hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乳化系を用いた加熱調理実験用試料のモデル化とその熱移動現象の定式化

食材の加熱に関する一連の実験研究において、これまでに水分量の異なる食材モデル系および各種実用食材を対象に種々の加熱実験を行い、食材加熱面から内部一次元方向xの位置の温度φ(t)と加熱時間tとの関係が,指数式1-exp[-t/τ(x)]で表されること、その式に現れる遅延時間すなわち時間定数τ(x)と試料加熱面の面積Sとの比が、各試料の熱拡散率αとベキ指数の関係[S/τ(x)=k・α^n]にあることを明らかにした。引き続き平成17-18年度の研究助成テーマでは乳化系(水系と脂質系の混在系]を加熱食品モデルにとりあげ、その熱拡散率に及ぼす成分的要因を、乳化の型(O/WまたはW/O)を含めて熱移動現象を追跡し定式化を試みたものである。初年度(平成17年度)は卵黄を乳化剤として分散油相体積分率(Φ)を0.30.8まで変化させたマヨネーズ様の水中油滴型(O/W)乳化系試料を調製し、分散油滴径の大きさとその分布状況が系の伝熱機構に如何に影響するかを検討した。その結果、油相体積分率が小(すなわち水の割合が大)の試料になるほど、みかけの熱拡散率が大となり、試料加熱時の内部温度上昇曲線から算出した時間定数τ(x)の逆数との間に両対数グラフ上で正の相関があることを報告した。この結果を受けて、平成18年度は卵黄に代わる乳化剤として、親水性ならびに疎水性の食品用乳化剤を選択し、同様に分散相体積分率(油または水)を0.30.8に変えたO/W型乳化系およびW/O型乳化モデル系を調製し、昨年度と同様な加熱実験、熱物性値の測定・算出、粘度、分散相粒子の顕微鏡観察と画像解析を行った。その結果、乳化の型が異なっても(すなわち分散相が油や水に関らず)、系内の熱移動を支配しているのは試料の水の量と試料固有の熱拡散率であり、系中の水の割合が多い程みかけの熱拡散率が大となり、内部温度の上昇速度が増す(すなわち1/τ(x)が大)ことが確認された。またW/O型乳化試料は、O/W型のそれと比較して、試料調製時の撹搾速度や加熱により不安定であること、みかけ粘度やCassonの降伏値も低いこと、分散相である水滴粒子径の分布範囲が広く最多頻出径が3μm(O/W型では1.5μm)と粒径が大であることが明らかとなった。単純な水・油の系に、分離を抑制するために加えたこんにゃくマンナン粉末は熱伝達方式が伝導伝熱を維持する役目を担っていたが、結果として試料全位置での内部熱移動が抑制された。すなわち、マンナンゲルが水を捕捉し熱の移動に関る自由水が少なくなるものと推測された。

単純な水・油の系に、分離を抑制するために加えたこんにゃくマンナン粉末は熱伝達方式が伝導伝熱を維持する役目を担っていたが、結果として試料全位置での内部熱移動が抑制された。すなわち、マンナンゲルが水を捕捉し熱の移動に関る自由水が少なくなるものと推測された。これまでの食材の加熱に関する実験研究において、一連の食材モデル系及び各種の実用食材を対象に、食材の加熱面からその内部一次元方向xの位置の温度φ(t)と加熱時間tとの関係が指数式で表されること、その指数式に現れる遅延時間τ(x)と試料加熱面の面積Sとの比が、各試料の熱拡散率αとべき指数の関係にあることを明らかにした。このような研究の流れを被加熱試料の面で展開するべく、今年度は水系と脂質系とが巨視的に混在するところの乳化系を取り上げ、その熱拡散率に及ぼす成分的要因を、乳化の型(すなわちO/W型とW/O型)を含めて検討することとした。そのため、卵黄(低密度リポタンパク質)を乳化剤とし、コーン油を分散相とするO/W型エマルションの調製を行い、生成する分散油滴の大きさとその分布が乳化系の伝熱機構に如何に影響するかを精査するため、高精度のCCDデジタルカメラを備えた光学顕微鏡を用い、その画像解析を通して粒子分析(粒子の大きさとその分布の測定)を行い、併せて当該乳化系の熱物性諸係数の測定を試みた。その結果、従来のデンプンモデル系と同様に、卵黄を用いたO/W型乳化モデル系においても、水の割合が大になる(すなわち油相体積分率が小になる)ほど、熱移動の指標である熱拡散率αが大となり、また試料内部昇温曲線から算出した遅延時間定数τ(x)も小となり、内部へ熱が早く伝わる状況が確認された。引き続き卵黄に代わる乳化剤の種類を検討し、一連の乳化系の調製とそれらの熱移動に関する情報の収集をすることを検討している。本研究は、加熱実験用食材モデルとしての乳化系モデルを創製し、それらの内部熱移動現象を追跡することを目的に2年間の研究期間内を設定している。昨年度は日常使うことの食材として最も界面張力の強い卵黄を乳化剤にして油相体積分率を変化させたマヨネーズ様O/W型乳化モデルを調製し、ついで卵黄中の成分の影響を排除するために、油と水のみに食品用乳化剤を添加して、油相体積分率の異なるO/W型乳化モデルを創製し、それらの乳化系を加熱した際の熱移動の指標としての熱拡散率や遅延時間との関係を検討し結果を報告した。その結果を受けて、今年度(平成18年度)は、親水性ならびに疎水性の食品用乳化剤を選択し、同様に分散相体積分率を0.30.9に変えたW/O型乳化モデル系を調製した。またO/W乳化系を対象に調製時の攪拌回数を変化させて分散相の粒子径を変えた試料を調製した。実験内容は、昨年度と同様な加熱実験により、熱物性値の測定・算出、粘度、分散相粒子の顕微鏡観察と画像解析を行い、乳化の型の違い及び粒子径の違いが熱移動に及ぼす影響について検討した。その結果、乳化の型が異なっても(すなわち分散相が油や水に関らず)、系内の熱移動を支配しているのは、試料の水の量と試料固有の熱拡散率であり、系中の水の割合が多い程みかけの熱拡散率が大となり内部温度の上昇速度が増す(1/τ(x)が大)ことが示唆された。またW/O型乳化試料は、O/W型のそれと比較して、試料調製時の攪拌速度や加熱により不安定であること、みかけ粘度やCassonの降伏値も低いこと、分散相水滴径の分布範囲が広く最多頻出径が3μm(O/W型では1.5μm)と粒径が大であることが明らかとなった。
超大型浮体構造物の波浪中構造崩壊挙動に関する研究

