hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シグナル伝達分子HMGBを用いた成体神経新生の制御と活性評価法の確立

成体神経新生領域に選択的に発現する分子としてHMGBファミリーのひとつであるHMGB2を同定し、その機能解析を行った。HMGB2は神経幹細胞から神経前駆細胞に発現しており、ニューロンへ成熟すると消失した。発現抑制・強制発現実験の解析により、HMGB2はアポトーシスの制御を介して新生細胞の生存・成熟を調節していることが示唆された。また、海馬歯状回では新生ニューロンと胎生期生成ニューロンで核内受容体Nr4a2の発現が異なることを見出した。Nr4a2の発現は環境ストレスに応答しており、ストレス関連記憶における神経新生の役割に関わる可能性が考えられた。海馬歯状回における成体神経新生においては、幹細胞ニッチェを構成する多細胞間の相互作用により細胞死と細胞新生がバランスされて調整されおり、その機構の破綻は老化やストレス侵襲における神経新生の変化に関わると考えられる。本研究では、この細胞間コミュニケーションに関わる分子として高移動度ボックス蛋白質(HMGB )ファミリーに着目し、神経新生におけるその役割の解明ならびにその発現・機能調節による幹細胞能制御を試みるとともに、成体神経新生の活性及びその異常の指標となるマーカー分子としての可能性をヒトへの発展を含めて探索することを目的とする。平成25年度には、HMGBファミリー分子の脳における時空間的な発現の詳細な解析を行なうとともに、その機能制御の可能なモデルの構築を行なった。HMGBファミリー分子の中で、HMGB1はマウス成体脳内でユビキタスに広く発現していたが、HMGB2は幹細胞ニッチェ領域に選択的に発現し、神経新生の活性に相関して変動していた。HMGB3は低発現で幹細胞ニッチェ領域特異性はみられなかった。HMGB2は分裂しているNestin陽性の神経幹細胞からAscl1陽性前駆細胞で高発現を示し、成熟ニューロンへと分化する過程で発現が低下するという挙動を示した。次に、HMGBファミリー分子の機能制御を目的とし、レンチウイルスベクターを用いた発現抑制系・過剰発現系の確立及びHMGB2ノックアウトマウスの確立を行なった。予備的な結果からは、HMGB2の発現量と幹細胞数とにはアポトーシスの調節を介した正の相関がみられることが示唆された。海馬歯状回における成体神経新生においては、幹細胞ニッチェを構成する多細胞間の相互作用により細胞死と細胞新生がバランスされて調整されており、その機構の破綻は老化やストレス侵襲における神経新生の変化に関わると考えられる。本研究では、この細胞間コミュニケーションに関わる分子として多彩な機能を有するHMGB familyに着目し、神経新生におけるその役割の解明ならびにその発現・機能調節による幹細胞能制御を試みるとともに、成体神経新生の活性及びその異常の指標となるマーカー分子としての可能性をヒトへの応用を目指し探索することを目的とする。平成26年度には、前年度に確立した動物モデルの解析を進めた。HMGB2ノックアウトマウスでは若齢期においては脳内幹細胞の神経新生に大きな変化はみられなかったが、老齢期では減少傾向がみられた。レンチウイルスベクターを用いたHMGB1の発現抑制による検討の結果、若齢期ではHMGB2の欠失がhMGB1の発現により補償されていることが示唆された。一方、レンチウイルスベクターを用いて脳内においてHMGB2を過剰発現させると、神経新生の過程において成熟が遅れることが見いだされた。平成27年度には、HMGB2の欠失による幹細胞の減少と過剰発現による成熟の遅延の分子メカニズムについて、さらに検討を進めた。その結果、アポトーシス制御とニューロン分化に関わる転写因子群とHMGB familyの相互作用がみられ、環境ストレス刺激がHMGB familyを介して神経新生の調節に寄与している可能性が示唆された。またヒト脳においてはHMGB2は脳室周囲の上衣細胞及び上衣下のGFAP陽性細胞で発現が確認された。供与先よりの動物モデルの入手・繁殖に困難が生じたため、一部を代替モデルに変更して解析を行う必要が発生し、その確立・評価のために当初計画より遅れが生じた。本研究では、この細胞間コミュニケーションに関わる分子として多彩な機能を有するHMGB famlyに着目し、神経新生におけるその役割の解明ならびにその発現・機能調節による幹細胞能制御を試みるとともに、成体神経の活性及びその異常の指標となるマーカー分子としての可能性をヒトへの応用を目指し探索することを目的とする。平成27年度までに、HMGB familyのうちHMGB1はユビキタスな発現を示す一方で、HMGB2の発現が海馬神経新生の活性に相関していることを見いだした。次いで、機能喪失・過剰発現系を用いた検討によりHMGB2は神経幹細胞のアポトーシスとニューロン分化の制御に関わっており、複数の分子との相互作用が重要であることが示唆されること等を明らかとした。

また、HMGB2と相反する発現を示す特徴的な転写因子を同定し、この発現が海馬ニューロンの加齢に相関することを見いだした。平成28年度には、平成27年度までに得られたHMGB2による神経新生制御の分子メカニズムのさらなる検討のため、相互作用を行う分子群の脳内発現パターンの解析を進めた。また同定したHMGB2と逆相関の発現を示す転写因子の発現制御についても検討を行った。成体神経新生領域に選択的に発現する分子としてHMGBファミリーのひとつであるHMGB2を同定し、その機能解析を行った。HMGB2は神経幹細胞から神経前駆細胞に発現しており、ニューロンへ成熟すると消失した。発現抑制・強制発現実験の解析により、HMGB2はアポトーシスの制御を介して新生細胞の生存・成熟を調節していることが示唆された。また、海馬歯状回では新生ニューロンと胎生期生成ニューロンで核内受容体Nr4a2の発現が異なることを見出した。Nr4a2の発現は環境ストレスに応答しており、ストレス関連記憶における神経新生の役割に関わる可能性が考えられた。供与先の問題により動物モデルの入手・繁殖が当初計画より若干遅延したため、その解析による機能解明に当初計画よりやや遅れが生じている。その他の検討に関しては、概ね順調に推移している。代替モデルの検討をさらに進めることで、HMGB familyによる神経新生の調節の詳細な分子メカニズムの解明を目指し、相互作用する機能修飾分子の抽出により神経新生のコントロールの可能性を検討する。神経科学当初計画に含まれていなかったHMGBファミリー間の相互作用を示す知見を得ており、その詳細なメカニズムについてさらに検討を進める予定である。ヒト検体の解析については、福島県立医科大学倫理審査委員会の承認に基づく充分なインフォームドコンセントを行った症例のヒト脳組織・髄液検体についての解析を現在進めている。次年度以降の研究の基礎となる幹細胞ニッチェ領域でのHMGBファミリーの発現の検討は概ね完了している。HMGBファミリーの機能解析を目的とした発現制御モデル確立に関しては、一部の動物モデルの入手が繁殖等の問題で当初計画より若干遅延しているが、代替法としてウイルスベクターを用いたin vivo遺伝子導入法が順調に確立できており、今後の研究計画に大きな支障はない。当初予定していた一部動物モデルの入手が困難となったため、代替モデルの確立・評価を行う必要が生じたため前年度に予定していた一部動物モデルの導入が繁殖等の問題のため遅延したため。前年度に開発・評価を行った代替モデルを用いて、HMGB familyの分子間相互作用の解析を行う。前述のように一部の動物モデルの入手の遅延はあるが、確立した代替法を併用していくことで、当初計画の達成に問題がないだけでなく、他分子との相互作用の解析等においてより有用な知見を得ることが期待できる。
膵特異的遺伝子発現制御マウスを用いた膵再生メカニズムの解析

