hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
作用素環論的量子群の研究

今年度は、従順コンパクトKac環の従順III型因子環への極小作用のうちモジュラー不変量を持たないものを分類した。特に古典型コンパクトLie群の従順III_1型因子環への極小作用は同型を除いてただ一つであること、すなわちII型作用となることが導かれる。作用素環論において群作用の研究は、重要な研究課題であることが広く認識されていること、また本結果はコンパクト群作用の分類理論についてであることとから作用素環論にとって有意義な研究となった。モジュラー不変量が消えていない作用についてはこれからの課題である。またコンパクト量子群SUq(2)の無限テンソル積作用を研究した。SUq(2)の双対量子群のボワソン境界の非自明性により、この作用は極小ではないことが知られている。私は固定点部分環のdouble relative commutantを研究し、固定点部分環とから構成される因子環の包含が、コンパクトかつ既約でありさらに、深さ2であることを示した。それゆえ何らかのコンパクト量子群が従順因子環に極小に作用していることが分かるのだが、この量子群が1次元トーラスであること、そしてこの極小作用はモジュラー自己同型群から来ることも示した。この研究からSUq(2)の無限テンソル積から構成される包含がとても単純な構造をしていることが分かった。この研究結果は量子群SUq(2)の作用の分類理論を考える上で重要である。今年度はコンパクト量子群のvon Neumann因子環への作用について研究し、コンパクト量子群のガロワ対応について成果を得た。ここで述べるガロワ対応とは代数学のガロワ対応の作用素環論における類似物である。代数学では体の拡大体を研究するが、作用素環論ではvon Neumann部分因子環を研究する。私が考察した対象はコンパクト量子群のvon Neumann因子環への極小作用である。ガロワ対応は、不動点環と全体環との間のvon Neumann部分因子環とコンパクト量子群の部分群的対象との間の一対一対応が成り立つことを主張する。この結果は、それまで知られていた最良の結果である泉-Longo-Popaの「コンパクトKac環の極小作用についてのガロワ対応」をさらに一般化したものである。それゆえ、有限群の外部作用のガロワ対応の研究から始まるコンパクト性を持つ対象のガロワ対応の研究の内で、最良の結果である。この結果を応用し、Kac型でない量子群の極小作用から、von Neumann部分因子環であり全体環から条件付き期待値が落ちないものを構成した。私の研究課題の一つである「コンパクト量子群の極小作用」については、明らかになっていない事柄が多い。本研究はコンパクト量子群の極小作用の種々の問題について研究を進める上で重要な結果となるであろう。特に超有限型von Neumann因子環への極小作用の存在の可否について、中間von Neumann部分因子環の族の情報から研究することができる。
ローリングサークル型複製伸長を担うEBウイルス複製装置の分子解剖

Epstein-Barrウイスル産生時においてウイルスゲノムはローリングサークル型複製様式によって複製される。このDNA鎖伸長に関わるウイルス蛋白質はDNAポリメラーゼ複合体,一体鎖DNA結合蛋白質,DNAヘリカーゼ/プライマーゼである。平成7年度においてはEBVSSB(EBV-本鎖DNA結合蛋白質)をウイルス産生細胞により精製しその生化学的性質及びEBV DNAポリメラーゼとの相互作用について検討した。(1)EBVSSBはBALF2遺伝子がコードすることが知られている。EBVB95-8株よりゲノムDNAを調整しBALF2 ORFをクローニングし大腸菌で発現精製後ウサギに免疫し抗EBVSSB抗体を得た。(2)EBVウイルス産生状態を誘導したB95-8細胞核抽出液から抗EBVSSB抗体を用いたウエスタン法で各種カラムを通してEBVSSBを精製した。精製されたBALF2蛋白質は分子量130Kでありゲル濾過の解析から溶液中ではmonomerとして存在することが示唆された。(4)Singly primed M13ssDNAを用いたEBV DNAポリメラーゼアッセイ系にBALF2蛋白質を添加する系においてEBVSSBはBALF5ポリメラーゼcatalyticサブユニットのprocessivityを著しく促進させた。
筋・骨廃用萎縮に及ぼす栄養及び内分泌系の関与:エイジングとの関係

高齢化社会を迎え、老人の骨粗鬆症が問題となっており、その発症機序及び予対策は急務である。ラットの尾部懸垂が、後肢の廃用性筋・骨萎縮発症のモデルとして有用である事を示してきたが、このモデルを使用し以下の事を明らかにした。I)若年(5-8週齢)ラット:1-2週間の尾部懸垂により、後肢骨の抗重力筋及び大腿骨の萎縮が認められた。懸垂群では、尿中ピリジノリンの排泄増加を認め、懸垂早期から骨吸収が促進する事を示唆した。事実、酒石酸抵抗性酸ホスファターゼの活性上昇が懸垂1-3日目に認められた。懸垂開始1日目より、血中遊離Ca濃度も上昇し、懸垂早期からの骨吸収の促進によるものと考えられた。PTHの低下は、VD_3の活性化を抑制し、血中活性型VD_3濃度も低下させた。一方、尾部懸垂ラットでは、糖質コルチコイドの尿中への排泄が増加し、懸垂がストレスとして作用したと考えられた。活性型VD_3は、腸管からのCa吸収を促進させると共に骨芽細胞機能を促進し、骨形成を促進する。糖質コルチコイドは、蛋白異化作用をもち、骨芽細胞機能を抑制し筋肉の異化を亢進する。従って、尾部懸垂により引き起こされる一連の内分泌系の変動が、後肢骨及び筋の廃用萎縮を増悪させる事が示唆された。II)老齢(18ケ月齢)ラット:老齢ラットでは、1-2週間の尾部懸垂により後肢抗重力筋の萎縮は認めたが、大腿骨の萎縮が認められなかった。また、大腿骨中のアルカリフォスファターゼは、非懸垂群でも低値を示し、懸垂による低下も認めなかった。従って、老齢ラットでは、若年ラットと異なり、骨代謝回転の低下が示唆された。老齢ラットでは非懸垂群の尿中へのコルチコステロン排泄量が若年ラットの15倍と増加し、懸垂負荷による増加を示さなかった。この結果は、加齢により視床下部-下垂体-副腎皮質調節系に著しい変動が起こる事を示唆すると共に、この変動が廃用性筋・骨萎縮の進展に関わっている可能性が示唆された。目的近年、寝たきり老人の増加が社会的問題となりつつあり、長期臥床によって引き起こされる廃用萎縮の疾患機序及びその対策が迫られている。本研究では、ラット尾部懸垂によって引き起こされる後肢筋の廃用萎縮をモデルとし、その筋、骨の萎縮の程度をアルカリフォスファターゼ(ALP)、酒石酸抵抗性酸フォスファターゼ(TR-ACP)の酵素活性を測定すると共に、骨中のCa、Pi量を測定し検討を加えた。また萎縮を憎悪させる異化タン白ホルモンが、懸垂により増加するか否かを他のストレス関連ホルモンと併せて測定したので報告する。方法ウィスター系雄ラットを代謝ケージで予備飼育後、5週齢時に懸垂を開始し一週間後屠殺解剖し、各種の臓器重量を測定した。大腿骨を用いて灰化重量、Ca、Pi量並びにALPとTR-ACPを測定した。