ポンツーン型超大型浮体構造物の波浪中構造崩壊挙動解析法を開発すると共に,海上空港モデルを対象として,終局強度限界状態に対する構造安全性の評価手順を示した。主な結果は以下の通りである。1.超大型浮体構造物の崩壊挙動の基本解析ツールとして,理想化構造要素法(ISUM)に基づく防撓パネルの座屈・塑性崩壊挙動解析プログラムを開発した。ISUMによれば,通常の有限要素解析に比べて自由度を格段に低減できる。有限要素解析との比較より,圧縮・引張の繰り返し荷重を受ける板の解析を含めて,本プログラムの高い精度と計算効率を明らかにした。2.理想化構造要素法による,浮体構造の逐次崩壊解析プログラムを開発した。平面サイズが数キロに及ぶ超大型浮体構造物の場合,ISUMを用いても全体構造を解析するための自由度は莫大になる。そこで新たにISUMスーパーエレメントを開発し,全体構造崩壊解析を可能にした。3.超大型浮体の波浪中動的崩壊挙動の基本的性質を調べるため,弾性固有モードを用いた近似的な流力弾塑性解析を実施し,座屈崩壊が全体応答に及ぼす影響を考察した。併せて,小型模型による水槽試験を実施し,解析法の精度と大波高下における弾性応答の非線形性を調べた。4.流力弾性解析とISUMを組み合わせた超大型浮体構造物の波浪中全体崩壊挙動解析システムを構築した。まず流力弾性解析から慣性力,減衰力を含む荷重分布を求め,これを,浮力バネ上に置いたISUMモデルに負荷して崩壊挙動を準静的に解析するシステムである。本手法は,浮体全体に比べて崩壊領域が比較的狭い範囲に限定される場合に有効であり,主要部材破損後の逐次崩壊挙動解析に有効である。5.上記システムを用いて,海上空港モデルの終局強度限界状態における構造安全性を評価し,十分な安全性を有することを示した。また防波堤被災を考慮した浮体構造の安全性評価も実施した。本研究は,極大波浪下におけるポンツーン型超大型浮体の崩壊挙動を実験および解析により明らかにすると共に,終局限界状態の合理的設定のための基礎的資料を得ることを目的としている。本年度の成果は以下の通りである。1.浮体構造物の基本的な崩壊モードを知る目的で,弾性固有振動モードの重ね合わせにより近似的に波浪中弾塑性挙動を解析するプログラムを作成した。縦規則波中の崩壊挙動を解析した結果,ポンツーン型浮体は静的復原力が大きいため,構造に塑性関節が形成後も塑性変形が不安定的に増大することはないこと,また塑性変形の局所化が著しくないため巨視的には弾性固有振動モードを用いて崩壊モードを把握できることが判明した。2.(1)の解析では,構造部材の座屈崩壊後の耐力低下を考慮していない。構造物の逐次崩壊挙動を推定するためには理想化構造要素法(ISUM)による解析が必要である。ISUMによる解析システム構築の基本ステップとして,長さ×幅=4752m×1620mの矩形浮体に縦波が作用する場合の横断面の逐次崩壊挙動を解析し,ISUMの有効性と崩壊挙動の性質を明らかにした。今後は,浮体全体を解析できるようプログラムを拡張する予定である。3.防撓パネルに圧縮・引張の面内繰り返し荷重が作用する場合の座屈崩壊挙動をFEMにより解析した。さらにISUMによる同様の解析を行い,その高い精度を確認した。4.メガフロートモデルの波浪中信頼性解析を行い,防波堤被災時および健全時のそれぞれの構造安全性を調べた。

現時点では初期崩壊を破損条件としており,本研究で全体崩壊挙動が明らかになれば,それを基に更に合理的な安全性評価を行う予定である。そのための基本的な解析システムは構築できた。5.水槽での崩壊試験の予備試験として,平面格子浮体模型の弾性応答試験を実施した。これにより,試験及び計測システムを整備できた。本研究は,極大波浪下におけるポンツーン型超大型浮体の崩壊挙動を実験および解析により明らかにすると共に,終局限界状態の合理的設定のための基礎的資料を得ることを目的としている。本年度の成果は以下の通りである。1.長さ約4700m,幅約1700mの国際空港モデルについて弾性応答解析,および理想化構造要素法(ISUM)による局部構造の最終強度解析を行い,これらの結果を基に浮体構造物の破損確率を防波堤健全時および被災時のそれぞれについて明らかにした。2.縮尺約1/100のポンツーン型浮体モデルについて,波高10m相当の大波高時における浮体の弾性応答を調べ,水深が十分深ければ青波や船底衝撃のような非線形影響は小さいことを明らかにした。同時に,浅水深における非線形性の考慮の必要性が判明した。3.ISUMによる浮体構造の逐次崩壊解析プログラムを開発した。浮体のデッキとボトムをISUMで,また縦隔壁と横隔壁を梁要素でモデル化し,これらを断面剛の仮定の下に結合して,時間領域で波浪中におけるポンツーン型浮体の崩壊挙動を解析した。浮体全体を解くには容量が依然不足したため,1600m×500mの部分浮体構造について詳細崩壊解析を実施した。その結果,崩壊が局部に限られる場合は,浮体全体としての応答分布は弾性時と大きな違いはないこと,また折損が生じても浮力による復原力で浮体の安定性が保たれること等を明らかにした。4.超大型浮体の全体崩壊解析を実現するための基礎検討として,ISUMへの動的陽解法の適用性を検討した,矩形パネルの崩壊解析より,良好な適用性が確認された。本研究の目的は、極大波浪条件下におけるポンツーン型超大型浮体の構造崩壊挙動を明らかにし,終局限界状態の合理的設定のための基礎的資料を得ることにある。本最終年度は,波浪中崩壊挙動解析法を開発すると共に,海上空港モデルを対象に終局安全性評価の手順を提示した.主な成果は以下の通りである。1.デッキ・ボトム,縦通隔壁および横隔壁からなる浮体構造を等価な異方性平板に置き換えるための基礎式を定式化した.この異方性平板モデルを用いた弾性応答解析からたわみを求め,これより実構造の各部材のひずみ・応力を正確に求める手法を明らかにした.2.浮体の構造崩壊挙動解析法として,1.の異方性平板モデルによる弾性応答解析からラディエーション流体力を含む浮体への作用荷重の分布を求め,これを弾性基礎上の浮体モデルに準静的に負荷して崩壊挙動を解析する手法を開発した昨年度までの研究により,崩壊領域が浮体全体サイズに比べて十分局所的であれば,このような準静的取り扱いにより実用上十分な精度で崩壊挙動を解析できることが示されている.3.矩形板理想化構造要素(ISUM矩形板要素)を,複数の矩形パネルの座屈・塑性崩壊挙動を1要素で解析できるよう拡張した.
新生児マススクリーニング陽性児の発症予防に関する介入（アクションリサーチ）

