあり,シミュレーション研究の長所を活かし,観測方法の最適化まで含めた提案を行う予定である。

受動的地震探査は,そのコストの経済性から,今後の発展の期待されている分野でもあり,シミュレーション研究の長所を活かし,観測方法の最適化まで含めた提案を行う予定である。本研究に係る研究動向調査のため,海外学会への渡航を中心とした利用を行う予定である。また,計算手法の高度化など必要に応じ,昨年度諦めた高速計算用GPUボードを購入することを検討している。
衝突過程を考慮した地球型惑星形成の研究

地球のような岩石惑星がどのように作られたのかを解明するために、惑星形成において、極めて重要なプロセスである、天体の長期軌道進化と天体同士の衝突という2つのプロセスを考慮した数値計算コードを世界で初めて開発した。このコードを用いて岩石惑星が作られる過程を詳細に調べ、形成される惑星の数や質量などの統計量を導いた。それらの結果から、太陽系の地球型惑星における一般性・特殊性を明らかにした。現在の地球型惑星の特徴における普遍性と特異性を明らかにするために、地球型惑星形成の最終ステージに注目した研究を行った。このステージは、複数個の火星サイズの原始惑星がお互いに衝突し、合体成長するという激しいステージである。したがって、衝突過程を精密に考慮した原始惑星の軌道進化を解く必要がある。そこで本年度は、太陽のまわりを公転する原始惑星の軌道進化(N体コード)と、その際に起こる原始惑星同士の衝突(流体コード)を一連の計算で扱うことのできるハイブリッドコードの開発を行った。具体的には、N体コードの部分は、4次精度のエルミート解法(Makino & Aarseth 1992)を用いて、原始惑星同士の衝突イベントを見逃すことなく長期軌道積分(1億年)を精度よく計算するコードを作成した。また、流体コードの部分は、SPH法と呼ばれる粒子法を用いて、原始惑星同士の衝突を模擬するコードを作成した。ハイブリッド化にあたっては、巨大天体衝突ステージを一連の計算で実行することができるように各コード間のデータの受け渡しに最善の注意を払った。特に、衝突によって変化した惑星旬質量、自転速度と向き、コア・マントル比、衛星形成の有無などを次回の衝突まで情報を保持させた。このハイブリッドコードにより、初めて定量的に、巨大天体衝突ステージ全体を通して、惑星の物理パラメータ(サイズ・自転・コア・マントル比、衛星形成)の進化を追うことが初めて可能となった。惑星形成は、究極的には、太陽の周りを公転する無数の惑星材料物質の衝突合体の積み重ねであると考えられる。本年度は、昨年度に作成した軌道進化(N体コード)と衝突(流体コード)を一連の計算で扱うことのできる世界でも初めてのハイブリッドコードを用いて、数々の問題に取り組んだ。特に、現在の地球型惑星の特徴における普遍性と特異性を明らかにするために、地球型惑星形成の最終ステージに注目した研究を行った。ハイブリッドコードを用いた結果、現在の地球型惑星の個数や質量分布などといった極めて基本的な量がどのような物理量で規定されているのかを明らかにすることができた。また、衝突合体があまり効率よくおこらないことから、惑星の自転速度が、従来行われてきた簡単な計算よりも遅くなることがわかった。また、まれに起こる高速衝突によって、マントルがはぎとられて、鉄のコアを多くもつ水星のような惑星が形成される確率を初めて定量的に示すことができた。さらに、このハイブリッドコードを用いて、太陽系外の惑星形成についても検討を行った。特に、中心星の重元素量とその恒星に付随する惑星の重元素量の関係が、天体同士の衝突によって説明できるのではないかという重要な示唆を得ることができた。
ダム湖における深層酸素供給技術を応用した窒素・リン除去手法の開発