懸垂期間中の摂餌量、摂水量を測定し、毎日尿を採取した。尿中のコルチコステロン及び坑利尿ホルモン(ADH)をRIA法で、カテコールアミンを蛍光法により測定した。結果尾部懸垂期間中の非懸垂群(C群)の体重増加は、懸垂群(S群)より増加が認められ、両群間に著しい差を認めた。副腎重量はS群で高く、睾丸及び胸腺重量は逆に低く、しかも各々の体重比でも同様であった。大腿骨重量はS群で低く、またCa、Piの含量もS群で共に低値であった。さらに骨生成の指標のALPはS群で低く、骨吸収の指標のTR-ACPはS群で僅かに上昇した。懸垂開始初日にS群で摂餌量、摂水量の有意な減少が認められその後徐々に回復傾向を示した。尿量は懸垂期間中、C群に比し有意差は認められなかった。コルチコステロンの尿中排泄量はS群では懸垂開始後3日迄有意に増加し、その後低下したが懸垂終了時でもC群より高値を示した。尿中カテコールアミンは懸垂後3日間有意に増加、その後減少した。ADHは懸垂開始後2日より持続的な尿中への排泄増加が認められた。結論ラットの尾部懸垂は、筋・骨の廃用萎縮をもたらし、これらの萎縮にストレスホルモンの増加を介する内分泌系の関与が示唆された。目的尾部懸垂は廃用萎縮のよいモデルであることを報告したが、尾部懸垂がストレスとして働き、副腎皮質ホルモンの分泌を増加させ、後肢骨・筋の萎縮を増加させる事を示唆してきた。しかし血中の副腎皮質濃度は、採血時のストレスにより上昇するため尾部懸垂の影響を観察することは不可能だった。従って本研究では8、12カ月齢雄ラットを用いて、尿中のコルチコステロン、カテコラミンを測定し、懸垂期間中のストレス負荷との関連を検討した。また骨基質に多く含まれ、骨吸収の指標として用いられてきたハイドロキシプロリンを測定し、骨萎縮との関連を検討したので報告する。方法8週齢(12匹)及び12カ月(16匹)のWistar系雄ラットを各々予備飼育後、懸垂群と対照群に分けた。7日間で懸垂終了後、採血屠殺し、臓器の湿重量を測定した。尿中コルチコステロン濃度はRIA法で、カテコラミンはカテコラミンアナライザーで、尿中ハイドロキシプロリンはProckopらの方法で測定した。結果8週齢ラットでの尾部懸垂により大腿骨重量の減少が認められ、骨中のCa、Pi含量の減少及びALP活性の低下が認められた。12カ月齢ラットでは7日間の尾部懸垂による大腿骨重量、骨中Ca,Pi含量の変化は認めず、ALP活性は懸垂群で低下を示した。尿中へのストレス関連ホルモンの排泄を経日的に検討した結果、8週齢ラットでは尾部懸垂によりこれらのホルモンは懸垂開始1-3日に高値を示したが、12カ月齢ラットでは、懸垂負荷による変化は認められなかった。8週齢に比べ基礎分泌量は2倍以上上昇した。また尿中ハイドロキシプロリン排泄量は8週齢ラットと12カ月齢ラットでは加齢による差異が認められたが、尾部懸垂群と対照群との差は認められなかった。結論8週齢ラットでの骨・筋の廃用萎縮に内分泌系の関与が示唆された。若年ラットに比べて12カ月齢ラットについては顕著な変化が認められなかった。また慢性的なストレス負荷時の副腎皮質系の反応を見るためには、尿中のホルモンがよい指標となることを確認した。今後の発展骨吸収マーカーとしてより鋭敏なピリジノリンの測定を加えたい。これまでの報告でラットの尾部懸垂が、後肢の廃用性筋・骨萎縮発症のモデルとして有用であることを示してきた、このモデルでは慢性のストレス負荷を引き起こすと考えられる。今年度は加齢によるストレス反応と骨萎縮との関連をこのモデルを用いて検討した。【実験方法】18カ月齢(老齢)ウイスター系雄ラット12匹を、それぞれ1匹ずつ代謝ケージにいれ予備飼育し、その後非懸垂群と尾部懸垂群の2群に分け、懸垂は7日間行った。
BRAF遺伝子変異陽性肺癌の臨床像、薬剤感受性に関する研究

ドライバーがん遺伝子として知られているBRAF遺伝子の変異は、非小細胞肺癌のうち13%と報告されている。本邦でも全国規模の肺癌遺伝子変異クリーニングシステムLC-SCRUM-Japanで同頻度に検出され、その約6割はさらに稀な「V600E以外の遺伝子変異」であった。今後、次世代シークエンサーが臨床導入される予定であり、日常臨床でもBRAF遺伝子変異陽性肺癌の検出頻度が増加することが予想される。しかし、稀な遺伝子変異であるがゆえに、その臨床像、生物学的背景などは十分に明らかにされていない。そして、他癌腫を含めBRAF遺伝子変異の中で半数以上を占めるV600Eに関する研究が大部分であり、それ以外のさらに稀な変異群は研究が遅れている。本研究では、このLC-SCRUM-Japanとの共同研究により、肺癌患者由来のBRAF遺伝子変異情報を取得し、そこから各BRAF遺伝子の頻度、生物学的特性、臨床像、薬剤感受性を明らかにする。そして、それらの遺伝子変異導入細胞を作製し、BRAF阻害薬をはじめとする薬剤感受性をin vitro、in vivoで評価する。稀な遺伝子変異を有する肺癌患者に適切な治療法を提供することを最終的な目的とする。BRAF V600E以外の変異を解明することで、BRAF遺伝子の分子生物学的理解がさらに進むと考えられる。・各種遺伝子変異を有するBRAFを恒常的に発現する細胞株(Ba/F3 cellを用いたStable cell line)を作成した。現在、Stable cell lineを使用して、各種薬剤感受性、パスウェイ解析を行っている。・現在まで作成したStable cell lineを用いて、BRAF阻害薬であるVemurafenibあるいはDabrafenibによって、それら細胞株の増殖能は抑制、アポトーシスは誘導されるかを検討する。・BRAF阻害薬であるVemurafenibあるいはDabrafenibにMEK阻害薬TrametinibあるいはCobimetinibを加えることによって、更なる抗腫瘍効果をもたらすかを検証する。・さらにBRAFパスウェイのERKや、PI3K-AKTパスウェイなどの分子標的薬との相互作用も解析する。以上によりin vitro、in vivoの感受性データを蓄積し、学会報告、論文発表し、データを公表する予定である。
次世代放射光加速器と電子陽電子衝突型加速器のための超伝導加速空洞の開発