先天代謝異常症の急性発作(急性増悪)の状況や予防行動に関する国内外の文献は少なかった。そこで、先天代謝異常症と診断された家族の療育状況について文献検討を行った。その結果、患児の親は、稀少疾患の特徴から親が1ケア(在宅での治療)の専門家になり、2適切な治療を受けられるように環境を整え、3先天代謝異常症の予後と治療の不確かさや、4反発する子どもを育てる難しさを感じながらも、5ケアが必要な患児優先の生活を送っていることが明らかとなった。また、先天性の内分泌疾患と診断された小児の家族の療育行動や療育の現状についても文献検討を行い、治療の簡便さなどが急性発作を予防する療育行動に関連することなどが明らかとなった。児の急性発作の予防に関する家族の知識と療育行動を明らかにする目的で、医師を対象とした面接調査を実施した。その中で、有機酸代謝異常症は希少疾患であり、多くの症例を経験している医師が少ない状況であることが明らかとなった。そのため、対象を有機酸代謝異常症だけでなく脂肪酸代謝異常症などを含む先天代謝異常症の診療を専門とする医師に拡大した。現在、全国計9名の専門医の同意を得て、1代謝異常症における疾患の特徴や発症予防のための治療や生活上の留意点に関する認識、2児と家族への指導の必要性と現状の取り組みについて面接調査を進めている。さらに、当事者グループとメンバーの相談内容について分析した2事例から、家族は共通の経験をもつ家族会とのつながりや情報交換から急性発作の予防を必要とする育児に取り組む希望を見出すことが明らかになった。このことから、当事者グループの役割として相談支援が重要であると考えられるため、家族会代表者だけでなくメンバーも相談支援に取り組めるように「相談支援実施マニュアル」を作成している。先天代謝異常症において、家族や患児・患者が発症予防行動を確立し継続するための課題に関する研究は、国内外ともに少なく、特に疾患コントロールのための生活全般の管理のあり方やシックデイの対応に関する医療機関での説明、発症予防のための生活を支える社会資源は明らかにされていない。そのため、急性発作の予防に関する患児家族の意識や療育行動に関する質問紙調査の項目作成と介入プログラムの作成が遅れていた。そこで、先天代謝異常症と診断された子どもの親に求められる急性発作予防に関する療育行動と療育上の課題を明らかにするための予備調査として、医師の家族指導・教育に関する取り組みについて面接調査を実施しているが、全国の専門医との日程調整に時間を要した。2018年度は、患児の急性発作予防のための家族指導・教育に関する医師の取り組みについて面接調査を行った。2019年度は、2018年度に面接調査の対象となった医師から患児・家族を紹介いただき、家族の急性発作予防のための療育行動とその影響要因について調査し、介入調査の協力を依頼する。また、当事者グループの相談支援に関するマニュアル作成については、2019年度に新しく相談内容のデータを募るだけでなく、2018年度までに分析した2事例についてもマニュアル作成のための分析を行う。相談支援実施マニュアルを作成し、それをデータ提供のあった当事者グループを中心に介入調査の協力を依頼し、運営に活用できるための教育プログラムを実施する。なお、調査ごとに成果を論文などにまとめ、学会発表や学会誌にて公表する。発症予防行動の把握、課題の抽出及び問題解決のための介入計画を立案するために、新生児マススクリーニング陽性児と家族に発症予防への意識と行動の関する質問紙調査を計画し、国内外の文献検討を行った。先天代謝異常症において、家族や患児・患者が発症予防行動を確立し継続するための課題に関する研究は、国内外ともに少なく、特に疾患コントロールのための生活全般の管理の在り方やシックデイの対応に関する医療機関での説明、発症予防のための生活を支える社会資源は明らかにされていなかった。そこで、児と家族にとって必要な代謝異常症に関する意識と発症予防行動を明らかにするために、医師の有機酸代謝異常症における疾患の特徴や発症予防のための治療や生活上の留意事項に関する認識や、児と家族への指導の必要性と現状の取り組み(実施内容や方法)に関する面接調査を計画した。代謝異常症のうち、アミノ酸代謝異常症における食事制限、脂肪酸代謝異常症における食事や内服治療などと共通する管理を要する有機酸代謝異常症の診断名を告げられた児とその家族と関わる医師を対象として計画し、現在、倫理審査で承認を得た段階であり、平成29年度から調査を開始できる状況である。また、当事者グループへの介入プログラムの作成のための予備調査として、当事者グループの交流会に参加し、療育に関する情報提供や内服方法などに関する助言を行った。その中で、患児の家族から当事者グループへ寄せられる相談などに対する返答について、質が保障できないなどの当事者グループ代表者の負担や悩みが明らかとなった。そこで、当事者グループに寄せられた問い合わせの内容と当事者グループ代表者による返答の内容の分析し、運営支援の在り方を考察することを目的とした調査を計画中であり、本年度中に倫理審査の承認を得て実施する予定である。そのため、新生児マススクリーニング陽性児と家族に発症予防への意識と行動に関する質問紙調査における質問項目を設定することが困難であった。

新生児マススクリーニング陽性児と家族の意識や行動に関する質問項目を作成するための予備調査として、患児や家族への発症予防の知識や方法の周知、療育上の課題など発症予防に関する医師の取り組みについて調査する必要が生じ、その計画・準備のために時間を要した。また、出産前後の時期には研究のための時間を設けることが困難であった。代謝異常症の急性発症の状況、発症予防行動に関する国内外の文献検討を行った結果、対象文献は少なかった。そこで、小児期における他の疾患(喘息、I型糖尿病など)の再発作と患児・家族の予防行動について文献検討を行っている。また、児と家族にとって必要な代謝異常症に関する知識と発症予防行動を明らかにする目的で、医師を対象とした面接調査を計画している。その中で、有機酸代謝異常症は希少疾患であり、専門医が少ない現状であることが明らかとなった。そのため、対象を有機酸代謝異常症だけでなく脂肪酸代謝異常症などを含む先天代謝異常症の診療を専門とする医師に拡大して、1代謝異常症における疾患の特徴や発症予防のための治療や生活上の留意点に関する認識、2児と家族への指導の必要性と現状の取り組みについて、面接調査を行う。また、当事者グループへの介入プログラムの作成のための予備調査として、当事者グループの交流会に参加し、参加者の療育に関する困りごと(就学時の教諭への説明や児童・保護者への周知方法、保育園の入園制限、夜間の頻回授乳、発語訓練など)を聴取した。さらに、当事者グループに寄せられる相談に対する返答の質を保障できないなどの当事者グループ代表者の負担や悩みが明らかとなった。そこで、これまでの当事者グループ代表者とメンバーの相談内容・やりとりを分析している。平成29年度は、2事例の分析を行い、以下の3点が明らかとなった。1共通の体験をしてきた当事者グループ代表者のピアサポートによって、相談者は代表者に信頼を感じていた。2相談者は、交流会の案内などをきっかけに代表者と連絡をとりあうことでつながっている安心感を得ていた。3相談者は、子どもの健康につながる助言をうけて育児に取り組み、子どもの成長などへの希望が現実にみえてきたことで今後の意気込みをもてるようになり、代表者への感謝が生じていた。先天代謝異常症において、患児・患者や家族が発症予防行動を確立し継続するための課題に関する研究は、国内外ともに少なく、特に疾患コントロールのための生活全般の管理のあり方やシックデイの対応に関する医療機関での説明、発症予防のための生活を支える社会資源は明らかにされていない。そのため、新生児マススクリーニング陽性児と家族の意識や行動に関する質問項目を作成するための予備調査が必要となった。平成29年度は、療育上の課題など発症予防に関する医師の取り組みに関する面接調査を計画した。倫理審査を受けて承認を得たが、希少疾患であるために対象の選定と、対象の拡大に伴う倫理審査(再審査)に時間を要した。先天代謝異常症の急性発作(急性増悪)の状況や予防行動に関する国内外の文献は少なかった。そこで、先天代謝異常症と診断された家族の療育状況について文献検討を行った。
腸管マクロファージをターゲットとした新たな小腸移植免疫抑制療法の検討