本研究は,ダム湖の富栄養状態を軽減するための新たな技術を開発する目的で実施された。結論として,富栄養状態を低減可能な新たな技術が開発され,ダム湖において大きな問題となっている富栄養化に起因する様々な問題(アオコ,カビ臭等)の抜本的な解決へと向かう新たな対策手法が示された。実際のダム湖内深層部では溶存酸素濃度が任意の濃度に調整され,好気性微生物の活動による硝化作用(好気環境下)および嫌気性微生物による脱窒作用(嫌気環境下)が繰り返し出現し,栄養塩の一種である無機態窒素(硝酸およびアンモニア)が水中から減少(100μg/L/y)した。また,このとき,リン酸態リンが底泥から再溶出することもなく,当初の目的であったダム湖の栄養塩削減のための新技術の開発に成功した。本研究で試みた硝化および脱窒による水中からの窒素除去技術は下水の浄化設備などで用いられてきた嫌気・硝化内生脱窒法(AOAO法)などの原理を応用したものであるが,ダム湖においてこれを適用した前例はなく,ダム湖の深層部を一つの浄化槽として活用した世界初の試みであった(国際誌へ投稿準備中)。ダム湖の役割は,従来から言われているよう治水や水源など極めて重要なものであるが,今後,これらに併せて本技術を利用することで「浄化」の機能をダム湖に付することも期待される。本技術は,ダム湖深層水中の溶存酸素濃度を任意の濃度に調整することが必要であるが,本研究ではダム湖に既設の深層曝気装置を利用した。すなわち,深層曝気装置が導入・運用されているダム湖であれば比較的容易に本技術を適用することが可能であると考えられ,今後,国内のみならず世界中で本技術が普及することが期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,ダム湖において導入が進んでいる深層曝気設備を活用し,ダム湖を高度処理浄化槽として機能させようというものである。すなわち,ダム湖深層水中の溶存酸素濃度(DO)を一時的に高濃度または低濃度に調整することで微生物による硝化脱窒作用を期待するものである。硝化脱窒は「高度処理浄化槽」において一般的に用いられている手法であり,その原理をダム湖に適用することで大きな問題となっている富栄養化に対する有効な対策になり得る。本研究は2ヵ年計画であり,初年度は室内実験による硝化脱窒のための最適条件の検討,定常状態であるダム湖の水質の定期観測を実施し以下の結果を得た。1.硝化速度が最大になるDOの範囲はDOが4-10mg/L(n=3)であった。脱窒については0.5mg/L(n=1)であった。2.現地の定期観測の結果から,リンの再溶出を抑制するために必要なDOは1mg/Lと考えられた.3.上述の得られた結果からDOの上限値を4mg/L,下限値を1mg/Lとし,それらを組み込んだ深層曝気装置の運転プログラムを作成した。申請当初はDOの上限値を5mg/Lとしていたが,現地観測の結果からDOの減少速度を測定した結果,当初の想定よりも減少速度が遅いことがわかったため,上限値を4mg/Lへと変更した。4.作成した運転プログラムは現地に設置されている深層曝気設備の運転制御部に組み込んだ(6月以降,実証実験開始予定)。5.2年目に計画している現地実証実験において,現地のDOを詳細に観測する必要があるため,水質計自動昇降装置の観測データを研究室内から閲覧できるようPCを設置し,また深層曝気装置の運転制御も行えるようにした。

当初の計画において初年度に実施する予定であった項目は1.脱窒発生の定性分析,2.脱窒量の定量分析,3.リンの再溶出の閾値の確認であった。この中で,1および3については,室内実験および現地における定期調査により検証を行い,それぞれ結果を得ている。硝化速度はDOが410の場合,280300μgN/L/dの範囲であった。脱窒速度はDOが0.5mg/Lの場合,1.0μgN/L/dであった。しかしながら2.脱窒量の定量分析については,定量的な結果を得るに至らなかった。その理由としては,現地における深層曝気装置の影響範囲が不明であり,影響範囲における脱窒量を推定することが困難であったためである。H30年度の現地実証実験において,深層曝気装置の影響範囲が明らかになった後に検証することとしたい。