現在わが国だけでなく諸外国においても、糖尿病患者数は年々増加している。重度の糖尿病に対し、膵臓移植や膵島移植が抜本的な治療法として行われてきているが、治療に必要な数のヒト膵島は絶対的に不足している。そこでわれわれは、膵β細胞の再生医療を目指し、マウスの膵外分泌腺細胞を膵β細胞へ分化転換させる研究を行った。その結果、膵特異的遺伝子を発現させることにより、膵β細胞が新たに出現し、糖尿病を緩和できる可能性が示唆された。膵β細胞の再生医療の実現を目指し、これまで私はアデノウイルスベクターを用いた遺伝子導入によって膵再生メカニズムを解明しようと研究を進めてきた。その中で、Pdx-1とIsl-1という転写因子が重要であることがわかってきた。本研究は、これらの遺伝子の膵β細胞再生における役割と機構を解析するため、Pdx-1とIsl-1を同時に膵外分泌腺においてのみ発現制御できるマウスを作製し、膵臓の変化を観察し、さらに何らかの再生像が観察されれば、lineage tracing実験を行い、膵β細胞の幹細胞あるいは前駆細胞を探索することを目的としている。本年度は以下の内容に示す研究を行った。1. Isl-1発現制御ベクターを作製した。2.マウスES細胞(EB3)にIsl-1発現制御ベクターをエレクトロポレーション法を用いてROSA26 locusにノックインし、ネオマイシン耐性のクローンを得た。long PCR法で目的のノックインクローンを選択した後、そのクローンをC57BL6/Jマウスの胚盤胞へblastocyst injection法を用いて導入し、キメラマウスを作製した。3.キメラマウス(オス)とC57BL6/Jマウス(メス)を交配して、Isl-1発現制御ベクターがノックインされた遺伝子が伝わったF1を得た。4. F1マウスと膵特異的にCreを発現するトランスジェニックマウスであるElastase-Creマウスと交配した。その中で、Pdx-1とIs1-1という転写因子が重要であることがわかってきた。本研究は、これらの遺伝子の膵β細胞再生における役割と機構を解析するため、Pdx-1とIs1-1を同時に膵外分泌腺においてのみ発現制御できるマウスを作製し、膵臓の変化を観察し、さらに何らかの再生像が観察されれば、lineage tracing実験を行い、膵β細胞の幹細胞あるいは前駆細胞を探索することを目的としている。1. Elastase-Cre/Pdx-1/Is1-1発現制御マウスの飲用水からDoxを除き、Pdx-1及びIs1-1を発現させ、膵臓の組織学的変化を経時的に観察した。3.出現したインスリン陽性細胞が機能的であるかどうか検討するために、STZ糖尿病マウスを用いて随時血糖の変化を測定し、STZ投与後約6週間後にipGTTを行った。本研究により、腺房細胞は膵発生に重要な転写因子を強制発現させることで、in vivoにおいて膵β細胞に分化転換できる可能性があることが示唆された。自己の腺房細胞を取り出すことなく、in vivoで分化転換させることができれば、糖尿病の再生医療に繋がると期待される。
活性化機能分子を基盤とする触媒的不斉合成反応の開拓

本研究で酸塩基複合体形成を基盤とする分子と分子の相互作用による活性化を基本概念として設定し、活性化と立体化学制御機能を持つ分子の設計を基盤とした触媒的不斉反応の開拓を直接の目的とする。本研究により以下の成果をあげることができた。1.リチウムエーテルアミド存在下エステルエノラートとイミンとの反応ではβラクタムを最高96%収率74%ee、またα,β-不飽和エステルとの反応では付加体を最高67%収率92%eeで得ることに成功した。2.触媒量のキラルアミドホスフィンとCu(OTf)_2存在下4,4-ジメチルシクロヘキセノンにジエチル亜鉛を作用させると共役エチル化体が最高64%eeで得られることが明らかになった。さらに、この銅-ジエチル亜鉛の反応系をイミンへの付加反応へ適用したところ、最高97%収率94%eeでエチル付加体を得ることに成功した。また、アミドホスフィン配位子がロジウム触媒によるアリールホウ酸のエノンへの共役付加反応に有効であり、最高99%収率96%eeで付加体が得られることを見いだした。このアミドホスフィン配位子-ロジウム錯体の構造解析研究から、キラルアミドホスフィン配位子が触媒サイクルの中、必要に応じて二座配位と単座配位を切り替える能力を有するヘミレイバル配位子であること示す知見が得られている。3.不飽和エステルに対するリチオ化チオフェノールの高選択的付加反応を契機とするα位不斉プロトン化反応を確立し、β位には不斉点が構築されないエステルを基質にした場合でも最高92%eeの非常に高い選択性でα位を不斉プロトン化することに成功した。さらに、リチオ化チオフェノールを分子内にホルミル基を有するキラルな不飽和エステルと反応させ、良好なジアステレオ選択性にて環化体を得ることに成功した。得られた環化体から生理活性天然物(-)-Neplanocin Aの効率的合成を達成した。本研究では酸塩基複合体形成を基盤とする分子と分子の相互作用による活性化を基本概念として設定し、活性化と立体化学制御機能を持つ分子の設計を基盤とした触媒的不斉反応の開拓を直接の目的とする.本研究により本年度は以下の成果を上げることが出来た。1.リチウムエステルエノラートをキラルエーテルと共存して活性化するリチウムアミドを基礎に、両者のハイブリッドとなる活性化機能エーテルアミドを設計し不斉反応へ適用した。その結果リチウムエーテルアミド存在下エステルはイミンと縮合しベータラクタムを最高71%収率73%eeで得ることに成功した。2.中性ホスフィンを銅アミドホスフィンに変換した活性化金属錯体分子を設計し不斉反応へ適用した。その結果、触媒量のリガンドとCu(OTf)2存在下4,4-ジメチルシクロヘキセノンにジエチル亜鉛を作用させると共役エチル化体が最高65%eeで得られることが明らかになった。3.以上の炭素-炭素結合形成不斉触媒反応に加えて、チオフェノールの活性化を意図したリチオ化体の錯形成を経由する更なる活性化と不斉反応への適用を模索した。その結果、不飽和エステルに対するリチオ化チオフェノールの高選択的付加反応を契機とするα位不斉プロトン化反応を確立した。本反応ではチオラートが付加するβ位には不斉点が構築されないメタクリル酸エステルを基質にした場合でも76%eeで、アトロパ酸エステルを基質にした場合には91%eeの非常に高い選択性でα位を不斉プロトン化することに成功した。