超伝導高周波空洞は高い加速電場での連続運転が可能であり、その強さは通常の常伝導空洞の数倍に匹敵する。この優れた特性は高い蓄積電流を目指す電子(陽電子)蓄積リングでは極めて有効であるが、ビームとの相互作用が強いため、安定に動作させるには技術的な完成を要する部分が多かった。KEKE加速器はB中間子物理実験のための電子陽電子衝突型加速器であり、10^<34>cm^<-2>S^<-1>という極めて高いルミノシティーを実現させるため、その設計蓄積電流は電子が1.1A、陽電子は2.6Aと非常に高い。その電子用リング(HER)には、フェライトを用いて有害高調波を吸収させる方式の超伝導加速空洞が開発され設置されている。本研究課題はその超伝導空洞の運転特性を調査するとともに大電流加速器への応用という超伝導空洞にとって新しい応用分野に必要な技術を確立することであり、以下はその主なる成果である。1)本研究課題実施期間にKEKB加速器は徐々にその改善が進み、ルミノシィティーが10^<34>cm^<-2>S^<-1>を突破するとともにHERの蓄積電流はついに設計値である1.1Aに達した。超伝導空洞は、常伝導空洞の4倍以上に相当する8MV/mでの加速電場が可能であり、アンペア級の電流下においても優れた性能が保持できることを示した。2)大電流下では加速ビームとの結合が強く、このため僅かなビーム変動も超伝導空洞のトリップを引き起こす。このため全トリップ現象を丹念に解析し分類した結果、主因はビーム変動であり空洞自身が原因で生ずるトリップは月に1、2回と極めて安定であることが判った。3)入力結合器の研究では、内導体と外導体間にDC電圧を与えた場合の放電現象に着目し、実験と計算との比較からマルチパクティング放電は外導体側で発生することが判明した。また実際の運転では350kWを超える高周波電力を扱えることが示された。4)種々の蓄積電流条件下でのフェライト高調波減衰器の吸収電力を比較した結果、その負荷は広域高調波が主因であり超伝導空洞のHOMは十分に減衰していること、またそれが原因で発生するビーム不安定性は見られていないことが判った。さらに、放射光加速器などで多く使われる500MHz空洞の形状についても検討し、大電流用超伝導空洞の実用に向けての基礎を明確にすることができた。本年度は第1年次であり、主として実験計測の準備を行った。KEK-Bファクトリー加速器は運転2年目を迎え各部の調整が進んだ結果、急速にその性能を向上させつつある。本研究課題である大電流型超伝導空洞が8台設置されているHERリングでは、その蓄積電流値が670mAに達し、超伝導空洞の蓄積電流としては世界最高値を記録している。

この空洞の運転状況、高調波減衰器の吸収特性、入力結合器の電力状態等を24時間体制で記録、解析ができるようにデータ収集系を増強した。サンプリング時間が1秒から50マイクロ秒までという広範囲にわたるデータ収集と解析作業の結果からは、超伝導空洞自身は極めて安定な運転を続けているが2ケ月に1回程度の割合で超伝導破壊が生じること、その原因としては空洞内や入力結合器内での放電が有力であること、また真空度に強く依存することなどが判ってきた。高調波減衰器はその吸収特性に差がないだけでなく減衰電力も計算による予想値とほぼ一致しており、これまでの設計製作方法が正しいことが判明した。ただし加速ビームの条件を変えた場合や、ビーム不安定性との関連などの詳細が今後の検討項目として残っている。また各入力結合器に関するデータからは、放電現象のなかには入力電力と真空度、放電抑止のためのバイアス電圧などの共通する条件を満たすものがみられる。これは結合器の個性ではなく、結合器の構造あるいは材質に起因するものであることを示唆する。これらの計測結果をもとに、運転状態の入力電力、反射電力およびその位相関係を実験室でつくり出す高周波高電力試験装置を完成させた。現在はその真空排気中であり、これまでの試験装置に比べて到達真空度も1E-8Torr以下と1桁以上改善されているため、来年度には実際の運転状況に近い条件での詳細な結合器試験ができると期待される。本年度、KEKB加速器は大きく進展し、加速器性能の指標であるルミノシィティーが6.6xl0^<32>cm^<-2>s^<-1>を超え、世界で最も高いルミノシティを持つ衝突型加速器となった。電子リングと陽電子リングの蓄積電流は現在も上昇しつつあるが、本研究課題である大電流型超伝導空洞が8台設置されている電子リング側は0.89Aに達し設計値1.1Aの80%に到達している。これはこれまでに超電導空洞が蓄積した電流値の世界記録である。この間の運転状況を昨年に引き続き1秒から5マイクロ秒までという広範囲にわたるサンプリングにより逐次記録し解析を行った。その結果からは超伝導空洞は常時1.1-1.3MVの加速電圧で運転されており空洞性能の劣化は見られず、また入力結合器についても250-300kWの高周波電力を安定に供給し続けている。高調波減衰器については吸収特性に劣化は見られず、むしろ吸収電力は設計値5kWを越え7kW以上に達していることを示した。この差はバンチ数という運転条件の違いで説明することができる。入力結合器については昨年度製作した高周波高電力試験装置での試験が進み、定在波と進行波での結合器内放電条件を比較した。これを計算機を使ったシミュレーション計算結果と突き合わせた結果、結合器内ではマルチパクタリング放電が発生しそれがアーク放電に成長することがその発生場所とともに示された。この結果からコンディショニングの方法や、さらに大きな電力へ向けての結合器改善の方向性が明らかになった。ここまで1A級の大電流下でも超伝導空洞はその性能を発揮することが示されたが、さらに高い運転電圧での挙動、運転中のガス吸着の影響、冷却構造の検討など、空洞本体に関わる基礎研究項目は多い。このため縮小モデル空洞を計測するための低温計測装置を準備中である。来年度は引き続き入力結合器の電力試験を行うと同時に、この低温計測装置を用いて空洞計測、異材継ぎ手などの開発を行う。KEKB加速器の性能をさらに向上させるためには、加速ビームの制御系の改善や電流値の増強が必要である。
宿主プロトンダイナミクスの改変による植物ウイルス増殖戦略

植物は病原体の攻撃に加えて、周辺環境の変動など、多様な外的ストレスに同時に晒される。多様なストレスに頑健性を付与する次世代作物保護技術の開発のためには、「病原体感染戦略の分子メカニズム」に加えて、感染によって宿主植物にもたらされる「生理学的変化」の影響を理解することが必要となる。本申請研究では、植物プロトン恒常性の維持に関わるV-ATPaseに着目して、「宿主プロトンダイナミクスの改変による植物ウイルス増殖戦略」と感染に付随する「宿主プロトン恒常性の変化とその生理学的影響」の理解を目指す。
3次元中空光導波路における巨大可変特性の発現とその光回路への応用