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究2年目は現地実証実験により,硝化脱窒による栄養塩の減少が現地において確認されるかについて着目し,またリンの再溶出の有無も含めて検証する。この点については,現地調査によって明らかにする予定である。さらには初年度に実施出来なかった脱窒量の定量的な把握に努めたい。また,申請者が作成した運転プログラムは現地から送信される観測データを基に自動的に作動する予定となっている。水質改善効果の明確化と全自動化による実運用上の問題点等の洗い出し・改良も併せて検証する予定である。最終的には深層曝気装置の従来の運用方法との運転費用等も含めて比較する。
固体中のディラック電子

ディラック電子系の内、バルク測定が可能な物質について理論的な研究を行い、ディラック電子系に普遍的な性質を探求することを目的とした。(1)ディラック電子系の出現条件等に関しては、有機伝導体α-(BEDT-TTF)2I3および新しい物質Ca3PbO等について、(2)ディラック電子系の内部自由度の問題に関しては、有機伝導体の単位胞内の4分子の内部自由度、面間やディラックコーンの傾きの自由度、鉄系高温超伝導体の反強磁性金属状態などについて、(3)スピン軌道相互作用の効果等に関しては、ビスマスのスピンホール効果、界面のRashba型、トポロジカル絶縁体の表面強磁性、skyrmion格子状態などを調べた。本研究課題は、ディラック電子系のうちバルク測定が可能な物質について理論的な研究を行い、実験との比較検証も通してディラック電子系に普遍的な性質を探求することを目的としている。この目的のために前年度に引き続き以下の研究がすすめられた。1)分子性導体α-(BEDT-TTF)2I3について、(1)エキシトニック凝縮とその揺らぎ、および電荷揺らぎの効果(2)電荷秩序との共存(3)帯磁率のサイト依存性とゼロラインとの関係(4)ディラック点の存在とトポロジカルな性質の関係(5)ネルンスト効果(6)ディラックコーンの傾きが伝導度に与える影響(7)層間相互作用の効果、などの諸点について研究を行った。2)ディラック電子系を実現しているビスマスについて、前年度の研究をさらに発展させ,現実の物質を反映した異方性を導入し、スピンホール伝導度と軌道磁化率を計算した。その結果プラチナのおよそ100倍にも及ぶ大きな効果があることを見出した。3)ディラック電子が出現する鉄系高温超伝導体において、反強磁性と超伝導の共存領域ではS++と呼ばれる超伝導が出現することを見いだした。さらに、そのディラック・フェルミ面上にノードが出現することを示した。4)スピン軌道相互作用が生む特異な現象として、(1)界面で発生する強いRashba型スピン軌道相互作用が、磁性と電気伝導特性に与える効果について引き続き解析した。また(2)3次元ディラック方程式に基づいた遍歴強磁性モデルにおいて、異方性磁気抵抗効果および異常ホール効果を調べた。(3)磁性多層膜やその界面を念頭に2次元ラシュバ強磁性体のスピントルクを微視的に計算した。この目的のために以下の研究がすすめられた。1)分子性導体α-(BEDT-TTF)2I3について、(1)サイト表示RPAを用いたスピン揺らぎの解析(2)加圧によるディラック点の変化(3)ディラック点が存在する条件(4)強磁場下でのホール効果(5)格子欠陥がある場合の電子状態や帯磁率の異常、などの諸点について研究を行った。2)ディラック電子系を実現しているビスマスを念頭に、(1)ディラック電子の有効モデルであるWolffモデルにおいてスピンホール伝導度を久保公式に基づいて計算し、それが軌道磁化率と明確な関係があることを見出した。また(2)ビスマスの角度分解量子振動スペクトルを拡張ディラック模型に基づき解析した。3)ディラック電子が出現する鉄系高温超伝導体の反強磁性金属状態における、電気抵抗の面内異方性の特徴を考察した。またC3PbOの関連物質であるBa3SnOに対して、第一原理計算に基づく電子状態の詳細な解析を行い、Ba3SnOにおいては2つのディラック点が近接して現れることを見出した。