小腸移植の中長期成績向上のために、新たな免疫抑制の標的として腸管マクロファージに着目した。フローサイトメトリーを用いて、急性拒絶反応時の腸管マクロファージサブセットと性質について解析した。Lewis、Brown-Norwayラットを用い、2群(非拒絶、拒絶)で異所性小腸移植を施行し、グラフト回腸から採取した細胞を用いて検討した。本実験にて、拒絶反応時に4つのサブセットが存在し、なかでもED2+ED3+サブセットが拒絶反応時に増加し、炎症性の性質も有するため、急性拒絶反応と強く関わっていることが示唆され、新たな免疫抑制療法の標的になりうると考えられた。小腸移植の長期成績向上のため、新たな免疫抑制療法のターゲットとして自然免疫の担当細胞であるマクロファージに注目し、ラット小腸移植モデルにおける小腸移植後急性拒絶反応時の腸管マクロファージの解析を行っている。前年度(23年度)までに確立したラット小腸移植モデルを用いて、腸管マクロファージサブセットを、主にフローサイトメトリーを用いて、継続的に解析している。マクロファージサブセットのマーカーであるED1, ED2, ED3の発現を解析し、4つのサブセットを同定した。ラット小腸移植モデルにおけるマクロファージサブセットの割合と移植後の変化を経時的解析するとともに、サイトカインの産生、ケモカインレセプターの発現についても解析し、それぞれのサブセットの役割、意義を分析した。急性拒絶反応時に増加するED2+, ED3+のサブセットは炎症性(pro inflammatory)サイトカインであるTNF-αを産生し、炎症性のサブセットと考えられた。この炎症性サブセットを特異的に抑制する薬剤の候補を検討するとともに、炎症性腸疾患などの治療に使用される抗TNF-α抗体製剤の使用によるマクロファージサブセットの変化についての予備実験を施行した。23年度までの成果を2012年3月の日本小腸移植研究会にて発表し研究奨励賞を受賞した。本年度は、更に追試および内容を吟味し、2013年6月の国際小腸移植シンポジウムにおいて成果を発表するとともに英文論文投稿を予定している。小腸移植の短期成績は向上しているが中長期成績は停滞しており、要因として拒絶反応、虚血再灌流障害、感染等が挙げられる。我々は、これらの問題を解決するには既存の免疫抑制療法だけでは不十分と考え、新たなターゲットとして自然免疫担当細胞であるマクロファージに着目した。これまでもマクロファージと小腸移植に関する動物実験の報告は散見されたが、それらは免疫組織学的手法によって行われていた。我々はフローサイトメトリーを用いることで腸管細胞の多重染色評価と定量的評価をを可能とし、移植後急性拒絶反応時の腸管マクロファージのサブセットとその性質について解析した。研究は、ラット異所性移植を2群(同系(非拒絶)、異系(拒絶))で施行し、グラフト回腸から細胞を採取した後、フローサイトメトリーを用いて以下について検討した。1代表的ラットマクロファージマーカーのED1、ED2、ED3によるサブセットとその経時的変化の検討。2各サブセットの特徴を検討するため、サイトカイン産生、ケモカインレセプター発現の解析。これまでの研究実績を総括すると、ラット小腸移植後拒絶反応時にED1、ED2、ED3によって定義される4つのマクロファージサブセットが存在し、なかでもED2+ED3+サブセットは拒絶反応時に増加し、TNF-α産生細胞の割合が有意に高いなど炎症性の性質も有するため、急性拒絶反応と強く関わっていると考えられ、新たな免疫抑制療法のターゲットとなる可能性が示唆された。本研究成果を2012年3月に開催された第24回日本小腸移植研究会にて報告し、研究奨励賞を受賞した。2013年6月には国際小腸移植シンポジウムでも同成果について報告した。小腸移植の長期成績の向上のため、新たな免疫抑制のターゲットとして自然免疫担当細胞であるマクロファージに着目した。今回、フローサイトメトリーを用いて、移植後急性拒絶反応時の腸管マクロファージのサブセットとその性質について解析した。方法:雄性Lewis、Brown-Norwayラットを用い、同系(非拒絶)、異系(拒絶)群で異所性小腸移植を施行した。ラットは移植後1、3、5、7日に犠牲死させ、グラフト回腸を摘出した。グラフト回腸から細胞を採取し、フローサイトメトリーを用いて以下について検討した。(1)ラットマクロファージサブセットとその経時的変化の検討。(2)各サブセットの特徴を検討するため、サイトカイン産生(TNF-α、IL-10、IFN-γ)、ケモカインレセプター発現(CCR2、CX3CR1)の解析(n=3)。これらの結果から、マクロファージ制御療法に適するターゲットを検討した。結果:ED2、ED3発現によって、ED1+マクロファージ中に4つのサブセットが認められた。