本研究では,3次元中空光導波路による巨大な可変伝搬特性を実現するとともに,その光回路への応用を目指して研究を進め,以下の成果を得た.(1)3次元中空光導波路の偏光特性制御3次元中空光導波路の偏光依存性を検討し,ステップ構造の深さ制御により,偏光依存性を拡大できることを見出し,実際に製作してスラブ型中空導波路に比べて2倍以上の大きな値を得た.(2)テーパ型中空光導波路を用いた偏波分散補償器の提案と実証大きな偏光依存性を有する3次元中空光導波路を用いて表面回折格子とテーパ構造を導入することで,可変の偏波分散補償機能を実現できることを提案し,実際に試作して長さ3mm程度の微小回路で,約10psecの偏波分散を実現した.(3)サブ波長高屈折率差回折格子を用いた新しい3次元中空光導波路の提案と製作広帯域・高反射率を可能とするサブ波長高屈折率差回折格子を反射鏡とする新しい3次元中光導波路を提案し,小さな偏光依存性と,部分パターン化による簡易な2次元光閉じ込め機能が実現できることをモデリングにより示すとともに,実際に電子ビーム露光とドライエッチングによりSiサブ波長高屈折率差回折格子を製作して3次元中空導波路を製作し,2次元光閉じ込め,4dB/cm程度の伝搬素損失,小さな偏光依存性を実証した.本研究では,3次元中空光導波路による巨大な可変伝搬特性を実現するとともに,その光回路への応用を目指して研究を進め,以下の成果を得た.(1)3次元中空光導波路の偏光特性制御3次元中空光導波路の偏光依存性を検討し,ステップ構造の深さ制御により,偏光依存性を拡大できることを見出し,実際に製作してスラブ型中空導波路に比べて2倍以上の大きな値を得た.(2)テーパ型中空光導波路を用いた偏波分散補償器の提案と実証大きな偏光依存性を有する3次元中空光導波路を用いて表面回折格子とテーパ構造を導入することで,可変の偏波分散補償機能を実現できることを提案し,実際に試作して長さ3mm程度の微小回路で,約10psecの偏波分散を実現した.(3)サブ波長高屈折率差回折格子を用いた新しい3次元中空光導波路の提案と製作広帯域・高反射率を可能とするサブ波長高屈折率差回折格子を反射鏡とする新しい3次元中光導波路を提案し,小さな偏光依存性と,部分パターン化による簡易な2次元光閉じ込め機能が実現できることをモデリングにより示すとともに,実際に電子ビーム露光とドライエッチングによりSiサブ波長高屈折率差回折格子を製作して3次元中空導波路を製作し,2次元光閉じ込め,4dB/cm程度の伝搬素損失,小さな偏光依存性を実証した.
慢性関節リウマチにおける臨床免疫学的研究

青木らは腸内細菌共通抗原を多量に含む大腸菌O:14株加熱死菌を家兎に長期感作することにより、血清中にヒトのリウマトイド因子に相当するリウマトイド因子様物質が高率に陽性となり、関節局所においては、リンパ瀘胞やパンヌス形成を伴う病理形態を示す慢性多発性関節炎で、ヒトのRAに類似した関節炎が発症するモデルを作成した。この結果からヒトRAと大腸菌抗原との関連を検討するため、RA患者血清について大腸菌O:14株加熱死菌に対する抗体価をELISA法を用いて測定し、血清、関節液の何れにおいてもRA患者群は有意に高値を示し、抗大腸菌抗体価の上昇はヒトRAと関連ある結果が得られた。さらに関節液中の抗大腸薗抗体対応抗原の検出と滑膜組織内局在の免疫病理学的検討を行ったところ、精製抗大腸菌抗体を用いたサンドウィッチELISA法で関節液中に抗原を検出することができた。また、Western blotting法で抗大腸菌抗体対応抗原の解析を行ったところ、35kD (OmpA)、38kD (OmpC)のバンドが観察され、35kD、38kD蛋白のアミノ酸配列はそれぞれ大腸菌O:14と他の腸内細菌間において分子相同性を示し,さらに38kD (OmpC)蛋白はヒトHLA-DR抗原との分子相同性が認められた。この分子相同性のある部分のHLA-DRのペプチドを合成し,RA患者リンパ球のこのペプチドに対する反応性を検討したところ反応性が認められ、RA患者リンパ球にはこのペプチドに対して反応性のある事が明らかとなった。RAに対する疾患感受性と関連するHLA-DR4と大腸菌の熱ショック蛋白であるdnaJとの分子相同性も報告されており、大腸菌感染を引き金として分子相同性のある自己のHLA-DR分子に対する自己免疫状態が誘導され、自己の細胞,組織を攻撃してしまう可能性も考えられる。慢性関節リウマチ(RA)の病態についてはかなり解明されつつあり、慢性進行性破壊性関節炎の背景には複雑な免疫反応が密接にかかわっていると考えられている。しかし、免疫異常を起こす引き金については未だ不明である。本研究では大腸菌加熱死菌を用いた動物の慢性関節炎モデルが人のRAに類似した病態を呈することに着目し、RA患者血清について大腸菌0:14株加熱死菌に対する血清抗体価をELISA法を用いて測定した。RA患者群と健常者群のOD値の平均値はそれぞれ0.84±0.65,0.40±0.21でありRA群において有意に高い値を示した。又cut off値より高いOD値を示した群ではリウマチ因子(RF)とCRPは有意に高値を示した。またRA患者血清において大腸菌に対する血清抗体価の経時的推移について検討すると、OD値が変動した症例群ではOD値とRFは相関を認めた。また関節液中の大腸菌抗体価はRA群がOA群(変形性関節症)に比し有意に高値を示した。RA群の大腸菌抗体価の63.2%はOA群の抗体価のcut off値より高値を示した。関節液中の抗体腸菌0:14抗体に対応する抗原の検出と滑膜組織内局在の免疫病理学的検討を行ったところ、精製抗大腸菌抗体を用いたサンドイッチELISA法で関節液中に抗原を検出することができた。また大腸菌35KD,38KD蛋白に対するモノクロナール抗体により、RA滑膜組織のマクロファージの胞体内に抗原が観察され関節内の抗大腸菌抗体対応抗原として腸内細菌共通抗原の存在が示唆された。RA患者血清と大腸菌0:14加熱死菌粗抗原についての免疫化学的分析では大腸菌抗体陽性のRA患者と大腸菌0:14粗抗原とのイムノブロット解析では35KD,38KDのそれぞれに単独なバンドが明瞭に認められるもの、両者が同時にみられるの、いずれもバンドを認めないものとがあった。35KD,38KD蛋白のアミノ酸配列はそれぞれ大腸菌0:14と他の腸内最近間において分子相同性を示した。