4)スピン軌道相互作用が生む特異な現象として、(1)界面で発生する強いRashba型スピン軌道相互作用が、磁性と電気伝導特性に与える効果を解析した。また(2)トポロジカル絶縁体の表面状態を強磁性にした系を念頭におき、2次元ディラック強磁性体における電流と磁化の相互作用を微視的に調べた。本研究課題は、ディラック電子系のうちバルク測定が可能な物質について理論的な研究を行い、ディラック電子系に普遍的な性質を探求することを目的としている。1)分子性導体α-(BEDT-TTF)2I3について、(1)分子2軌道系におけるディラック電子の発現条件(2)エキシトニック揺らぎが局所スピン感受率の増大に寄与し得る事(3)ディラックコーンの傾きの磁気抵抗におよぼす効果(4)電子相関の効果とディラック

電子消滅のメカニズム(5)層間のクーロン相互作用による面間の伝導率について研究を行った。2)ディラック電子系をもつビスマスについて、バンド間磁場効果を考慮した有効g因子を求める一般的公式を得、T点ホールの異方的で大きいg因子の謎を解明した。また量子極限領域での線形磁気抵抗について、電子構造とフェルミ準位の磁場依存性を正確に扱うことで実験の磁気抵抗を説明できうることを示した。3)ディラック電子が出現する鉄系高温超伝導体において、超伝導秩序のみの高温秩序相とディラック電子を含む低温の共存相との間には不連続な転移があることを示した。この結果は共存領域での実験の解釈と関連していると考えられる。また、カイラリティの効果により超伝導ギャップ関数にノードが生成される機構を見出した。4)スピン軌道相互作用が生む特異な現象として、(1)スピン軌道相互作用が大きな場合の5d電子間の超交換相互作用を微視的に導出し、量子コンパス-ハイゼンベルグ模型を導いた。(2)3次元ディラック方程式に基づいた強磁性体モデルを提案し、量子化されない「異常ホール絶縁体」状態を見出した。(3)スカーミオン格子状態を3つのhelix構造の重ね合わせとして記述し、それらの励起に対応する集団座標を調べ、低エネルギー励起としての新しい揺らぎのモードを見出した。26年度が最終年度であるため、記入しない。物性理論26年度が最終年度であるため、記入しない。各グループは理論による研究を引き続き順調に続けている。またこの科研費に参加している理論研究者を中心に、関連する理論研究者および関連物質の実験研究者を招いて今年度も2回研究会を行った。前年度からの研究会を通して、参加研究者同士の共同研究が開始された。さらに実験結果をよく説明できる理論を発展することができつつある。また国際会議にも多数参加し、ディラック電子に関する研究が進展していることを海外に向けて発信した。研究課題で雇用したポスドクも順調に成果を挙げている。各グループは理論による研究を順調に続けている。またこの科研費に参加している理論研究者を中心に、関連する理論研究者および関連物質の実験研究者を招いて今年度2回研究会を行った。研究会を通して、参加研究者同士の共同研究や実験結果の説明に向けて新たな研究が始まった。研究課題ではポスドクを雇用することを計画していたが、ロシアからの若手の優秀な研究者を研究グループに迎え入れることができた。引き続き各グループの研究を続けるとともに、今年度から開始した共同研究をさらに発展させる。また新たな実験との比較を精力的に行うようにしたい。また、今後も引き続き関連する理論研究者および関連物質の実験研究者を招いた研究会を行う。また国際会議にも参加し海外へ発信を続ける。引き続き各グループの研究を続けるとともに、これまで共同研究がなかった者同士の共同研究を開始したり、実験との比較を精力的に行うようにしたい。
流産早産の予防治療を可能とする破綻した膣内細菌叢の再構築に向けた情報取得