異系群のED1+マクロファージは、術後5,7日目に同系群より有意に増加し、ED2+マクロファージの割合も、術後7日目に同系群より有意に増加した。各サブセットの特徴は、ED2の発現にかかわらず、ED3+マクロファージはED3-マクロファージよりもTNF-α産生細胞の割合が有意に高かった。IL-10、IFN-γ産生細胞はどのサブセットでも認められなかった。CCR2、CX3CR1発現も、ED2の発現にかかわらずED3+マクロファージでED3-マクロファージよりも高かった。結論:本実験にて、ラット小腸移植後拒絶反応時にED1、ED2、ED3によって定義される4つのマクロファージサブセットが存在することを示した。なかでもED2+ED3+サブセットは拒絶反応時に増加し、急性拒絶反応と強く関わっていることが示唆された。小腸移植の短期成績は向上しているが中長期成績は停滞しており、要因として拒絶反応、虚血再灌流障害、感染等が挙げられる。我々は、これらの問題を解決するには既存の免疫抑制療法だけでは不十分と考え、新たなターゲットとして自然免疫担当細胞であるマクロファージに着目した。これまでもマクロファージと小腸移植に関する動物実験の報告は散見されたが、それらは免疫組織学的手法にて行われていた。我々はフローサイトメトリーを用いることで腸管細胞の多重染色評価と定量的評価を可能とし、移植後急性拒絶反応時の腸管マクロファージのサブセットとその性質について解析した。研究は、ラット異所性小腸移植を2群(同系(非拒絶)、異系(拒絶))で施行した。グラフト回腸から細胞を採取した後、フローサイトメトリーを用いて以下について検討した。1代表的なラットマクロファージマーカーであるED1、ED2、ED3抗体を用いたサブセットとその経時的変化の検討、2各サブセットの特徴(サイトカイン産生、ケモカインレセプター発現)。この研究から、ラット小腸移植後拒絶反応時にED1、ED2、ED3によって定義される4つのマクロファージサブセットが存在し、なかでもED2+ED3+サブセットは拒絶反応時に増加し、TNF-α産生細胞の割合が有意に高いなど、急性拒絶反応と強く関わっていることが示唆され、新たな免疫抑制療法のターゲットになりうると考えられた。本成果は、第24回日本小腸移植研究会(2012年3月、京都)にて発表し、研究奨励賞を受賞した。さらに我々は、薬剤によるマクロファージの制御についても検討した。単球/マクロファージの分化・増殖を刺激する造血系サイトカインであるマクロファージコロニー刺激因子(CSF-1)に着目し、ラット拒絶反応モデルに投与したところ、拒絶所見が軽減する所見が得られた。小腸移植研究協力者(工藤)が大学院を卒業し、他施設に出向したため、動物実験、解析手技などについての引き継ぎを研究分担者(和田)および後任の大学院生へ引き継ぐため、若干の停滞を余儀なくされた。現在、当初の計画よりはやや遅れているが、実験は問題なく再開、継続している。マクロファージサブセットを制御する薬剤の候補に関する検討と今後の研究計画については、他施設に出向した研究協力者(工藤)も含めて、定期的にミーティングを行っている。
がん治療におけるビッグデータ構築のための腫瘍・放射線線量情報の統合データベース

1について、前立腺癌に対する高精度放射線治療における線量データを解析するシステムを構築して、複数の施設の線量データの比較を行った。本研究によって、新しい計算システムのKnoweldge based planningsystemの有用性を明らかにしたともに、多施設における臓器線量のバラツキを明らかにした。本データは今後の標準化のための基礎データになりうる。2について、乳腺の接線照射における心臓線量と照射範囲の関係の紐づけを行った。本結果により、通常用いられている照射野内の心臓の距離よりも、照射野内の心臓の面積の方が、正確に線量を見積もれることが明らかにされた。本研究で構築された計算式は過去に接線照射を受けた患者の心臓疾患と線量の紐づけを行う際に有効な計算式である。3については、二つの固定具の比較を臨床データと治療結果から明らかにすることができた。本システムによって広く普及している固定具における注意点を明らかにできた。線量管理データベースを用いて、Knowledge based planningシステムの解析を行い、1本の論文採択と、複数の論文の投稿を行った。さらに線量管理システムによって心臓線量について解析した1本の論文が採択され、複数の論文の投稿を行った。臨床データベースと放射線治療データの紐づけを行うことで、各患者固定具の特性について評価でき、論文が採択された。現状のシステムで線量データベースと臨床データベースを用いた解析を行い、当院の過去十年聞のデータを解析する。頭頚部・前立腺癌・肺癌におおける放射線治療の臓器線量のデータと臨床データの紐づけを行う。さらに現在構築できた線量データ解析システムを用いて、Knowledge based planningシステムの解析を引き続き行っていく予定である。当院の臨床症例から線量データを出力するシステムを構築した。本システムによって以下実績を残した。当院の臨床症例の線量データベースを用いてIII期肺がんの障害発生率・腫瘍制御率を計算して、通常分割と比較した場合の優位性について評価した。III期肺がんにおいて通常分割を用いた線量増加試験は失敗に終わったが、本研究によって腫瘍のRepopulationの影響を抑え、かつ、正常組織の回復を促すHypofractionationが有用であることが計算で推測された。本結果については2017年米国放射線腫瘍学会・2017年日本放射線腫瘍学会にて報告した。現在作成した論文について投稿中である。前立腺がんのVMATにおける5施設の400症例以上の臓器線量を分析した。それぞれの施設で臓器とターゲットが重なる範囲の大きさが臓器線量と強い関係があることを発見した。また施設それぞれで臓器線量が大きく異なり、本邦における線量標準化の問題について浮き彫りとなった。本結果については2018年日本医学物理学会・2018年World congress on medical physics & biomedical engineeringにて発表する予定である。また、Radiation Oncologyに論文がアクセプトされた。乳腺接線照射における心臓線量を計算するモデル式を線量データベースから構築した。本モデルは通常の照射野内の心臓の距離からの計算する手法よりも正確に計算が可能であり、乳腺照射患者の過去のデータから正確な線量を計算できる可能性を示す。本結果についてはBritish journal Radiologyに投稿中である。臨床データと線量データの統合データベースの作成については順調に実行中であり、上記の内容について線量分析を行い、実績を積んだ。ただし、腫瘍情報のデータベースについては構築が遅れている。腫瘍情報を電子カルテやCTワークステーションから取り込む必要があるが、それらの情報の出力について遅れている。・線量データと有害事象などのクリニカルデータの紐づけを行うプログラムを構築する。・CT画像から腫瘍情報を取り込むデータベースを作成する。システム構築が遅れたため、パソコン・ソフトウェアの購入が30年度にずれ込んだ。その他、発表や英文校正に使用する予定である。

物品で現在使用しているシステムで十分にまかなうことができたので、予定よりも低かった。また、旅費等が低かったのは、論文作成に力をいれていたためである。繰り越した費用については論文化した成果について学会発表を予定しており、その費用として使用する。
動物の多様なロドプシン類を利用した新しい光遺伝学的技術の確立