RAに対する疾患感受性と関連するHLA-DR4と大腸菌の熱ショック蛋白であるdnaJとの分子相同性も報告されており、大腸菌感染を引き金として分子相同性のある自己のHLA-DR分子に対する自己免疫状態が誘導され、自己の細胞,組織を攻撃してしまう可能性も考えられる。当年度は慢性関節リウマチ(RA)の発症抗原を研究するため、患者関節液の大腸菌抗体価と抗原の滑膜組織内局在を検討した。方法:RA関節液の大腸菌(O:14株加熱死菌)抗体価は、変形性関節症(OA)を対照としてELISA法によって測定した。また抗大腸菌抗体を用いたサンドイッチ法により関節液中の抗原を検索した。イムノブロット法によって観察された30kDと38kD蛋白については、ゲル濾過法等により粗精製し、これを抗原としてそれぞれに対するモノクローナル抗体を作製した。得られた抗体はELISA法、イムノブロット法により反応の特異性を検討し、それぞれ特異的であることを確認した。この抗体を用いて酵素抗体染色により滑膜組織内の抗体対応抗原の局在を検索した。なお、関節液のイムノブロット解析はRA滑膜組織抽出液を抗原としても行った。結果:RA患者関節液の大腸菌抗体価は、OA群に比し有意に高値を示した。大腸菌抗原の検索では抗体希釈液によるブランクの値を超えるものを陽性とすると、RAでは144例中37症例(25.7%)がブランク値を超え陽性と判断され、関節液中に抗大腸菌抗体対応抗原が検出された。RA患者関節液と大腸菌O:14粗抗原とのイムノブロット解析では35kD又は38kDのそれぞれにバンドが認められたが、RA滑膜組織抽出液を抗原とした場合には大腸菌関連抗原は検出されなかった。また免疫組織学的には、RA患者の一部に38kD蛋白抗原の局在が遊離状態あるいは貧食細胞内に観察された。ヒトRA患者血清及び関節液中の抗大腸菌O:14抗体価を測定したところ、RA患者血清中と関節液中には健常者あるいはOA患者に比し有意に抗体価の上昇を認めました。さらに、ウエスタンブロッティングによりこの抗大腸菌抗体の対応抗原を検索したところ、35kDa、及び38kDaに比較的強いバンドを検出した。さらにこのバンドのアミノ酸配列の解析を行い、この2つの蛋白とヒトHLA抗原との相同性を検索した。その結果35kDaはOmpA、38kDaはOmpCのアミノ酸配列に一致し、何れも腸内細菌内では共通抗原性のあることが明らかとなった。またヒトHLA抗原との分子相同性について検索したところ、OmpCのアミノ酸配列の一部NYGVVが、ヒトDR抗原と共通する配列であることを見いだした。そこで相同性の認められた配列を中心に含むそれぞれ13アミノ酸からなるペプタイドを合成し、家兎に免疫して抗体を作製した。これら抗体の反応性を検討したところ、抗DR4ペプチド抗体は大腸菌を抗原とするWestern blottingで、抗OmpCペプチド抗体と同様に38kDaのバンドを検出した。また抗OmpCペプチド抗体を用いてヒトRA患者滑膜を染色したところ、マクロファージ様細胞の胞体内を染色し、大腸菌抗原に対する抗体がヒト組織と交差反応することを確認した。これらの結果、本研究ではヒトRAにおいては大腸菌抗原がその発症と何らかの関係を持つことを強く示唆する結果を示し得たと考える。
植物の新奇合成致死「無理心中現象」の形態学的解明

シロイヌナズナの2つの変異体を交配したところ、両遺伝子の二重変異体も野生型も出現しないという非メンデル遺伝が観察された。本現象は、「両遺伝子の変異型配偶子が野生型配偶子を伴って致死となる」という無理心中現象を想定すれば説明できる。顕微鏡観察の結果、DNA分解を起点とする配偶子致死が確認された。両遺伝子の産物はDNA結合活性を持つこと、一方の変異は機能欠失、もう一方はシス領域の欠失による過剰発現であることがわかった。以上の結果、両変異を原因とした無理心中現象の存在が示唆された。植物の新奇合成致死現象である、「合成無理心中現象」を形態学的にあきらかにする。本現象は、モデル植物シロイヌナズナの2つの変異体の交配実験で発見した。ある遺伝子(A)の変異体と、別の遺伝子(B)の変異体とを交配したところ、それぞれの遺伝子は別々の染色体に座乗するにもかかわらず、メンデルの独立の法則に反する遺伝様式が観察された。両遺伝子の変異型ホモ(aabb)が後代に遺伝しないのに加え、野生型ホモ(AABB)の遺伝も著しく妨げられたのである。この奇妙な遺伝現象を説明するため、「メス側、オス側の配偶子ともヘテロ接合の細胞(AbもしくはaB)だけが遺伝し、変異型ホモ接合の細胞(ab)は野生型ホモ接合の細胞(AB)を伴って致死となる」という無理心中仮説を立てた。配偶子形成過程において、ABをもつ配偶子はabをもつ配偶子と、Abをもつ配偶子はaBをもつ配偶子と、それぞれ結合しながら発達することが知られている。この発達過程において、abをもつ配偶子がABをもつ配偶子を道連れにして致死となる「無理心中」を想定すれば、メンデルの独立の法則に沿った現象として、本現象を説明できる。本年度はまず、無理心中現象が起ると想定される株(AaBb)を作製した。AaBb株の葯をとりだし成熟花粉と未熟花粉とを染め分けるアレキサンダー染色を行ったところ、約半数の花粉が未熟花粉であった。次に、AaBb株のつぼみを固定して切片を作製し花粉の発達段階を観察したところ、小胞子期以降で発達が停止し萎縮する細胞が観察された。DAPIでDNAを染色すると、四分子期以降にDNAが分解されてしまう細胞が観察された。また、次年度に向けて、両遺伝子の産物を認識する抗体の作製を行った。無理心中現象を顕微鏡で観察することに成功し、無理心中現象が生じるステージをある程度特定できたため。植物の新奇合成致死現象である、「合成無理心中現象」は、モデル植物シロイヌナズナの2つの変異体の交配実験で発見した。ある遺伝子(A)と、別の遺伝子(B)にそれぞれT-DNAが挿入された変異体同士を交配したところ、変異型ホモ(aabb)が遺伝せず、加えて本来遺伝するはずの野生型ホモ(AABB)の遺伝も著しく妨げられた。植物の配偶子形成過程では、ABをもつ配偶子はabをもつ配偶子と、Abをもつ配偶子はaBをもつ配偶子と、それぞれ結合しながら発達する。この過程において、abをもつ配偶子がABをもつ配偶子を道連れにして致死となる「無理心中現象」を想定すれば、メンデルの独立の法則に沿った現象として説明できる。本課題では、「無理心中現象」の形態学的な特徴付けを行った。前年度までに、無理心中現象が花粉四分子期以降に始まることが明らかになったが、電子顕微鏡観察を行ったところ、花粉四分子期で核小体の構造に異常が見られた。TUNELアッセイでDNAの分解の有無を顕微鏡で観察すると、核小体に分解を示すシグナルが得られた。すなわち、無理心中現象は、花粉四分子期に核小体付近から始まることがわかった。変異体AではT-DNAが遺伝子の上流に挿入されているため、機能欠損変異体で無いことが示唆された。そこで、遺伝子A周辺の突然変異をすべて検出するため全ゲノムリシーケンスを行った。その結果、遺伝子Aの上流のシス領域に745bpの欠失があり、遺伝子Aの直下から327遺伝子を含む約1Mbの巨大な重複が発見された。745bpのシス領域をアグロバクテリウム法で形質転換したところ、無理心中現象が観察されなくなった。さらに、変異体Aでは、遺伝子Aの発現量が野生型よりも優位に上昇していた。以上より、変異体Aはシス領域の欠損による遺伝子産物の過剰発現が、原因となり、無理心中現象が生じると考えられる。無理心中現象の結果死ぬ細胞と、生き残る細胞の遺伝子型を識別し、変異型ホモ接合の細胞(ab)が野生型ホモ接合の細胞(AB)を伴って致死となることを観察し、無理心中仮説を証明したい。植物形態学本年度は、無理心中現象が生じるステージを特定することに成功した。