流産早産の多くは膣内の細菌叢の破綻により発症する非特異的病原体による細菌性の膣症が原因となる。従って、破綻した細菌叢を再構築することで新規な予防法あるいは治療法を開発できる可能性がある。以下の点を明らかにした。1)妊婦の膣内細菌叢中に妊婦に優位なLactobacillus sp1.を同定した。2) Lactobacillus sp.1はGardnerella sp.の細胞傷害性と炎症サイトカイン産生を減弱させた。3) Gardnerella sp.に対するLAMP法を開発した。以上、Lactobacillus sp.1は細菌性膣症のプロバイオティクス療法の候補株となりうると考えられた。日本人女性の膣内の細菌叢をパイロシーケンス法により網羅的に解析した結果、日本人に優位なLactobacillus sp.1が存在することが示された。本年度は、細菌性膣症原因菌G. vaginalisとこのLactobacillus sp.1を用いて膣上皮細胞の沈静化を試みた。G. vaginalisをHela細胞とともに培養すると急速なG. vaginalisの増殖が確認された。G. vaginalisにLactobacillus sp.1を同時添加するとG. vaginalisの増殖が有意に抑制されたが、G. vaginalis定着後にLactobacillus sp.1を添加するとその作用は減弱した。さらに、Lactobacillus sp.1の培養上清にはG. vaginalisの増殖する作用があり、これは真菌Candida albicansの菌糸形成も抑制した。当該Lactobacillus sp.1はpH4.0まで培地を酸性化する能力があるが、他のLactobacillusではそこまでの作用は認められなかった。このことから、本研究で見いだしたLactobacillus sp.1はG. vaginalisによる炎症を沈静化させる能力を有することが示された。これは極力な酸性化能によると考えられた。また、このLactobacillusはデフェンシンを誘導し、炎症性サイトカイン産生の抑制した。以上、このLactobacillus sp.1は細菌性膣症の予防を目的としたプロバイオテックス療法の候補株となりえると考えらえた。平成25年度および26年度の研究結果から、妊娠群、非妊娠群および早産群に優位な細菌叢をパイロシーケンス法により見いだした。これらの細菌叢を臨床現場(ベットサイド)で使用可能な迅速診断法を開発することは、妊婦に対して極めて有用である。そこで迅速診断法として早急に応用可能な方法としてHIV、新型インフルエンザや結核の診断で臨床実績のあるLAMP( Loop-Mediated Isothermal Amplification)法を実践応用することとした。増悪菌と推定されるBacteriumsp.1のゲノム解析を網羅的に行い、比較ゲノムから当該菌種に特異的な遺伝子および配列を見いだした。この配列情報をもとに特異的性の高いLAMP法を開発した。作製したプローブは膣常在菌であるLactobacillus spp.には反応せず、開発したLAMP法の特異性を確認した。特異性は、さらに増幅産物を直接シーケンスことでも確認した。また、検出感度は、>10 fgであり、検出に要した時間はわずか30分であった。実際のヒト膣細菌検体を用いたところ、一般的なPCR法よりも検出感度および検出時間が有意に高かった。以上、本年度に開発した患者膣内増悪菌に対して、高い特性、高い検出感度および迅速性にすぐれた方法であることを、ヒト検体を用いて証明した。LAMP法自体は体外診断薬としてすでに臨床の場に供されていることから、本法の臨床の場での実践的利用が期待できると考えられた。申請書に記載の通りおおむね順調に進行している。Lactobacillusの株差の実験が必要である。これにより本年度に得られた結果に普遍性をよりもたせ、強固なものとしたい。医歯薬学本年度の実験系について株差の有無が生じるかの検証を行なう。また、申請書通り平成27年度に予定していた臨床現場(ベッドサイド)で使用可能な細菌性膣症の迅速診断を目的とした検出キットをLAMP法を用いて行なう。迅速検出系の構築のために当該細菌のゲノム解析はすでに進行中である。本研究の最終ゴールは破綻した膣内細菌叢の再構築法の開発である。そのためには、解析の礎となる膣内細菌叢の全容を明らかにする必要がある。今年度の研究ではパイロシーケンスレベルで細菌叢を明らかにすることができた。ただし、解析プログラムの変更が行なわれたため、詳細な結果については再解析が必要となった。計画はおおむね順調でありほぼ計画通り