光受容タンパク質を神経細胞に導入し、その細胞の興奮を光により人為的に操作する光遺伝学的な技術が注目されている。光再生能を持つ3種類のロドプシン類が光遺伝学的な利用に適していることが、培養細胞を用いた実験により明らかになった。特に、ハマダラカのエンセファロプシン(Opn3)は、体内に広く存在する13シス型レチナールを結合できることを見出し、その性質が光遺伝学的な利用に極めて有効であることを発見した。ハマダラカエンセファロプシンは、細胞内cAMP濃度を減少させるが、その変異体を作成することにより、光依存的にcAMPの上昇やカルシウム濃度変化を引き起こすことに成功した。多様な動物のロドプシン類の性質を利用して、新しい光遺伝学的技術の確立を試みるために以下の研究を行った。具体的には、細胞内cAMP濃度を調節する3つのロドプシン類(ハマダラカOpn3、アンドンクラゲロドプシン、パラピノプシン)や、そららのキメラタンパク質を作製し、培養細胞を用いて発現量や光反応性(cAMPの変化量)を解析し、光遺伝学ツールとして有用なキメラタンパク質の選別を行うとともに、選別されたロドプシン類を用いたトランスジェニックマウスの作製に着手した。具体的には次の通りである。(1)3つのロドプシン類について、照射光の波長とcAMP変化の大きさとの関係を解析した結果、以下の2種類に分類できることが分かった。1つは、照射波長の効果が吸収スペクトル特性と良く一致するロドプシン類であり、一般的なロドプシン類の性質と考えられた。もう1つのパターンは、cAMPの減少は暗状態の吸収スペクトルと対応した波長依存性があるのに対して、光産物の吸収特性とほぼ一致して、cAMPの増加が起こるロドプシン類を見出した。(2)3つのロドプシン類それぞれについて、Gタンパク質との相互作用部位である細胞内第三ループを異なるロドプシン類のものと置換した変異体を作製し、培養細胞に導入し、cAMPの変化量等を解析した。その結果、照射する光の波長により、細胞内二次メッセンジャーの濃度を増加させたり、減少させたりできるキメラタンパク質の作製に成功した。(3)上述(2)で作製したキメラロドプシン類のトランスジェニック動物(ゼブラフィッシュ、マウス)を作製するための遺伝子コンストラクトの作製を終了した。多様な動物のロドプシン類の性質を利用して、光遺伝学において利用できる新規のツールを得ることを目的として解析を行い、以下の結果が得られた。(1)光強度に依存して細胞内二次メッセンジャー量を変化させるだけではなく、光の波長の違いによっても二次メッセンジャーの濃度を変化させることができるロドプシン類を探索した。さまざまな非視覚ロドプシン類や無脊椎動物の視覚ロドプシン類を発現する培養細胞をUV光、青色光、緑色光の3種類の光により繰り返して照射し、細胞内cAMP(二次メッセンジャー)濃度を測定した。その結果、パラピノプシン発現細胞では、それぞれの色の光で、何度でも同程度のcAMP濃度を示した。すなわち、パラピノプシンは「色」により細胞内のcAMP濃度を制御できるツールとして使用できることが示唆された。(2)マウス小脳のプルキンエ細胞に特異的なプロモータ下で非視覚型ロドプシン類のキメラ変異体等を明確に機能させるためには、細胞における発現量を可能な限り高めることの重要性が示唆された。いくつかの無脊椎動物の非視覚ロドプシン類は、それらの遺伝子コドンを哺乳類(ヒト)で頻度高く使われているコドンに変更することにより、発現量が格段に上昇することがわかった。(3)体内にユビキタスに存在する発色団である13シス型レチナールの結合能を持つオプシン(ハマダラカOpn3)を、ゼブラフィシュに遺伝子導入し、嗅細胞に特異的に発現させることに成功した。匂い物質の代わりに光を用いて嗅覚行動を起こさせることが可能であると考えられた。動物生理・行動光遺伝学に用いるロドプシン類の作製およびその分子特性の解析については、順調に進めることができた。特に、キメラタンパク質を作製することにより、ほとんどの種類のロドプシン類をGs共役型に変換することに成功したことは、さまざまな分子特性を持つロドプシン類が細胞内CAMPの上昇を引き起こすツールとして利用可能であることを示唆する。これらの点は、当初の研究計画以上に進展したと言える。一方で、これらのロドプシン類の生体への導入は準備が終了し、トランスジェニック動物の作製に着手できた段階である。したがって、全体として、おおむね順調に進展していると判断した。

今年度作製したキメラロドプシン類の中で、培養細胞を用いた解析により発現量および光反応性が光遺伝学的利用に優れていると判断されたロドプシン類について、遺伝子導入動物(マウス、ゼブラフィッシュ)の作製を速やかに完了する。そして、それら動物を用いて、作製さいたロドプシン類の光遺伝学的利用の有用性を行動実験などにより解析する。遺伝子導入に用いてるキメラタンパク質について、培養細胞を用いて解析したところ、予想外の発見があった。遺伝子導入動物の作製の開始は、その解析が終了する必要があったため、遺伝子導入動物の作製を遅らせる必要が生じた。そのため、遺伝子導入動物を作製するための経費が次年度使用額となった。既に準備が整っている遺伝子導入動物の作製を次年度に速やかに開始し、生じた「次年度使用額」を使用する。
シングルステージ交流変換SSTを導入した高電力密度三相AC-DC変換器の開発

提案する三相AC-DCコンバータにおいて,1)応用分野に応じた回路方式の考案,2)理論による回路動作解析,3)シミュレーションによる動作動作確認,4)ミニモデル試作器の設計・製作,5)試作器実験を実施した。回路方式として,分散電源やEVバッテリ急速受電器,48Vデータセンター給電システムへの適用を狙い,大電流出力並列型各相制御(Phase modular)方式三相AC-DCコンバータを考案した。専用コンピュータによる解析を経て,2.2kW-20kHzの試作器を作成し,実験による詳細は評価を行った。これより,1)商用周波60Hz三相電源から中間段高周波リンクへのシングルステージ周波数変換,2)三相電源電流の高力率動作(歪み率約2%),3)三相電流の瞬時合成による直流電流生成,4)入力から出力まで大容量コンデンサを一切不要(ケミコンレス),および5)電力変換効率83.6%を実証した。より高効率な電力変換と回路体積の小型化を狙い,現在,1)時期部品の小型軽量化,2)動作スイッチング周波数の高周波化(最大50kHz)の検討を行っている。単相システムについては,高周波リンク方式低周波ー低周波交流直接変換回路を新たに考案した。特徴として,高周波変圧器1次側回路は上述の三相システムと同様ながら,その2次側を双方向自励式スイッチを適用しした高周波ー低周波ダイレクト変換装置である。シミュレーションによりその有効性を確認した。次年度においては,実験により詳細に検討する。当初予定した三相システムの回路考案から試作器実験まで順調に成果を出している。回路構造については,ワールドワイド電源に対応すべく85V225Vへの対応も確認しており,所望の電力変換を達成することを実証している。また,電力変換器としての基本的な特性について,周波数変換や多重化による低リプル化などを実験より実証することに成功した。電力変換効率が当初想定していた90%以上を達成しておらず,この観点から課題は残っている。単相システムについては,理論動作等についてシミュレーションによる評価を中心に行い,実験により検証が今後の課題として残っている。以上から総合的に判断し,現時点での進捗を「概ね順調に進展している」に値すると判断した。三相システムにおいては,1)動作周波数の向上(最大50kHz)による入力リアクトルの小型化と低損失化,2)位相シフトパルス幅変調制御によるパワー半導体スイッチのソフトスイッチング領域の拡大,3)各phase modular内部配線の低インダクタンス(実装改良)などを予定している。これにより,共振電流によるリアクトルでの損失を抑え高効率化を図るとともに,スイッチングによるサージ電圧の抑制とスイッチ耐圧の低減,それによるパワー半導体スイッチでの低損失化および電磁ノイズの低減を行い,目標ととする93%95%の高効率三相整流動作を狙う。単相システムについては,特徴である高周波トランス2次側の単相周波数直接変換回路に双方向スイッチにGaNパワートランジスタを適用し,その高周波化および高効率化を図り,電力変換段数の削減と同時に従来の単相電力変換器では達成し得ないケミコンレス構造によるメンテナンスフリーを実現する。初年度中に得られた研究成は,2019年度2つの国際会議で発表予定であり,インパクトファクター付海外論文誌に投稿する。