次年度には、同ステージの標本を、抗体染色や電子顕微鏡観察等、様々な実験に大量に用いることになる。そのため、植物の育成、遺伝子型の判定、組織の固定、標本の作製までの作業を、パートタイマー等のアシスタントが行えるような体制を整えることが、効率よく研究を遂行するために望ましいと考えた。そこで次年度に向け、作業のマニュアル化を進め、次年度にパートタイマーを雇用できる謝金を繰り越した。植物の育成、遺伝子型の判定、組織の固定、標本作製までの作業を一貫して行うパートタイマーの謝金として、主に使用する。
ＬｙｓＭ型糖質結合モジュールの構造生物学ー植物－微生物間相互作用の制御を目指して

植物-微生物間相互作用において、LysM型糖質結合モジュール(以下、LysM)は、植物と微生物の双方が産生するタンパク質中の構成ドメインとして存在しており、微生物の細胞壁成分、キチンやペプチドグリカンを媒介とした相互作用のインターフェースで機能している。本研究では、植物と微生物がもつLysMの機能を調べることによって、植物-微生物間相互作用の分子基盤を明らかにすることを目的としている。前年度に引き続き、ボルボックス由来のキチナーゼ(VcChi)がもつLysMを大腸菌発現系で発現させ、LysMがタンデム構造をとることによるリガンド結合への影響を調べた。リガンドとして、微生物の細胞壁成分に類似した構造をもち、さらに詳細な性質が明らかにされているキチンオリゴ糖を用いて実験を行った。その結果、キチンオリゴ糖に対する結合力は、タンデム構造を形成することで、低下することがわかった。このことから、VcChiは長鎖の基質の分解を触媒する酵素であることが示唆された。2つのLysMをもつ真菌由来のエフェクタータンパク質の発現系を構築することとした。幾つかのタグタンパク質を付加した状態で発現条件を検討したところ、チオレドキシンタグを付加した目的タンパク質の大腸菌での発現を確認した。糖鎖修飾が安定性に影響するとの報告を考慮し、リガンド存在下で精製することで、単一のタンパク質を調製することができた。今後、このタンパク質を用いて、構造と機能の解析を行い、植物キチナーゼがもつLysMと比較検討する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、植物微生物間の相互作用の場において機能する酵素がもつLysM型糖質結合モジュール(以下、LysMとする。)の構造と機能の関連を調べることを目的としている。今年度の研究対象として、スギナ(Equisetum arvense)由来のものと緑藻であるボルボックス(Volvox carteri)由来のものを使用した。スギナ由来のLysMとキチンオリゴ糖の結合様式について詳しく調べるため、LysMにキチンオリゴ糖が結合した、複合体の構造を決定することとした。しかし、LysMの結晶をキチンオリゴ糖の溶液に浸漬した際に、結晶の溶解が認められた。これは、キチンとの相互作用部位が結晶構造の安定化に寄与しているためであると考えられた。そこで、LysM単独ではなく、大腸菌由来のチオレドキシンをLysMに融合させたタンパク質を調製し、キチンオリゴ糖存在下での結晶化を試みたところ、X線回折実験に十分な大きさの結晶を得ることができた。今後はこの結晶を用いて構造解析を行う予定である。ボルボックス由来のLysMの構造とキチン結合様式を調べるため、核磁気共鳴(NMR)法を用いて実験を行った。NMRシグナルの観測のために、安定同位体でラベル化したLysMを調製し、構成原子核のラジオ波に対する共鳴周波数(化学シフト)のスペクトルを測定した。原子核間の空間的近接度合いを反映するNOEシグナルの強度から求めた水素原子間の距離情報と、化学シフト値から求めたペプチド結合の二面角情報およびタンパク質中の水素原子の重水素原子交換実験を通した水素結合位置の情報から、構造計算用ソフトであるCYANAを用いたディスタンスジオメトリー法による、構造計算を行った。結果として、ボルボックス由来のLysMドメインの構造を決定した。同手法により、キチンオリゴ糖結合部位を同定した。スギナ由来のキチナーゼがもつLysM型糖質結合モジュールとキチンオリゴ糖の共結晶を得ることができた。分子量が小さいLysMドメイン単体では、キチンオリゴ糖の結合部位が、表面積に占める割合が大きく、複合体の構造を得ることが困難であると考えられていたが、融合タンパク質のまま結晶化することで結晶が得られたのは、今後分子量の小さいタンパク質でリガンドとの複合体構造を得る上での戦略として使えるものと考えられた。これは当初予定していたよりも良い結果であり、今後の研究の進行にも良い影響をもたらすものと考えられた。ボルボックス由来のLysM型糖質結合モジュールの構造を、NMRと構造計算により決定することができ、また、相互作用部位を同定することができたため、予定していた以上の結果が得られたものと考える。一方で、計画段階で予定していた、細菌細胞壁などの不溶性のリガンドとの結合実験は、固-液相の界面での反応となるため、定量が難しく、結果を得ることができなかった。そのため、一概に1の当初の計画以上に進んでいるとは判断し難く、2のおおむね順調に進展しているという判断に至った。