予算を執行した。若干の予算は次年度に株差に関する実験を追加するために必要と判断した。妊婦の経時変化に加えて、非妊娠群の解析も並行して実施している。これらの結果を総合的に判断することにより、いわゆる"悪玉菌"が同定できる。これを用いて膣上皮細胞への炎症惹起の実験をすすめる。具体的には、自然免疫機構のひとつであるディフェンシン応答およびそれへの感受性試験、シクロオキシゲナーゼ系を介する炎症、さらには、培養上清に分泌される各種サイトカインの解析を行なう。以上の研究から、膣上皮細胞を沈静化させる機序を見いだす。株差に関する実験を追加するための経費に充てることとした。計画はおおむね順調であったが、特異プローブの作製数を変更した。これは一部の菌叢のDNA塩基配列が不正確な可能性が考えられたため、次年度により高精度に再解析することが懸命であると判断したためである。一部の菌叢については、パイロシーケンスではなくサンガー法により再現実験を行なうこととしたので、その経費に充てることとした。
REIC遺伝子治療による非小細胞肺癌新規治療戦略

REICはヒト正常線維芽細胞の不死化に伴って発現が減弱する遺伝子であり、種々のがん細胞で発現が低下している。がん細胞にREIC遺伝子を過剰発現させると、がん細胞に小胞体ストレスによるアポトーシスが誘導されることが認められるが、一方で正常細胞にREIC遺伝子を過剰発現させても傷害を与えないことがわかっている。著者らは基礎実験により非小細胞肺癌・悪性胸膜中皮腫細胞におけるREIC遺伝子発現アデノウイルスベクター(Ad-REIC)の抗腫瘍効果を確認した。また、肺癌および悪性胸膜中皮腫同種移植モデルでの実験で、REICの腫瘍に対する直接効果のみならず、免疫系を介した間接効果を確認した。本研究は、非小細胞肺癌に対するREIC/Dkk-3遺伝子発現アデノウイルスベクター(Ad-REIC)による個別化遺伝子治療の開発を目的としている。これまでに、肺癌細胞株におけるAd-REICの抗腫瘍効果をin vitroに評価するとともに、肺癌細胞の小胞体内に局在するシャペロン蛋白であるGRP78発現状態が低く、コクサッキーウイルス・アデノウイルス受容体(CAR)の発現が高い細胞株において、Ad-REICに対する感受性が高い事を見出した。また、REIC遺伝子の抗腫瘍効果の機序として、直接的な小胞体ストレスによるものの他に、免疫学的な機序が報告されている。このことに関して、マウス肺癌細胞株(KLN205)およびマウス中皮腫細胞株(AB12)を用いて、両脇の皮下に皮下腫瘍を作成したアログラフトマウスモデルを樹立し、片側の腫瘍にAd-REICを導入することで、同側のみならず対側の腫瘍にも抗腫瘍効果が見られることを確認した。更に、CD49b、H60、Rae-1の免疫染色により、NK細胞の活性化、マウスMHC ClassIの発現上昇が確認され、腫瘍免疫活性化による抗腫瘍効果が示唆された。本研究は非小細胞肺癌に対するREIC/DKK-3遺伝子発現アデノウイルスベクター(Ad-REIC)による個別化遺伝子治療の開発を目的としている。具体的には、ヒトおよびマウス由来の肺癌および中皮腫細胞株を用いて、#1 GRP78の発現とAd-REICの抗腫瘍効果の機構解明、#2 Ad-REIC治療と他の抗GRP78効果を有する薬剤の併用効果の検討、#3免疫応答性マウスモデルを用いたAd-REICの直接・間接効果による治療法の確立、を研究期間内に行うことを予定している。肺癌細胞の小胞体内に局在するシャペロン蛋白であるGRP78の発現が低く、コクサッキーウイルス・アデノウイルス受容体(CAR)の発現が高い細胞株において、Ad-REICに対する感受性が高いことを見出した。