本研究では酸塩基複合体形成を基盤とする分子と分子の相互作用による活性化を基本概念として設定し、活性化と立体化学制御機能を持つ分子の設計を基盤とした触媒的不斉反応の開拓を直接の目的とする。本研究により本年度は以下の成果を上げることが出来た。1.リチウムエステルエノラートをキラルエーテルと共存して活性化するリチウムアミドを基礎に、両者のハイブリッドとなる活性化機能エーテルアミドを設計し不斉反応へ適用した。その結果リチウムエーテルアミド存在下エステルはα,βー不飽和エステルに対して共役付加して付加体を最高67%収率92%eeで得ることに成功した。本反応における高選択制の発現には等量のリチウムアミドの存在が必須である事から、設計通りリチウムエノラート、キラルエーテル配位子、リチウムアミドの3成分から構成される高活性、高選択的機能錯体が形成されていると考えられる。2.以上の炭素-炭素結合形成不斉触媒反応に加えて、酸素およびチオ基の活性化を意図したリチオ化体の錯形成を経由する更なる活性化と不斉反応への適用を模索した。その結果、触媒量のキラルアミノジエーテル配位子とブチルリチウム存在下、クメンヒドロキシペルオキシドとエノンが反応し、対応するエポキシドが最高74%eeで得られた。同様に8mol%のリチウムチオラートーキラルアミノジエーテル配位子錯体の存在下ベンゼンチオールがエノンに対して99%収率77%eeで共役付加体を与えることを見いだした。本研究では酸塩基複合体形成を基盤とする分子と分子の相互作用による活性化を基本概念として設定し、活性化と立体化学制御機能を持つ分子の設計を基盤とした触媒的不斉反応の開拓を直接の目的とする.本研究により本年度は以下の成果を上げることが出来た。1)キラルアミドホスフィン配位子-銅錯体を触媒量(1mol%)用いると有機亜鉛がN-スルホニルイミンへ付加し、最高97%収率、94%eeの鏡像異性体過剰率で光学活性スルホンアミドを与えることを見いだした。また比較的困難とされるスルホンアミドからのスルホニル基の除去にも成功し、種々の芳香族イミンから高効率高選択的に光学活性アミンを合成することが可能になった。2)キラルアミドホスフィン配位子-ロジウム錯体を触媒量(1mol%)用いるとアリールホウ酸が環状エノンに共役付加し、最高99%収率、97%eeの鏡像異性体過剰率で光学活性な付加体を与えることを見いだした。本反応はBINAPを用いた場合でも高い収率と選択性で付加体を与えることが知られているが、高収率に付加体を得るためには反応溶液の急速な昇温が必要である。しかしながら、キラルアミドホスフィン配位子を用いた場合はこの急速な昇温が必要でないことが明らかになった。3)リチウムエステルエノラートの不飽和エステルへの共役付加反応は、二座配位型キラルジエーテルおよびリチウムアミドとの三成分錯体の形成により反応性が格段に高まると共に鏡像異性体過剰率が最高97%eeに達することが明らかになった。本研究により本年度は以下の成果を上げることができた。1)キラルアミドホスフィン配位子-銅錯体を触媒量(1mol%)用いる有機亜鉛のイミンへの不斉付加反応において、キラルアミドホスフィン配位子上の置換基の効果を検討した。
マウス反復ストレスによる情動変容を担う自然免疫関連分子の作用とその活性化機構

社会的挫折や孤独から受けるストレスは抑うつ、不安亢進など情動変化を誘導し、精神疾患の危険因子となる。我々は、マウスの反復社会挫折ストレスによる情動変化に、活性化されたミクログリアに由来する炎症関連分子が重要であることを示してきた。しかしストレスによるミクログリア活性化の機序や役割は不明であった。第一期公募研究では、マウスの反復ストレスによる情動変化に自然免疫分子が重要であることを示し、その作用にミクログリア活性化が関わることを示唆した。第二期公募研究では、反復ストレスにおける自然免疫分子の作用点を確定し、反復ストレスにより活性化されたミクログリアが神経細胞の機能形態変化を促す分子機序とその情動変化との関連を調べる。さらに、反復ストレスによる情動変化を促す自然免疫分子の活性化因子の同定を試みる。以上の研究により、ストレスによる情動変化における自然免疫分子の作用と活性化機序に迫る。本年度は、反復ストレスによるmPFCのミクログリアでの遺伝子発現プロファイルをもとに、自然免疫分子の下流で活性化される転写因子を推定した。これらの転写因子のmPFCミクログリア選択的な遺伝子発現抑制法を立ち上げた。成体マウス由来の培養ミクログリアを用い、上記の転写因子が自然免疫分子による遺伝子発現制御に関与するかを検討した。前頭前皮質の初代培養神経細胞の神経活動を化学遺伝学的に操作し、培養上清中にミクログリア活性化を惹起する自然免疫分子リガンドが分泌されるかを自然免疫分子レポーター細胞により調べた。並行して、自然免疫分子リガンドとしてのダメージ関連分子の挙動を免疫染色により調べ、反復ストレスにより当該ダメージ関連分子の細胞内局在が変化することを見出した。当該ダメージ関連分子のリコンビナント蛋白や中和抗体を揃え、脳室内への投与実験を行い、反復ストレスによる情動変化への影響を見出しつつある。28年度が最終年度であるため、記入しない。社会的挫折や孤独から受けるストレスは抑うつ、不安亢進など情動変容を誘導し、精神疾患の危険因子となる。本年度は、反復ストレスによる情動変化の消失している自然免疫分子の欠損マウスの内側前頭前皮質に野生型のミクログリアを移植することで、自然免疫分子依存的に情動行動が回復することを見出した。さらに、独自に開発した脳領域かつミクログリア選択的な遺伝子発現抑制法を用い、内側前頭前皮質のミクログリアで発現する自然免疫分子が反復ストレスによる情動変化に必須であることを示した。反復ストレスにより特定の脳領域のミクログリアで発現制御される遺伝子群を網羅的に同定し、その遺伝子群の一部がミクログリア細胞株でも自然免疫分子により発現制御されることを確かめた。また、自然免疫分子欠損マウスでの情動異常に寄与する神経細胞集団を同定するため、神経細胞の活動を選択的に制御する薬理遺伝学的手法を立ち上げた。当初の当該年度の研究計画では、反復ストレスによる情動変化を担う自然免疫分子の作用点を同定し、反復ストレスにより自然免疫分子依存的にミクログリアに誘導される遺伝子群の同定を通じて、神経細胞の機能形態へのミクログリア活性化の働きを調べることを主眼としていた。「研究実績の概要」の通り、本研究で独自に開発したミクログリアの機能や遺伝子発現の制御法を用いて、内側前頭前皮質のミクログリアにおいて自然免疫分子が反復ストレスによる情動変化を促すことを示した。また、反復ストレスにより特定の脳領域のミクログリアで自然免疫分子を介して発現制御される遺伝子群を同定している。以上の理由から、本研究はおおむね順調に進展していると考えられている。これらの転写因子のmPFCミクログリア