このことから、VcChiは長鎖の基質の分解を触媒する酵素であることが示唆された。2つのLysMをもつ真菌由来のエフェクタータンパク質の発現系を構築することとした。幾つかのタグタンパク質を付加した状態で発現条件を検討したところ、チオレドキシンタグを付加した目的タンパク質の大腸菌での発現を確認した。糖鎖修飾が安定性に影響するとの報告を考慮し、リガンド存在下で精製することで、単一のタンパク質を調製することができた。今後、このタンパク質を用いて、構造と機能の解析を行い、植物キチナーゼがもつLysMと比較検討する予定である。本研究の目的は、構造生物学的視点から、LysM型糖質結合モジュールが植物-微生物間相互作用において担う働きについて理解を深めることであったが、当初の予定では、植物由来のタンパク質を用い、微生物の細胞壁成分をリガンドとして実験を行うこととしており、微生物がもつLysM型糖質結合モジュールからの視点が不十分であったと考える。そのため、微生物由来のLysM型糖質結合モジュールにも注目し、植物由来のものと比較することで、植物がもつLysM型糖質結合モジュールの特性を浮き彫りにすることができるのではないかと考えた。そのため、前年度で身につけた構造解析の手法を生かし、真菌由来のLysM型糖質結合モジュールの機能について、構造生物学的な視点から、研究を進めていきたいと考えている。また、LysM型糖質結合モジュールは、一般的に他のモジュール構造と繋がった形で存在していることから、複数のモジュールからなるマルチモジュラーなタンパク質の性質を調べていきたいと考えている。マルチモジュラーな構造は、多くのタンパク質で見出される性質であるにも関わらず、その挙動の複雑さから、その性質をマルチモジュラーな形で調べることは困難である。そのような点についても、なんらかの打開策が得られることを期待し、分子の動的な挙動を捉えることができる、核磁気共鳴(NMR)法を用いた実験に焦点を当て、今後の研究を進めていきたいと考えている。29年度が最終年度であるため、記入しない。
高圧二酸化炭素を用いたナフタレン酸塩からのナフタレンジカルボン酸の合成

1。反応基質としてナフタレンー2ーカルボン酸のアルカリ金属を用いアルカリ金属炭酸塩存在下、アルカリ金属ギ酸溶融塩中で高圧CO_2との反応を行なった結果、CO_2による直接カルボキシル化反応が起こり、ナフタレンジおよびトリカルボン酸塩が得られた。アルカリ金属種によって反応性は大きく異なり、LiおよびNa塩系では全く反応せず、KやRbおよびCs塩系で進行する。特にCs塩系が高い反応性を示し、ジおよびトリカルボン酸が不均化収率を上回る収率で得られた。2。Cs塩系の反応性に及ぼす反応温度、CO_2圧力及び反応時間などの影響を調べた結果、350°C付近から反応は進行し温度の上昇と共にカルボキシル化収率(カルボキシル基基準)及び目的の2.6ー体の選択率が増し420°C(1h)でそれぞれ102%,61%に達した。圧力100atm以下ではナフタレンが副生し不均化反応が起こるが、それ以上では圧力と共に直接カルボキシル化反応が優先し、400atm(380°C,4h)で得られたジおよびトリカルボン酸の全カルボキシル化収率は152%に達した。反応初期では2.6-体が主生成物であるが、反応時間と共に減少し2時間以降は2.6-体が主生成物となる。トリカルボン酸(2.4-体)の生成には約1時間の誘導期が見られ、これは主に2.4-体を経由した逐次反応生成物である。3。本反応には炭酸塩と加圧CO_2が必須である。この両者からなる錯体生成が化学分析、X線回析やIR吸収などから示唆された。また、CO_2及び炭酸塩の^<13>C同位体を用いた実験結果、導入されたカルボキシル基源は気相中のCO_2であることがG.C-マス分析によって確認された。これらの結果から、まず炭酸塩が加圧下CO_2と配位錯体を形成し、これがナフタレン環上の炭素を親電子的に攻撃すると同時に炭酸アニオンによって水素が引き抜かれカルボキシル化が進行していると考えられる。1。2。3。
超LSI生産システムにおけるテスト工程のコスト評価

超LSI生産システムのテスト工程であるウェーハテスト工程およびファイナルテスト工程を時間とコストの両者に関して詳細にモデル化した。このモデルを用いた離散事象シミュレーションにより次の事項を評価した。1.超LSI生産システムにおけるウェーハテスト工程とファイナルテスト工程へのLSIテスターの最適配分LSIテスターの直接コストは全生産コストに比べて小さいが、LSIテスターの配分のようなLSIテスト戦略は超LSIの単価に影響を与える重要な要因の一つであるを明らかにした。2.超LSI生産システムにおけるウェーハテスト工程の評価(1)製品ロットの割り付けアルゴリズム先入れ先だし、ジグ交換低減化アルゴリズム、および納期考慮ジグ交換低減化アルゴリズムの3種類のロット割り付けアルゴリズムを比較した。その結果、十分な台数のLSIテスターが利用できる場合は、アルゴリズムに関わらず超LSIの単価を最小に出来ること、十分な台数のLSIテスターが利用できない場合は、単価に関してはジグ交換低減化アルゴリズムが有効であることが分かった。(2)LSIテスターの稼働率処理ロット数に関して最適なLSIテスター台数を選んだとき、LSIテスターの稼働率が最大に、ロットあたりのコストは最小になることが分かった。(3)LSIテスター台数に与えるMTBF及びMTTRの影響LSIテスターの故障間の動作時間の平均値(MTBF)と故障時の平均修理時間(MTTR)をパラメータとして処理ロット数に関するLSIテスターの最適台数を求めた。その結果、MTBFが1000時間以上、MTTRが12時間以下であれば最適台数は変化せず、コストへの影響も小さいことが分かった。
流星・火球の高精度分光観測と軌道決定による隕石の母天体小惑星探査