また、REIC遺伝子の抗腫瘍効果の機序としては、直接的な小胞体ストレスによるものの他に、免疫学的な機序が考えられている。このことに関して、マウス肺癌細胞株(KLN205)およびマウス中皮腫細胞株(AB12)を用いて、両脇の皮下に皮下腫瘍を作成したアログラフトマウスモデルを樹立し、片側の腫瘍にAd-REICを導入することで、同側のみならず対側の腫瘍にも抗腫瘍効果が得られることを確認している。更に、NK細胞の活性化、マウスMHC Class-I分子の発現上昇を採取した腫瘍の免疫染色により確認しており、腫瘍免疫活性化による抗腫瘍効果が示唆された。In vitroでの検討により、Ad-REIC導入の抗腫瘍効果がJNKのリン酸化を介するアポトーシスの促進であることが明らかとなった。また、マウス由来の肺癌細胞株(CMT64、LL/2)および中皮腫細胞株(AB1、AC29)を新たに入手しており、これらにおけるREIC/Dkk3タンパクの発現および導入効率と抗腫瘍効果の関係を確認した。本研究は非小細胞肺癌に対するREIC/Dkk-3遺伝子発現アデノウイルスベクター(Ad-REIC)による個別化遺伝子治療の開発を目的としている。前年度ではマウス肺癌細胞株およびマウス悪性胸膜中皮腫細胞株を用いて、アログラフトマウスモデルを樹立し、直接的な抗腫瘍効果のみならず免疫学的な機序を介した抗腫瘍効果を確認し、さらに採取した腫瘍よりNK細胞の活性化やマウスMHC Class I分子の発現上昇を確認した。この研究成果を踏まえ、平成28年度は申請者の研究室で樹立した肺癌の薬剤耐性株(シスプラチン・ドセタキセル等の抗癌剤およびゲフィチニブ・アファチニブ等のEGFRチロシンキナーゼ阻害剤に対する耐性株)においてもAd-REICの抗腫瘍効果を検討した。また、前年度までの研究成果をAnticancer Research誌に投稿し、掲載された。初年度において肺癌細胞株に対するAd-REIC導入の抗腫瘍効果を確認した。

また、GRP78の低発現とCARの高発現がAd-REICの抗腫瘍効果促進をもたらすことを見出してきた。GRP78のノックダウンによるAd-REIC抵抗性の克服は現在確認中であるが、27年度に予定していた、マウスモデルにおけるAd-REIC導入による免疫応答を介した抗腫瘍効果の検討が順調に進んでいる。申請者の研究室で樹立した肺癌の薬剤耐性株(シスプラチン、ドセタキセル等の抗癌剤およびゲフィチニブ、アファチニブ等の抗EGFR薬への耐性株)においてもAd-REICの抗腫瘍効果を検討することで、これらの耐性克服の可能性を追求する。また、Ad-REIC治療抵抗性の原因と考えられるGRP78を抑制する薬剤を用いて、Ad-REICの治療効果増幅を目指す。呼吸器外科学・分子腫瘍学Ad-REIC抵抗性を示す肺癌細胞株(H441、PC-9、H3255など)を中心に抗GRP78薬との併用による効果をMTSアッセイで確認する。GRP78の高発現は他の薬剤耐性との関連が報告されており、肺癌の薬剤耐性株(シスプラチン、ドセタキセル及びゲフィチニブ、アファチニブ等の抗EGFR薬への耐性株)においても同様の研究を行う事で、耐性克服の可能性を追求する。物品を予定より安く購入できたため、繰越金が出た。物品を予定より安く購入できたため、繰越金が生じた。引き続き物品の購入が必要なため、割り当てる。
フェムト秒時間分解能を持つ近視場光学顕微鏡の開発と有機薄膜の局所光物性の研究

最終年度はCWレーザー光励起による電流を検出する原子間力顕微鏡(光電導性AFM)を開発し、有機薄膜のナノメートル光電子物性を検討した。試料は、銅フタロシアニン(CuPc)のITOガラスへの真空蒸着膜(厚さ100nm10nm)を用いた。制作した光導電性AFMは、コンタクトモードAFM、電流検出回路、全反射型エバネッセント光励起系の三つのコンポーネントから成る。自作したAFMは、フィードバック回路、ドライバ、光てこ法によるPSD、ピエゾアクチュエータから構成される。カンチレバーは、金蒸着されたSiNを用いた。高速電流アンプにより、試料の暗電流を検出した。