選択的な遺伝子発現抑制法を立ち上げた。成体マウス由来の培養ミクログリアを用い、上記の転写因子が自然免疫分子による遺伝子発現制御に関与するかを検討した。前頭前皮質の初代培養神経細胞の神経活動を化学遺伝学的に操作し、培養上清中にミクログリア活性化を惹起する自然免疫分子リガンドが分泌されるかを自然免疫分子レポーター細胞により調べた。並行して、自然免疫分子リガンドとしてのダメージ関連分子の挙動を免疫染色により調べ、反復ストレスにより当該ダメージ関連分子の細胞内局在が変化することを見出した。当該ダメージ関連分子のリコンビナント蛋白や中和抗体を揃え、脳室内への投与実験を行い、反復ストレスによる情動変化への影響を見出しつつある。本年度に同定した反復ストレスによるミクログリアでの遺伝子発現プロファイルをもとに、引き続き、反復ストレスにより活性化されたミクログリアが神経細胞の機能形態変化を促すメカニズムを調べる。ミクログリア発現分子の機能や発現制御を培養ミクログリア細胞で調べ、同様の現象が反復ストレスを受けた脳内でも見られるかを調べる。また、反復ストレスや神経細胞の活動操作により既存の自然免疫分子リガンドが変化するかを調べ、機能阻害実験などを行うことで、反復ストレスによる情動変化、神経細胞の機能形態変化、ミクログリア活性化への関与に迫りたい。28年度が最終年度であるため、記入しない。
多次元空間における反応拡散方程式の全域解の特徴付けと存在理論の構築

反応拡散方程式はパターン形成や,パターンダイナミクスとよばれる空間的に特徴的な形状が時間的に伝播する現象を記述するモデル方程式として知られている.今回の研究では特徴的な形状を保ちながら進行していく全域解について,その新しい存在理論と空間的形状の数学的特徴づけを目指して研究を行った.具体的な成果として,いくつかのタイプの反応拡散方程式について,新しい性質の解の存在や安定性を数学的に証明した.反応拡散方程式はパターン形成や,パターンダイナミクスとよばれる空間的に特徴的な形状が時間的に伝播する現象を記述するモデル方程式として知られている.今回の研究では特徴的な形状を保ちながら進行していく全域解について,その新しい存在理論と空間的形状の数学的特徴づけを目指して研究を行った.具体的な成果として,いくつかのタイプの反応拡散方程式について,新しい性質の解の存在や安定性を数学的に証明した.色々な具体的な反応拡散のモデル方程式で進行波解が研究されているが,システムの場合には一般的な存在理論を構築するのが難しい.その中で,Lotka-Volterra拡散競争系のモデル方程式においては空間1次元の場合に進行波解の存在がよく研究されており,かなりのパラメータ領域でその存在が知られている.研究代表者の森田はその共同研究者とともに,このLotka-Voltera拡散競争系において,2つの進行波が両側から伝播し衝突・消滅する現象に対応する全域解の存在を証明した.このような全域解の存在はスカラー方程式の場合にはよく研究されているが,システムでの証明は初めてである.実際,システムの場合は,スカラー方程式の場合の手法を直接適用できず技術的な工夫が必要であった.この研究は,他のシステムのモデル方程式についても発展させることが期待できる意義のある成果である。空間2次元の場合の進行波については最近研究が進んできたが,どのような空間的形状の進行波が可能であるかについては未解決である.通常よく知られているのはフロント形状を持つ進行波解である.このような解は2つの相を結ぶ遷移層をもつ解として重要である.それに対して分担者の二宮はその共同研究者とともに2次元のスポット形状の進行波解の構成に成功した.反応拡散方程式においてこのような形状の解の存在証明は初めてであり,今後,進行波解を形状で分類する場合に,この成果は新しい視点を与えるものと期待される.空間2次元の場合の進行波の空間的形状についての研究を進めた。通常よく知られているフロント形状を持つ進行波解以外に,分担者の二宮はその共同研究者とともに2次元のスポット形状の進行波解の構成に成功しているが,この結果をさらに発展するための研究に取り組んだ.また,代表者の森田もこの問題に関連した課題に取り組み,特異極限から得られる界面方程式の解の研究から,スポット状の解にアプローチすることを思いつき現在も研究中である.また,過去の結果として知られている進行波解についても,その詳しい解の形状に関する情報が得られていない場合があるので,それについて見直しをおこなった。これらの研究を進めていけば,研究課題を大幅に進展させることが期待される。一方,個々の方程式の研究だけでなく理論をより一般的にしていくためには,扱える方程式のクラスを拡げる必要がある。そこでいくつかの重要と思われる方程式のクラスについてその性質を検討した。研究代表者の森田は,自己触媒や発熱反応モデルについて進行波解が研究されていることに着目し,それらを含むクラスで,ある種の保存性をもつ方程式系が重要であるという考えに至った。そこで,このような保存的性質をもつ方程式の解の性質をまず研究することにした。現在,このような系について,その系がもつ共通的な性質を用いて進行波や全域解の存在が一般的にいえるような理論の確立を目指して研究中である。代表者の森田は,これまでの多次元における反応拡散方程式の空間的に特徴的な形状をもった進行波解の研究を詳しく分析した.多次元領域での進行波の研究は,非線形楕円型方程式の全域解の存在研究と密接に関係する.これまでの定常問題としての楕円型方程式の解構造の研究と,それをもとにした進行波解の形状を決定する(移流項のある)楕円型方程式(空間次元が1上がる)の問題について分析した.この結果,1次元の解として得られる平面波をもとに特徴づけられる進行波と,2つの無限遠方に定常解を設定してそれをつなげる無限次元相空間におけるヘテロクリニック軌道として特徴づけられる解があることがわかり,これまでの研究と今後の問題点について整理した.これらの分析結果はサーベイ論文としてまとめ投稿中である.また,反応拡散方程式系についての研究を進めるため,FizHugh-Nagumo方程式系についての全域解の研究を進めている.空間1次元の場合の定在波について,あるパラメータ条件下での存在と安定性についての結果が得られたが,現在論文として準備中である.あるパラメータの極限ではスカラーのAllen-Cahn方程式の定在波に近づくことも示されており,システムとスカラーの方程式の研究をつなぐ結果である.二宮は,m種拡張系における進行波の伝播速度が,解の値によって変化することを証明した.これは反応拡散系に現れる全域解の新しい特徴を示す結果である.全域解を特徴づけるときこのような解を含んだ特徴付けが必要になってくることがわかり,重要な成果である.また,反応拡散方程式系のあるパラメータに関する極限方程式の研究も行い,このようなクラスの方程式における全域解の特徴付けの研究につながる成果として期待される.
社会における「発達障害」概念とは何か：発達障害者に対する態度に関する検討