三相システムにおいては,1)動作周波数の向上(最大50kHz)による入力リアクトルの小型化と低損失化,2)位相シフトパルス幅変調制御によるパワー半導体スイッチのソフトスイッチング領域の拡大,3)各phase modular内部配線の低インダクタンス(実装改良)などを予定している。これにより,共振電流によるリアクトルでの損失を抑え高効率化を図るとともに,スイッチングによるサージ電圧の抑制とスイッチ耐圧の低減,それによるパワー半導体スイッチでの低損失化および電磁ノイズの低減を行い,目標ととする93%95%の高効率三相整流動作を狙う。単相システムについては,特徴である高周波トランス2次側の単相周波数直接変換回路に双方向スイッチにGaNパワートランジスタを適用し,その高周波化および高効率化を図り,電力変換段数の削減と同時に従来の単相電力変換器では達成し得ないケミコンレス構造によるメンテナンスフリーを実現する。初年度中に得られた研究成は,2019年度2つの国際会議で発表予定であり,インパクトファクター付海外論文誌に投稿する。
数論的関数の和および格子点問題より生じる誤差項の平均値理論の研究

本研究課題において昨年度得られた誤差項の離散平均と連続平均に関する結果をさらに発展させるもの得ることに成功した。具体的には、古典的約数問題における誤差項の一般べき乗平均、特に三乗から九乗平均までの離散および連続平均の差の評価の改良を行った。また、この改良における手法をその他の類似の問題に応用することも研究の対象として成果を得た。一般の数論的関数f(n)に対し、そのxまでの和から生じる誤差項をE(x)とおく。この関数f(n)とE(n)の積に関する和公式の考察は昨年度の本研究課題で得られた成果であるが、本年度はその一般化として「f(n)とある振動関数の積に関する和公式」として更なる考察を行った。具体的には、数論的関数f(n)と周期的ベルヌーイ関数と呼ばれる振動関数の積に関する和公式やf(n)と関数E(x/n)の積に関する和公式などを考察した。特にそれらの例として約数問題の場合を深く考察した。これらの問題は数論的関数の古典的な研究に深くつながりがあり、既存の結果の別表示・別解釈を与えるものとして捕らえられるものであるということも考察された。また、周期的ベルヌーイ関数との積については、二次元平面領域に関するある種の平均値定理の先行する研究に対応しており、その先行する結果の特殊な場合の改良を与えることも本研究で得られた成果として挙げられる。数論的関数の誤差項の平均値に関して、「離散型平均値」と「連続型平均値」の二種類の平均値の差に関する研究を行った。これに関しては非常に広い範囲の関数を含む一般論としての成果、およびその結果の古典的な円問題への拡張を得ることが出来た。特に、二乗平均については最良の誤差を持つ漸近公式を、三乗平均に関してはほぼ最良と思われる誤差を持つ漸近公式を、それ以上の高次冪平均に関してはその差の上からの評価を与えることが出来た。二乗平均に関してはHardyによる古典的な結果の大幅な改良になっており、それ以外については本研究で新たに得られた結果となっている。さらに、数論的関数とその和より生じる誤差の冪乗とを掛け合わせた関数の平均値を考察した。このようなタイプの関数の漸近公式および上からの評価を、特に約数問題と円問題の場合に詳しく考察した。またとくに約数問題においては、その結果の系として「Ω-評価」と呼ばれる誤差項のある種の評価に関する理論に対して既存のものとは異なる結果を得ることに成功した。この最後の結果に関しては、既存の結果の改良とはなってはいないが、この研究の継続により改良を得るための道筋などの考察もあわせて行った。これらの結果は現在専門雑誌に投稿中である。また、合同条件付き約数問題の代数体への拡張については、その代数体がある特殊な条件を満たす場合については代数体上の約数関数の和公式を得ることが出来た。この条件をはずして一般的状況で結果を得ること・平均値定理を得ることについては最終的な結果を得るところまでは到達していない。これらについては今後も更なる発展を目指し継続して研究を行っていきたいと思っている。
配位子の構造柔軟性がもたらす多様な平衡を利用するfブロック金属の高選択的結晶化

近年,高レベル放射性廃液の処理においてアクチノイド(An)とランタノイド(Ln)を高度に分離する技術が求められている.しかし,同じfブロック元素に属するAnとLnは互いに類似した性質を持つため分離が難しい.本研究では,三脚型シッフ塩基の構造柔軟性がもたらす多様な平衡を制御し,AnとLnを高度に分離することを目指す.はじめに,放射性がないLnを対象として溶液内平衡を解析しLn相互分離を行う.この検討で得られる知見からAn/Ln分離に適した条件を決定しAn/Ln分離を行う.近年,高レベル放射性廃液の処理においてアクチノイド(An)とランタノイド(Ln)を高度に分離する技術が求められている.しかし,同じfブロック元素に属するAnとLnは互いに類似した性質を持つため分離が難しい.本研究では,三脚型シッフ塩基の構造柔軟性がもたらす多様な平衡を制御し,AnとLnを高度に分離することを目指す.はじめに,放射性がないLnを対象として溶液内平衡を解析しLn相互分離を行う.この検討で得られる知見からAn/Ln分離に適した条件を決定しAn/Ln分離を行う.
超流動ヘリウム中における不安定核のイオンの挙動