He-Neレーザー(633nm)、またはAr^+レーザー(514nm)をプリズム上に配置した試料に全反射角で入射し、エバネッセント光による励起を行った。チョッパーと同期した周波数におけるシグナルをロックインアンプにより検出することにより光電流を観測した。試料のナノメートル局所領域における光電導を検討した。励起光の照射により光電流が観測された。また、光電流は励起波長依存性を示し、吸収スペクトルとほぼ対応した。I/V特性は電極構造を反映して、整流特性を示した。ピエゾアクチュエータの二次元スキャンにより、光電流像が得られた。以上より開発した光電導AFMにより、量子構造の局所光電物性の観測が可能になった。超高速光パルス技術とナノテクノロジーを融合させた“フェムト秒近接場光学顕微鏡"の開発と有機量子構造の局所非線型分光を目的として、初年度は、ナノメートル局所分光を可能とする近接場光学顕微鏡を制作した。ナノメートルの空間分解能を持ち、シアフォース(せん断応力)検出によりチップとサンプルのナノメートル距離制御を行う。近接場光学顕微鏡は、メカニクス(機械ユニット)、オプティクス(シアフォースの光学的検出系)、エレクトロニクス(ナノメートル微動機構の制御回路と駆動回路)の各コンポーネントから成る。試料のナノメートル微動を行うためのプリズムを取り付けたピエゾアクチュエータ(長さ7cm)、50nmの開口径を持つ光ファイバプローブチップを取り付けたシアフォース振動用のditherピエゾアクチュエータを粗動XYZ三軸ステージに取り付けた。Ditherピエゾアクチュエータに40mV、28.4kHz(光ファイバープローブの共振周波数)の電圧を印可し、光ファイバプローブを水平振動させた。光ファイバプローブに半導体レーザーを照射し、シアフォース振動を2分割フォトダイオード、IV変換回路、差動アンプ、ロックインアンプで検出した。エレクトロニクス部は、試料の微動を行うためのピエゾアクチュエータ(X,Y,Z)に200Vの電圧を供給する駆動回路、及びチップと試料の距離を一定に保つための制御回路(前置増幅器、絶対値増幅器、対数増幅器、フィードバック回路)からなる。シアフォース検出出力を制御回路に入力し、チップと試料の距離(Z軸方向)を一定に保ちながら、X,Y二次元スキャンを行った。試料としてDVDディスクを用い、制作した近接場光学顕微鏡の性能をチェックした。幅100nmのピットが明瞭に観測され50nmの解像度を持つことが確認できた。
Arbuscular菌根菌-植物間における共生機能発現の品種間差

Arbuscular菌根共生系を作物生産において有効に利用するためには(i)根に十分菌根を形成させ、(ii)根内において共生特異的な機能を十分発現させる必要がある。一方、宿主植物種および品種間での共生機構の違いについてはほとんど明らかにされていない。本研究ではArbuscular菌根形成度合および菌根形成による植物のリン吸収と生育促進効果の品種間差についてネギを用いて検討した。[方法]我が国で栽培されている4つのネギ(Allium fistulosum L.)品種群から19品種を選び、Arbuscular菌根菌(Glomus fasciculatum)接種区および非接種区を設け、2段階の可給態リン濃度の黒ボク土を詰めた0.5Lポットで80日間ガラス室内で生育させた。菌根形成率、根長、地上部リン含有率と乾物重を測定した。[結果]すべての品種に菌根形成が認められ、菌根形成率は品種間で異なったが、品種群間では差がなかった。1品種を除いて、菌根形成により地上部リン吸収量と乾物重が増加した。菌根形成による地上部リン吸収量と乾物重の変化の度合は非接種区の根長と負の相関関係にあったが、菌根形成根長とは関係なかった。菌根形成根長当りのリン吸収促進度合は品種間で異なったことから、菌根菌によるリン吸収機構は宿主植物により調節されている可能性が示された。これらの結果は、植物のリン吸収と生育の改善に菌根共生系を利用するためには、品種間の根系の発達度合を考慮することが重要であることを示している。