障害児者への差別や偏見の軽減を目的とした研究として,周囲者を扱った障害児者への態度に関する研究があるが,発達障害児者への態度研究は未だ十分でない。さらに,発達障害とは複数の障害を含んだ包括的な概念である。このことから,周囲者は「発達障害」という概念に,専門家の想定するものとは異なる,個人の持つイメージや考えを容易に当てはめてしまうことが考えられる。そこで,発達障害児者に対する態度研究を行う第一段階として社会における「発達障害」概念がどのようなものであるのかを明らかにする必要がある。以上より,本研究では,社会における「発達障害」概念を明らかにした上で,態度に関する研究を行う。
セロトニントランスポーター/セロトニン拮抗による急性肺障害の防御機構の解明

前年度までの評価では、セロトニン刺激(濃度依存性)で細胞透過性の亢進を、ヒト肺微小血管内皮細胞株(HPMEC)を用いて行い、その反応をベースにFluoxetine(セロトニントランスポーター阻害剤)とY27632(Rhoキナーゼ阻害剤)との共培養での細胞透過性亢進が減弱することを確認した。セロトニンの細胞への透過性亢進効果に対してRhoキナーゼが関与することが示唆された。また、当院の敗血症性ショック患者の臨床検体(ヒト血漿)と健常人の検体(ヒト血漿)を用いて、セロトニン代謝産物(5HIAA)の測定を行い、健常人よりも敗血症群が血漿中5HIAA値が高く、敗血症でショックがない患者よりも敗血症性ショックの患者群の方が、血漿中の5HIAA値がより高いことが確認された。また、SOFAスコアやAPACHE-IIスコア、P/F比などの重症度スコアとの相関も認めれ、血管透過性亢進が関与する敗血症性ショック患者の体内でのセロトニンの関与が臨床検体でも示唆された。in vitroの結果と臨床検体の結果を合わせて、セロトニンが血管透過性亢進の病態に重要な役割を果たしていることが示唆され、その機序にRhoキナーゼが絡んでいることが考えられた。今後は、敗血症性ショック患者以外のARDS患者での検討も予定していく。敗血症患者の検体収集に関しては、単施設で解析に十分な検体が集まったため、解析を進めている。しかし、ARDS患者は当院での発生数が少ないため、当初の研究期間内に解析が可能な症例数が集まらなかった。期間を延長して現在も進行形でARDS患者の収集、解析を進めている。単施設でのARDS患者の十分な数の収集が難しい可能性があり、米国のすでに終了した臨床試験のARDS患者の残検体(血漿)の供与を受けて、その検体を用いた解析を予定している。その検体の供与を受け、同様の解析を予定する。当院での患者検体収集も引き続き並行して行う。ヒト肺微小血管内皮細胞株(HPMEC)を用いて、セロトニン刺激による血管透過性亢進、細胞障害性の評価を行った。HPMEC培養細胞株を単層細胞培養インサートで培養しセロトニンで刺激し上清に移行したアルブミン濃度を測定し細胞配列の破綻を評価した(上清へ移行するアルブミン濃度の上昇を確認して蛋白漏出への影響があることがわかった)。セロトニン濃度依存性にアルブミン濃度は上昇して、セロトニンによる細胞障害性を確認した。また、その反応をベースにFluoxetine(セロトニントランスポーター阻害剤)での共培養にてセロトニンの蛋白漏出への影響を検討した。Fluoxetineの共培養にてセロトニンの蛋白漏出への影響が減弱され、セロトニントランスポーターを介したものであることが示唆されたが、有意差が出る反応ではなく、n数を増やすことと、刺激時間などの条件再調整が必要である。in vitroの評価と並行して、臨床検体で評価を実施中。当院の敗血症性ショックやARDSの患者、健常人の血漿中セロトニン、血漿中5HIAA(セロトニン代謝産物)、尿中5HIAAの測定を急性期と回復期での動態を解析した。HPLC(高速液体クロマトグラフィー)にて測定を行った(現在も症例集積のために継続中)。対象疾患としての敗血症性ショックとARDSは血管透過性亢進、血管内皮細胞障害が顕著に出る疾患として対象とした。血漿5HIAAの動態が急性期で上昇して回復期で低下している傾向を認めたが、症例数をさらに蓄積しての解析が必要である。臨床検体のARDSの症例数がなかなか確保できないが、敗血症の症例は定期的にエントリーされる。今後の症例数の蓄積を待つ。臨床検体解析を優先する時期があり、細胞実験の予定が遅れた。細胞実験に関しては、セロトニンの刺激時間や濃度調整の評価にやや時間を有した。予定していた細胞接着因子の発現の解析が遅れているが次年度には着手できる予定である。HPMEC培養細胞株を単層細胞培養インサートで培養し、セロトニンで刺激したアルブミン濃度を測定して細胞配列の破綻を疑似化して評価した(上清へ移行するアルブミン濃度の上昇を確認して蛋白漏出を評価)。前年度までの評価では、セロトニン刺激(濃度依存性)で血管透過性亢進の確認を行っており、その反応をベースにFluoxetine(セロトニントランスポーター阻害剤)とY27632(Rhoキナーゼ阻害剤)との共培養での血管透過性を評価した。Fluoxetine共培養ではセロトニンの蛋白漏出への影響は減弱される傾向は得られ、セロトニントランスポーターを介したものであることが示唆されたが、反応にばらつきがあり、条件設定(濃度、刺激時間)などの変更でも均一した有意差が出るまでの結果は得られなかった。Y-27632共培養では、蛋白漏出が減弱され、良い傾向のデータ蓄積ができ、セロトニンの効果にRhoキナーゼが関与することが示唆された。in vitroの評価と並行して、前年度から臨床検体で評価を実施中である。