西独ダルムシュタットの重イオン研究所(GSI)において1990年に新しい加速器SISが完成する。その不安定核ビ-ムを用いて、現在、大阪大学で基礎研究を行っている超流動ヘリウム中の不安定核イオンの振舞いの研究を、世界に先駆けて本格的に発展させるための可能性の追求と実験研究の準備を行った。超流動ヘリウム中において正イオンはそのまわりに50100個のヘリウム原子が誘電分極によって結びついた氷球粒子の形をとる。すでに1959年に発見されたものの、電流によるほかに有効な検出法がなく、その後の研究の大きな発展の障壁となっていた。今回、ベ-タ放射性核をもつイオンの氷球粒子を作ることによって、ベ-タ線による個々の氷球粒子の検出法を確立することができたので、超流動ヘリウム中の氷球粒子の物理を発展させるのが目的である。超流動ヘリウム中にβ放射性核を打ち込み、電磁場の下におけるそれらのイオンの輸送現象を研究する。イオンの検出には不安定核からのβ線を用いる。SISからの高エネルギ-重イオンが核反応によって生成する多種類のβ放射性核ビ-ムを用いることによって、多種のイオンの輸送現象を調べることができる。さらに、氷球粒子の構造と超流動ヘリウム中の素励起との相互作用を研究する。大阪大学、GSIおよびワイツマン研究所の協力研究により次の方向で本実験に至るまでの基礎準備研究が進展した。1)SISを用いる実験のための準備;ビ-ム輸送用イオン光学の決定のための討論と、超流動ヘリウム2)GSIにおいてユニラック加速器からの不安定原子核ビ-ムを用いた実験を行い、そのデ-タ解析をともに行うことができた。3)GSIにおいてイオン光学と核物理学の実験に参加し、加速器オペレ-タ-、電子回路や機械工作工場での作業依頼をスム-ズに行うなど、実際に実験研究を行うさいの問題点を解決する方法を探った。4)SISによって生成される不安定核ビ-ムの質量分析をなしうるビ-ム輸送系を検討した。5)大阪大学において超流動ヘリウム中の不安定核^<12>Bや^8Liを用いる実験、偏極保持の説明に不可欠の固体中の超微細相互作用について基礎研究と討論を行った。6)理化学研究所において中エネルギ-重イオン反応の実験研究を行い、不安定核に十分大きな核偏極が見い出し、超流動ヘリウム中における偏極不安定核のこの研究の将来に明るい見通しを与えた。SIS実験計画採択委から最近この実験計画に関して、この計画研究方法のもつ可能性の大きさが印象的であるとの推薦をもらい実験計画番号NO.123が割り当てられた。
紅藻スサビノリ尿素トランスポーターの機能特性解析による窒素取込みの分子機構の解明

紅藻スサビノリには,一次構造の異なる2種類の尿素トランスポーター(PyUT1およびPyUT2)が存在する.スサビノリ葉状体は貧栄養環境下で,PyUT1およびPyUT2遺伝子を高発現することから,PyUT遺伝子は葉状体の貧栄養環境に対する応答・適応反応に重要な役割を果たしていることが考えられた.PyUT遺伝子は無機態窒素や尿素に対して顕著な発現応答性を示したが,酵母UT(DUR3)遺伝子欠損を機能的に相補しなかった.したがって,PyUT遺伝子は無機態窒素や尿素取込みの輸送体として機能しているのではなく,尿素の細胞内輸送や尿素以外の物質の取込みに関与している可能性が考えられた.紅藻スサビノリには,一次構造の異なる2種類の尿素トランスポーター(PyUT1およびPyUT2)が存在する.スサビノリ葉状体は貧栄養環境下で,PyUT1およびPyUT2遺伝子を高発現することから,PyUT遺伝子は葉状体の貧栄養環境に対する応答・適応反応に重要な役割を果たしていることが考えられた.PyUT遺伝子は無機態窒素や尿素に対して顕著な発現応答性を示したが,酵母UT(DUR3)遺伝子欠損を機能的に相補しなかった.したがって,PyUT遺伝子は無機態窒素や尿素取込みの輸送体として機能しているのではなく,尿素の細胞内輸送や尿素以外の物質の取込みに関与している可能性が考えられた.紅藻スサビノリ葉状体の色落ちおよび色落ち回復条件を明らかにするために,室内培養試験を行った.栄養補強海水培地を用いて水温10°C,短日条件(明期10時間,暗期14時間)で培養した葉状体を天然海水培地に移し,培地交換を行わずに培養を継続して葉状体の色落ちを誘導した.24時間毎に葉状体色を分光測色計で測定したところ,色落ち誘導2日目で葉状体色の退色が始まり,その後は経過時間に伴って退色の進むことが明らかとなった.そこで,色落ち誘導した葉状体を種々の無機態窒素源(硝酸ナトリウム,塩化アンモニウム,硝酸アンモニウム,硫酸アンモニウム)または有機態窒素源(尿素,ヒドロキシ尿素,アラニン,アルギニン,グルタミン酸,グリシン,ヒスチジン,プロリン,タウリン)で栄養補強した海水培地に移して培養し,各種窒素源による色落ち回復効果を分光測色計で評価した.その結果,硫酸アンモニウムによる色回復効果が特に優れていること,さらに尿素の色回復効果が硫酸アンモニウムと同等であることが明らかとなった.次に,紅藻スサビノリ葉状体の尿素トランスポーター(PyUT1およびPyUT2)をコードするcDNAの塩基配列情報を基に,各遺伝子発現を特異的に検出・定量可能なリアルタイムPCR用プローブ・プライマーセットを作製した.色落ち誘導した葉状体を24時間毎に回収し,PyUT1およびPyUT2遺伝子発現をリアルタイムPCRにより調べたところ,両トランスポーター遺伝子発現は色落ち誘導12日目で著しく誘導され,3日目以降でも高レベルで維持されていることが明らかとなった.さらに,色落ち葉状体に各種窒素源による色落ち回復を行い,PyUT1およびPyUT2遺伝子の発現応答性を調べたところ,無機態窒素源または有機態窒素原のうち尿素とグリシンを添加した場合に,両遺伝子発現が大きく抑制される傾向が認められた.したがって,スサビノリ葉状体はPyUT1およびPyUT2遺伝子を高発現して貧栄養環境に対応していること,両遺伝子は無機態窒素源および一部の有機態窒素源の取込み・同化やその調節に重要な役割を果たしていることが考えられた.紅藻スサビノリには,一次構造の異なる2種類の尿素トランスポーター(PyUT1およびPyUT2)が存在し,これらをコードする遺伝子は海水中の栄養塩類濃度の低下によって発現誘導される.本研究では,PyUTの細胞内機能特性を調べ,スサビノリ葉状体の栄養塩類取込みの分子機構におけるPyUTの役割を明らかにすることを目的としたまず,PyUTlおよびPyUT2のC末端側に緑色蛍光タンパク質(GFP)を付加したGFP融合タンパク質,PyUT1-GFPおよびPyUT2-GFPの酵母用発現ベクターを構築した.各発現ベクターを用いて野生型酵母を形質転換し,酵母内でPyUT1-GFPおよびPyUT2-GFPを発現させた.共焦点レーザー顕微鏡を用い,GFP蛍光を指標として酵母内での発現タンパク質の局在性を調べたところ,両タンパク質が細胞膜に局在することが確認された.したがって,酵母内で発現させたPyUTはネイティブ構造を有し,その機能性も保持されていることが示唆された.次に,各発現ベクターを用いて尿素トランスポーター遺伝子(DUR3遺伝子)欠損型酵母を形質転換し,PyUT遺伝子によるDUR3遺伝子相補試験を行った.尿素を窒素源としたプレート培地上で形質転換酵母の生育低下が認められた.したがって,PyUTは細胞膜の尿素輸送体としてではなく尿素以外の物質輸送体として,あるいは細胞内の尿素輸送体として機能している可能性が考えられた.そこで,PyUT1およびPyUT2の一次構造を基にしてペプチドを合成し,これを利用して各PyUTを特異的に認識するポリクローナル抗体を作製した.現在,スサビノリ葉状体の切片を作製してポリクローナル抗体による免疫染色を行い,スサビノリ細胞内におけるPyUT1およびPyUT2の局在性を調べている.