彗星や小惑星を起源とする直径がmmcmサイズのメテオロイドが,秒速数10kmで地球大気に突入すると,空力加熱により固体表面が溶融液滴化および気化して失われていくアブレーションが起こる。メテオロイドから気化したガスと大気中の原子分子が共に励起状態となり,脱励起の際に発光する現象が流星である。本研究では,未解明である(1)流星アブレーションの物理過程の理解,(2)流星・火球・隕石の母天体小惑星に関する知見を得ることを目的に,流星・火球の高精度分光カメラシステムの開発と観測および軌道決定,アーク加熱風洞を用いた室内アブレーション実験,分裂が示唆されている流星群母天体小惑星の観測を行ってきた。小惑星や彗星から放出されたmmcmサイズの塵(メテオロイド)が,秒速数10kmの超高速で地球大気に突入する際の流星発光を分光観測することにより主要構成元素の組成比が分かる。本研究では,高感度・高解像度カメラと分光器を組み合わせた全天候型の分光・撮像自動観測システムを新規開発し,複数地点から常時観測を行い,年間に数百個程度の高品質の流星・火球スペクトルと軌道を得ていく。地球に到来するメテオロイドの惑星間空間での起源と分布を,物質科学と軌道力学の観点から統計的に初めて把握し,小惑星・彗星などの母天体と地球に衝突する隕石・惑星間塵との関連を解明することが本研究の目的である。また,流星・火球発光の物理化学素過程を理解するための人工流星プラズマ実験や,火球母天体の物理情報を得るための小惑星分光観測にも取り組み,幅広いアプローチから太陽系小天体の起源と進化について探求する。平成26年度は,火球の大気中でのアブレーション過程を分光学的に理解する目的で,室内実験を主に行った。隕石やそれらを模擬した供試体を製作し,JAXA/ISAS惑星大気突入環境模擬装置(アーク加熱風洞)を利用して真空チャンバー内に流星アブレーション・プラズマを発生させ,紫外-可視-近赤外の分光計測を行った。加熱率を制御した本実験により,秒速10数km程度の地球大気突入体の発光の時間変化を詳細に調べることに成功した。本実験で得られたスペクトルデータは,流星・火球の高解像度分光スペクトルを理解する上で,重要な比較データとなる。また,原子・分子スペクトルの平衡・非平衡モデル計算を可能にしたことで,実験や観測で得られるデータからプラズマ温度や組成比などの物理量を正確に導出し,成果を出していく準備を整えることができた。メテオロイドは直径がμmmサイズのダストで,直径が1mを越えると小惑星と呼んでいる。彗星を起源とする流星群は古くからによく知られているが,小惑星を起源とするメテオロイドや隕石については,両者を繋ぐ知見に乏しい。1日に地球に降り注ぐ約100ー300トンのメテオロイドの起源についても,その大半は小惑星である可能性が考えられる。2016年現在,1万4千個以上の地球近傍小惑星(Near-Earth Asteroid; NEA)が発見されている。一方,地球上で確認されている隕石は約6万個(そのうち4万個は南極で発見された隕石)あるが,落下の際の流星・火球観測から軌道が求まった隕石は,2ダースに過ぎない。更に,隕石軌道と一致するNEAは未だに見つかっていない。秒速数10kmの超高速で地球大気に突入する際の流星発光の分光観測により,メテオロイドと地球大気起源の原子・分子とこれらの発光強度の時間変化,励起温度,組成比などの物理状態が推定される。本研究では,超高感度・高解像度カメラと分光器を組み合わせた全天候型の分光・撮像自動観測システムを新規開発し,複数地点から常時観測を行い,年間を通した高品質の流星・火球スペクトルと軌道を得ていくことを計画している(4K高解像度分光カメラシステム(380-900nm)の開発と試験観測を既に実施)。地球に到来するメテオロイドの惑星間空間での起源と分布を,物質と軌道の観点から統計的に初めて把握し,小惑星・彗星などの母天体と地球に衝突する隕石・惑星間塵との関連を解明することが本研究の目的である。また,流星・火球発光の物理化学素過程を理解するための室内での人工流星実験,メテオロイドの軌道を決定するレーダー観測や,望遠鏡を使った流星母天体候補小惑星の観測にも取り組み,幅広いアプローチから地球周辺環境に影響を及ぼす太陽系小天体の起源と進化について研究を進めている。平成27年度は,JAXA宇宙科学研究所の共同利用設備「惑星大気突入環境模擬装置」を利用できたため,流星・火球の大気中でのアブレーション過程を分光学的に理解する本研究課題に関する研究を進めることができた。特に実際の隕石を整形して供試体を製作し,真空チャンバー内で流星アブレーション・プラズマを発生させ,紫外-可視-近赤外の分光計測を実施することで,秒速10数km程度の地球大気突発光の時間変化を詳細に調べることができた。本実験で得られた分光の時系列データは,流星・火球の高解像度分光スペクトルを理解する上でも重要な比較データとなっている。また,原子・分子スペクトルの平衡・非平衡モデル計算を可能にしたことで,実験や観測で得られるデータからプラズマ温度や組成比などの物理量を導出する環境が整った。一方,屋外での流星・火球の観測は,超高感度・超高解像度4Kカメラからのデータを非圧縮でPCに取り込むシステムを2セット構築して,主に主要流星群をターゲットに試験観測を開始することができた。

世界で初めてとなる,4K超高解像度での「ふたご座流星群」の分光観測にも成功したが,年間を通して天候不順であり,良質な流星分光データの数は,非常に限られたものであった。また,平成27年度は,大型望遠鏡を使った流星群の母天体候補である小惑星の分光観測を実施した。現在,小惑星と関連流星群の物質・軌道の関連についても調査中である。小惑星や彗星から放出されたmmcmサイズの塵(メテオロイド)が,秒速数10kmの超高速で地球大気に突入する際の流星発光を分光観測することにより主要構成元素の組成比が分かる。本研究では,高感度・高解像度カメラと分光器を組み合わせた全天候型の分光・撮像自動観測システムを新規開発し,複数地点から常時観測を行い,年間に数百個程度の高品質の流星・火球スペクトルと軌道を得ていく。地球に到来するメテオロイドの惑星間空間での起源と分布を,物質科学と軌道力学の観点から統計的に初めて把握し,小惑星・彗星などの母天体と地球に衝突する隕石・惑星間塵との関連を解明することが本研究の目的である。また,流星・火球発光の物理化学素過程を理解するための人工流星プラズマ実験や,火球母天体の物理情報を得るための小惑星分光観測にも取り組み,幅広いアプローチから太陽系小天体の起源と進化について探求する。火球の大気中でのアブレーション過程を分光学的に理解する目的で,室内での流星アブレーション実験を実施している。隕石やそれらを模擬した供試体を製作し,JAXA/ISAS惑星大気突入環境模擬装置(アーク加熱風洞)を利用して真空チャンバ内に流星アブレーション・プラズマを発生させ,紫外-可視-近赤外の分光計測を行う手法を確立した。加熱率を制御した本実験により,秒速10数km程度の地球大気突入体の発光の時間変化を詳細に調べ,発光効率などの流星発光物理で重要なパラメータの決定を行うことに成功している。また,本実験で得られたスペクトルデータは,流星・火球の高解像度分光スペクトルを理解する上で重要な比較データとなる。また,原子・分子スペクトルのモデル計算を可能にしたことで,実験や観測で得られるデータからプラズマ温度や組成比などの物理量を正確に導出し,成果を出していく準備を整えることができた。平成28年度は,隕石やそれらを模擬した供試体を複数製作し,JAXA/ISAS惑星大気突入環境模擬装置(アーク加熱風洞)を利用して真空チャンバー内に流星アブレーション・プラズマを発生させ,紫外-可視-近赤外(波長200-1000nm)の分光計測と高速度カメラを用いた実験を実施した。火球の地球大気中でのアブレーション過程を分光学的に理解する目的で独自に確立した人工流星アブレーション実験の手法を用いて,流星アブレーション中の「質量減少率dm/dt」と「発光効率η」を導出することに初めて成功した。最大加熱率を実際の火球と合わせて実験を行うことで,秒速10数km程度の隕石火球を模擬した発光の時間変化と発光効率を詳細に調べた成果については,現在論文にまとめている。一方,平成27年度に開発を行った超高感度・超高解像度4Kカメラと平成28年度に新たに制作した分光器システムを用いて,統計的な議論を行えるように高解像度流星・火球分光(波長380-900nm)データ取得を引き続き行い,流星分光スペクトルと,室内アブレーション実験の結果やモデル計算と比較しながら,低速流星や火球スペクトルの物理素過程についての成果をまとめていく段階にある。