当院の敗血症性ショックやARDS患者、健常人のの急性期検体を採取して、血漿中セロトニン、血漿中5HIAA(セロトニン代謝産物)の測定を行った。敗血症性ショックとARDS患者は血管透過性亢進、血管内皮細胞障害が顕著に出る疾患で対象として、血漿セロトニンの動態は傾向が不安定な結果であったが、血漿5HIAAの動態が急性期で上昇して、SOFAやAPACHE-IIの重症度スコアと有意に相関していた。ARDSの症例集積が少ないため引き続き症例集積に努める。in vitroのFluoxetineを使用した実験の結果のばらつきがあり、条件設定(濃度や刺激時間)を再調整することで実験プランの日程がずれ込んだ。そのため、当初次に予定していた細胞接着因子の解析実験開始に遅れが生じている。臨床検体解析は敗血症性ショックの症例は集積順調だが、ARDSの症例が当院で少なく、症例集積にやや難渋している。前年度までの評価では、セロトニン刺激(濃度依存性)で細胞透過性の亢進を、ヒト肺微小血管内皮細胞株(HPMEC)を用いて行い、その反応をベースにFluoxetine(セロトニントランスポーター阻害剤)とY27632(Rhoキナーゼ阻害剤)との共培養での細胞透過性亢進が減弱することを確認した。セロトニンの細胞への透過性亢進効果に対してRhoキナーゼが関与することが示唆された。また、当院の敗血症性ショック患者の臨床検体(ヒト血漿)と健常人の検体(ヒト血漿)を用いて、セロトニン代謝産物(5HIAA)の測定を行い、健常人よりも敗血症群が血漿中5HIAA値が高く、敗血症でショックがない患者よりも敗血症性ショックの患者群の方が、血漿中の5HIAA値がより高いことが確認された。また、SOFAスコアやAPACHE-IIスコア、P/F比などの重症度スコアとの相関も認めれ、血管透過性亢進が関与する敗血症性ショック患者の体内でのセロトニンの関与が臨床検体でも示唆された。in vitroの結果と臨床検体の結果を合わせて、セロトニンが血管透過性亢進の病態に重要な役割を果たしていることが示唆され、その機序にRhoキナーゼが絡んでいることが考えられた。今後は、敗血症性ショック患者以外のARDS患者での検討も予定していく。敗血症患者の検体収集に関しては、単施設で解析に十分な検体が集まったため、解析を進めている。しかし、ARDS患者は当院での発生数が少ないため、当初の研究期間内に解析が可能な症例数が集まらなかった。期間を延長して現在も進行形でARDS患者の収集、解析を進めている。臨床検体での評価に関しては、今後の症例数の蓄積をもって、有意差の確認や重症度での分類での解析も予定したい。in vitroの細胞実験ではROCK阻害剤での共培養での評価も含めて、RhoA-ROCK経路の関与の評価や、細胞接着因子の解析ではVE-cadherinリン酸化抗体を用いたリン酸化の評価も着手する。臨床検体の症例集積数は前年度よりも数も増え、有意差の検定や重症度スコアとの相関の解析を進める。ARDSの症例に関しても、引き続き症例集積に努める。in vitroの解析に関しては、Rhoキナーゼの経路の関与や細胞接着因子の関与の解析を可能な限り着手する。in vitroの分子病態的な解析と敗血症性ショックやARDSの臨床検体の動態解析を合わせて、血管透過性亢進の病態解析を進める。単施設でのARDS患者の十分な数の収集が難しい可能性があり、米国のすでに終了した臨床試験のARDS患者の残検体(血漿)の供与を受けて、その検体を用いた解析を予定している。その検体の供与を受け、同様の解析を予定する。
レ-ザ-分光法による光励起プロセスの気相素過程の計測

プロセス中の気相素過程における中間反応種のin Situな計測法として,レ-ザ-分光法は大変有用である。本研究ではレ-ザ-誘起蛍光(LIF)法と共鳴多光子イオン化(REMPI)法を用いて,光プロセス中の各種ラジカルの密度や速度分布を,高い時間・空間分解能で計測する技術を開発し,表面との反応を含めたプロセス動力学の解明を行なおうとするものである。本年度は昨年度に引き続きジシランのArFレ-ザ-による光解離プロセスの気相過程の研究を行なったが,さらに新しく,レ-ザ-アブレ-ションの際の放出粒子の速度分布等をLIF(レ-ザ-誘起蛍光法)とTOF(飛行時間測定)を組合せた方法で解明する研究を行なった。これまでの主な成果をまとめると以下の通りである。1.ジシランのArFレ-ザ-による一光子光分解によって生成した各種ラジカルを,LIFとREMPI(共鳴多光子イオン化法)で観測し,その拡散・反応過程を研究した。測定したのはSi,Si^*,SiH,Si_2,Hで,SiH_3は検知することができなかった。2.高温超伝導膜生成の際に重要なArFレ-ザ-でアブレイトしたYBaCuOプル-ム中のBa,BaO,YOなどの粒子をLIFーTOF計測し,その速度分布を求めた。3.ArFレ-ザ-でアブレイトしたAl原子の基板への付着状況を,ディテクタ-アレイでそのLIFを見ることによって観測することを試みた。今後はさらにアブレ-ション過程の研究をより詳細に行なってゆく予定である。
ヒト多発性骨髄腫モデルマウスにおけるがんニッチ間相互作用の解析

多発性骨髄腫は、免疫システムの一部を担っている形質細胞ががん化し、骨髄中で無制限に増殖し蓄積するために発生する血液がんであり、近年の新薬開発等による治療方法の進歩にも拘らず再発例や治療抵抗例が多い不治の病である。また本疾患は高齢になるに従って罹患率が上昇し、高齢化が進行している我が国においては患者数の増加が問題になっている。骨髄腫細胞は、骨髄内の環境形成細胞とネットワークを形成し、自らの維持、増殖、進展を促す環境を構築していることが明らかになってきたが、適切な解析ツールの欠如等から、がん細胞とニッチの相互作用の中心を担う細胞や分子シグナルの実態は解き明かされていない。申請者らは、ヒト骨髄腫細胞を免疫不全マウスに移植するという異種移植モデルの特徴を生かして、トランスクリプトームシーケンスにより骨髄腫細胞とニッチ側の遺伝子を判別し、in vivoにおけるがんーニッチ間相互作用を定量的に同定するというこれまでにない手法を確立したのでニッチを標的とするがん治療の開発を目指している。これまでの研究でニッチを介したNotchシグナルの活性化が骨髄腫細胞の増殖と薬剤耐性獲得に果たしている役割を解明するとともにインタラクトーム解析により骨髄腫細胞とニッチの相互作用を定量的に同定し、セマフォリンという分子の特定に至った。現在は、引き続きこの分子の生物学的機能の解析を行い、治療標的を特定するために研究を進めている。本研究において一つの山と考えられるインタラクトームによる標的分子の同定については、予想よりも手間取ったが一応目ぼしい分子を特定した。当初の計画では2種類の異なる解析方法(Notchシグナル解析、インタラクトーム解析)を並行して進めることにより確実にデータがとれるように遂行したのでその成果は認められた。ただ、治療効果の判定についてはニッチを介した標的分子シグナルを阻害剤を持ちいて遮断した場合の抗腫瘍効果を測定中であるが患者サンプルの獲得、in vivoの実験に関して計画通りに進んでいない部分がある。プロジェクトの後半時期にあたり、今後は昨年度に引き続き標的分子の機能解析を進めるとともに患者特異的モデルマウスを利用して個々の患者における病態決定因子を同定し、患者特異的モデルおよび細胞株移植モデルを用いて、がんーニッチ間相互作用を標的とした抗腫瘍効果を判定することによりニッチをターゲットにした治療法を確立したい。そのために、ニッチを介した標的分子のシグナルを遮断した場合の抗腫瘍効果の判定、このためにはすでに開発した細胞株モデルマウスと患者モデルマウスを用いて研究が円滑に進むと考えている。多発性骨髄腫は、病態が非常に複雑な不治の病であり、ニッチにおける骨髄腫細胞の動態が治療抵抗性や再発の根本原因である。本研究は、申請者らがすでに確立したヒト多発性骨髄腫モデルマウスを利用して、ヒト由来骨髄腫細胞と宿主であるマウス環境との「がんーニッチ相互作用全体(インタラクトーム)」を定量的に同定し、多発性骨髄腫の病態におけるその相互作用の役割を実験的に明らかにすることによって、治療標的を特定することを目的とする。ヒト疾患モデルマウス(NOGJマウス)を作成して、このマウスにヒト骨髄腫細胞を移植すると、顕著に腫瘍の生着が向上することを見出した。の結果は、環境側のJagged1を介したNotchシグナルの活性化が骨髄腫細胞の増殖等に重要であることを示しており、骨髄環境、つまりニッチにおけるNotchシグナルを標的とするがん治療の開発が期待できると考えた。また、ヒト骨髄腫細胞を免疫不全マウスに移植するという異種移植モデルであることの特徴を生かして、トランスクリプトームシーケンスにより骨髄腫細胞とニッチ側の遺伝子を判別し、in vivoにおけるがんーニッチ間相互作用を定量的に同定するというこれまでにない手法を確立したので、ニッチを標的とするがん治療の開発を目指した本研究計画を立案した。これらにおけるインタラクトーム解析により、2種類の骨髄腫細胞株を移植したヒト骨髄腫モデルの解析で得られた1200以上の相互作用から、相互作用の強さや特異性を基準として、Notch-Jagged1以外に10程度の組み合わせが絞り込まれており、新たな治療標的分子を同定する。本研究では、異種移植モデルのインタラクトーム解析という新たな手法により、ヒト「がん細胞」側とマウスのニッチ側の遺伝子発現をそれぞれの塩基配列の違いから判別し、定量化して得られる発現プロファイルと、公共のタンパク相互作用データベースの情報を結合することで、これまでできなかったがんニッチにおける相互作用全体の包括的解析を可能にする。さらに、後述する計算式を用いて、個別の相互作用(右下図矢印)の強さと特異性を相対的に評価して、特定のがんおよび症例の病態に最も寄与の高い「がん細胞」とニッチの相互作用を同定し、創薬標的候補とする。骨髄腫細胞株を移植したヒト骨髄腫モデルの解析で得られた1200以上の相互作用から、相互作用の強さや特異性を基準として、Notch-Jagged1以外に10程度の組み合わせが絞り込まれており、新たな治療標的分子を同定する。

骨髄腫細胞は、骨髄内の環境形成細胞とネットワークを形成し、自らの維持、増殖、進展を促す環境を構築していることが明らかになってきたが、適切な解析ツールの欠如等から、がん細胞とニッチの相互作用の中心を担う細胞や分子シグナルの実態は解き明かされていない。申請者らは、ヒト骨髄腫細胞を免疫不全マウスに移植するという異種移植モデルの特徴を生かして、トランスクリプトームシーケンスにより骨髄腫細胞とニッチ側の遺伝子を判別し、in vivoにおけるがんーニッチ間相互作用を定量的に同定するというこれまでにない手法を確立したのでニッチを標的とするがん治療の開発を目指している。これまでの研究でニッチを介したNotchシグナルの活性化が骨髄腫細胞の増殖と薬剤耐性獲得に果たしている役割を解明するとともにインタラクトーム解析により骨髄腫細胞とニッチの相互作用を定量的に同定し、セマフォリンという分子の特定に至った。現在は、引き続きこの分子の生物学的機能の解析を行い、治療標的を特定するために研究を進めている。本研究において一つの山と考えられるインタラクトームによる標的分子の同定については、予想よりも手間取ったが一応目ぼしい分子を特定した。当初の計画では2種類の異なる解析方法(Notchシグナル解析、インタラクトーム解析)を並行して進めることにより確実にデータがとれるように遂行したのでその成果は認められた。ただ、治療効果の判定についてはニッチを介した標的分子シグナルを阻害剤を持ちいて遮断した場合の抗腫瘍効果を測定中であるが患者サンプルの獲得、in vivoの実験に関して計画通りに進んでいない部分がある。本研究では、Notchシグナル解析およびインタラクトーム解析により創薬標的となる分子シグナルを同定してきた。平成30年度以降は、患者特異的モデルマウスを利用して、個々の患者における病態決定因子を同定し、最終的には、患者特異的モデルおよび細胞株移植モデルを用いて、がんーニッチ間相互作用を標的とした抗腫瘍効果を判定することにより、ニッチをターゲットとした治療法開発の基盤となる知見を収集する。1)個々の患者特異的骨髄腫モデルマウスにおける相互作用と分子シグナルの活性化を明らかにし、患者の個別臨床データと対比してその病態を決定している分子を特定する。2)ニッチを介した標的分子シグナルを、阻害剤等を用いて遮断した場合の抗腫瘍効果をin vivoにて判定する。3)上記結果を基に分子標的治療薬の開発を目指す。プロジェクトの後半時期にあたり、今後は昨年度に引き続き標的分子の機能解析を進めるとともに患者特異的モデルマウスを利用して個々の患者における病態決定因子を同定し、患者特異的モデルおよび細胞株移植モデルを用いて、がんーニッチ間相互作用を標的とした抗腫瘍効果を判定することによりニッチをターゲットにした治療法を確立したい。そのために、ニッチを介した標的分子のシグナルを遮断した場合の抗腫瘍効果の判定、このためにはすでに開発した細胞株モデルマウスと患者モデルマウスを用いて研究が円滑に進むと考えている。
温室効果ガスと生物汚泥の排出が無い創エネルギー・高速排水処理システムの実用化研究

前段UASB反応槽,後段好気性反応槽で構成する廃水処理装置(循環比2)を用い,実都市下水および低濃度人工廃水の連続処理実験を行った。その結果,以下の知見を得た。1)実下水処理実験における,原水の硫酸塩含有割合は0.50gS/gBODと比較的高いレベルであり,UASBには硫酸塩還元細菌,好気槽には硫黄酸化細菌の増殖した。一方,UASB内のメタン生成活性は,酢酸基質,水素基質共に硫酸塩還元活性より低いレベルとなった。2)都市下水のように流入BODsに対する硫酸塩含有率が高くなりやすい低濃度廃水では,循環措置を施すことによって硫酸塩還元細菌と硫黄酸化細菌を利用した硫黄サイクルが活性化され,有機成分の除去が可能であることが分かった。実下水処理装置による連続処理実験(RUN2;設計HRT12hr,UASB槽内温度1733°C)では,流入原水の平均全BOD濃度303mg/Lが処理水で13mg/Lまで処理できた。3)低濃度人工廃水の連続処理実験(R6;HRT24時間,平均UASB槽内温度12.2°C,流入硫酸塩濃度100mgS/L)では,平均全COD除去率93%(平均全COD濃度30mg/L)を達成し,最終処理水の全BOD濃度20mg/L以下を得た。R6期間中のCODバランスをとると,流入CODの46%がUASB槽内で硫酸塩還元反応により除去され,45%が散水ろ床で除去される割合であった。4)チオ硫酸酸化細菌の至適温度は2535°C間の中温域にあり,チオ硫酸酸化活性試験温度5°Cの条件においても0.14gS/gVSS/dayという活性が維持された。このことから硫黄酸化細菌が中温から低温までの条件下において廃水処理システムの硫化物酸化に寄与し得ることが分かった。1本研究においては,先ず,実都市下水を処理するための生物処理反応器を作成した。開発中の排水処理システムは,微生物自己造粒型のメタン発酵槽を主体に構成し,数百mgCOD・L^<-1>の低濃度排水(実都市下水)を処理するものである。また,メタン発酵槽後段には,メタン酸化(温室ガス削減),汚泥減溶,および水質向上を目的とする密閉型好気性ろ床を付加した。システムの排水処理能力は,平成14年3月現在,温度制御フリーの環境下で,水理学的滞留時間12時間,COD容積負荷約1kg・m^<-3>・d^<-1>であり,今後はこれを上昇させていく。2メタンの完全分解するために,反応器を連続運転し,密閉型好気性ろ床にメタン酸化菌の増殖を図っている。今後,好気性処理槽におけるメタン酸化菌の能力を評価し,温室ガス削減のためのバイオリアクター設計因子として定量する。また,硫黄還元・酸化菌によるBOD除去能力についても定量化する。3排水処理システムに保持された微生物生態を評価したところ,植種汚泥(食品産業排水処理嫌気性微生物)の履歴上,前段嫌気槽にはメタン生成古細菌および硝酸塩還元細菌が優先化していた。後段の密閉型好気性ろ床について,メタン酸化細菌,硫黄酸化細菌の空間分布,増殖特性,代謝活性等を評価していく。4メタン酸化細菌については2株の培養をすすめている。また,硫黄酸化細菌については排水処理システムから1株の単離を行っている。

これらの微生物が排水処理システムにおいていかなる役割を果たすか,DGGEやシーケンサーによる系統解析等をすすめる。5脱窒素を促す硝酸塩還元菌の代謝活性が認められたので,夏季にかけて好気槽内の硝化菌の集積を図り,窒素除去も同時に行う処理システムとして構築を進めていく。1パイロット実験では、嫌気性処理を主体とした排水処理バイオリアクターに実都市下水を通水し、その処理特性とリアクター保持微生物の生態評価を行った。排水処理システムは,微生物自己造粒型のメタン発酵槽を主体に構成し,実都市下水を処理した。また,メタン発酵槽後段には,メタン酸化(温室ガス削減),汚泥減溶,および水質向上を目的とする密閉型好気性ろ床を付加した。処理水全BOD濃度が1020mg/Lという良好な処理水質を得られたことから、本反応器による都市下水の処理が可能であることが分かった。2都市下水等の低温・低濃度の排水処理を連続的に行うと、保持汚泥の微生物生態が、メタン生成細菌優勢から硫酸塩還元細菌優勢にシフトすることが分かった。3後段の密閉型好気性ろ床では、硫黄酸化細菌が増殖することが分かった。また、硫酸塩含有率O.4gS/gBODの排水の処理を行うと、硫黄の酸化・還元に関与する菌が増殖し、有機物除去に寄与することが分かった。4メタン酸化細菌については2株の培養をすすめている。また,硫黄酸化細菌については排水処理システムから1株の単離を行っている。5ラボ基は、前段UASB型嫌気性反応槽、後段散水濾床で構成し、148°Cの低温恒温槽内に設置した。基質には、実下水より濃度の高い人工不凍液廃水(CODcr500mg/L、硫酸塩50mgS/L、その他微量栄養塩添加)を用いた。この結果、反応槽温度14°C、HRT12時間で人工排水処理が可能であること、および低温条件におけて硫黄還元菌および硫黄還元菌がBOD除去に寄与していることが分かった。前段UASB反応槽,後段好気性反応槽で構成する廃水処理装置(循環比2)を用い,実都市下水および低濃度人工廃水の連続処理実験を行った。その結果,以下の知見を得た。1)実下水処理実験における,原水の硫酸塩含有割合は0.50 gS/gBODと比較的高いレベルであり,UASBには硫酸,塩還元細菌,好気槽には硫黄酸化細菌が増殖した。一方,UASB内のメタン生成活性は,酢酸基質,水素気質共に硫酸塩還元活性より低いレベルとなった。2)都市下水のように流入BOD sに対する硫酸塩含有率が高くなりやすい低濃度廃水では,循環措置を施すことによって硫酸塩還元細菌と硫黄酸化細菌を利用した硫黄サイクルが活性化され,有機成分の除去が可能であることが分かった。実下水処理装置による連続処理実験(RUN2;設計HRT12 hr,UASB槽内温度1733°C)では,流入原水の平均全BOD濃度303mg/Lが処理水で13mg/Lまで処理できた。3)低濃度人T.廃水の連続処理実験(R6;HRT 24時間,平均UASB槽内温度12.2°C,流入硫酸塩濃度100mgS/L)では,平均全COD除草率93%(平均全COD濃度30mg/L)を達成し,最終処理水の全BOD濃度20mg/L以下を得た。R6期間中のCODバランスをとると,流入CODの46%がUASB槽内で硫酸塩還元反応により除去され,45%が散水ろ床で除去される割合であった。4)チオ硫酸酸化細菌の至適温度は2535°C間の中温域にあり,チオ硫酸酸化活性試験温度5°Cの条件においても0.14 gS/gVSS/dayという活性が維持された。