hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
転造過程の適応制御に関する基礎的研究

転造加工は多種少量生産にも対応できる塑性加工法として注目を浴びているが、変形の予測が困難であるために加工条件の設定は試錯に頼らざるを得ず、時間・労力・材料を多量に浪費しているのが現状である。本研究では、研究代表者がこれまで行ってきた転造における材料流動の解析ならびに加工力・加工物形状についての予測理論を発展させて、転造過程に関する評価関数を導入し、その特性値ならびに制御パラメータに関する諸検討を行った。まず、フィーチャ負荷曲線と母材負荷曲線(研究代表者の提案による特性曲線)を基盤とする理論解析を発展させて、転造状況の適否を判定するのにもっともふさわしい評価関数について検討した。その結果、フィーチャの形成に関しては半径変位フィーチャ成分の全周にわたる平均値,母材部に生じるゆがみに関しては半径変位母材成分の全周にわたる平均値に着目することがたいせつで、定められた加工回転数内でそれぞれがフィーチャ目標値ならびに0に到達するように管制することが必要とされた。そこで、転造過程を通じて、加工力,工具変位および加工物形状を詳細に検出し、理論結果と比較することによってこれらの相互関係を明確にして、実際作業において採用可能な特性値のいくつかについて検討を行った。加工中に制御パラメータを最適に変化させるための準備段階として、加圧系がもついくつかの特性を様様に変化させて加工過程のシミュレーションを行い、各種条件の最適化に関する資料を充足した。すなわち、装置がもつ弾性系数,上限設定荷重,かみ込み率およびストッパ位置などを変更して計算を行い、加工力や加工物形状の他に過程の動態を表すいくつかの変動量を算出して、加工がどのような状況で進行するのが好ましいかを明らかにした。
強相関酸水素化物における新しい水素機能の第一原理的解析

水素は様々な側面を有することが知られているが、本研究では酸水素化物における水素機能に注目する。酸水素化物は、その物性機能の多様性から永らく注目されてきた酸化物において、酸素の一部が水素に置換されたものである。新奇高機能物性を示しうる物質系として注目され始めているものの、現状ではその研究事例は少なく、たとえば酸素サイトにおいて水素の示す特異な性質に関する理解は必ずしも進んでいない。本研究は特に、強相関酸水素化物の電子状態、特にそこでの水素機能を、第一原理計算およびそれに基づいた理論手法を用いて明らかにすることを目指す。
調節性細胞容積減少によるENaC細胞内局在制御の分子メカニズムの解析

腎臓の遠位尿細管における上皮型Na^+チャネル(ENaC)を介したNa^+の再吸収は、体液量の恒常性維持に重要な働きを有し、血漿浸透圧によって厳密に制御されている。腎尿細管細胞においては、低浸透圧刺激がNa^+再吸収を促進するという報告がなされているが、ENaCの発現やトラフィッキング機構制御による、Na^+再吸収メカニズムはほとんど明らかにされていない。近年、低浸透圧刺激で惹起される調節性容積減少(RVD: Regulatory Vblume Decrease)により、細胞内Cl^-濃度が減少することが、Na^+再吸収の機能亢進に大きく影響している可能性が示唆されている。そこで本研究では、RVD惹起時の細胞内Cl^-濃度減少による、ENaC細胞内トラフィッキングを介した、Na^+再吸収制御機構の解明を目的とした。まず、Cell Analyzer QUANTAをもちいて、RVD惹起時におけるA6細胞の細胞内Cl^-濃度の変化を継時的に測定した。その結果、定常時約60mMでああった細胞内Cl^-濃度は、低浸透圧刺激後に惹起されたRVDによる細胞容積の減少とともに徐々に低下し、30分後には約10mMにまで減少し、細胞内Cl^-濃度の減少が、低浸透圧刺激の細胞内シグナルとして機能していることを明らかにした。また、Xenopus laevisのαENaC遺伝子配列をPCRで増幅した後、pEGFP発現ベクターに組み込み、αENaC+GFPの融合タンパク発現ベクターを作成した。ENaC+GFP発現ベクターを、LIPOFECTAMINE 2000試薬をもちいてA6細胞にtransfectした後、Geneticin耐性細胞をクローン化した。さらに、蛍光顕微鏡観察によりENaC+GFP安定発現株のスクリーニングを行い、ENaC細胞内トラフィッキング解析に用いる細胞株の確立を行った。1)RVD時における細胞内Cl^-濃度の変化を測定するため、生細胞の体積と蛍光強度を同時に測定可能な、Cell Analyzer QUANTA(NPE systems)をもちいてA6細胞内Cl^-濃度の測定系の確立を試みた。Cl^-濃度感受性蛍光色素であるMQAEで処理したA6細胞を低浸透圧環境下におき、一定時間おきに細胞体積と細胞内Cl^-濃度を測定した。その結果、RVD時に細胞内Cl^-濃度が減少することを確認した。2)Xenopus laevisのαENaC、βENaC、γENaCの各遺伝子配列をPCRで増幅した後、pEGFP発現ベクター(BD Bioscience)に組み込み、各ENaC+GFPの融合タンパク発現ベクターを作成した。ENaC+GFP発現ベクターを、LIPOFECTAMINE2000試薬(Invitrogen)をもちいてA6細胞にtransfectした後、Geneticin添加選択培地を用いて培養し、Geneticin耐性細胞をクローン化した。
脂肪細胞由来のマイクロRNAを介した血管リモデリング制御機構の解析

血管周囲脂肪細胞が種々の血管作動性物質を産生・分泌する内分泌器官として働き、血管での慢性炎症の発生・進展に重要な役割を果たす。マイクロRNAはさまざま細胞において遺伝子発現を制御するが、近年マイクロRNAが異なった細胞間で移動し、遺伝子発現を制御することが知られるようになった。我々は脂肪細胞から分泌されるmiR100が血管平滑筋に作用し、mTORを標的し、その遺伝子発現を抑制することで細胞増殖を制御する可能性があることを見いだした。血管周囲脂肪組織は全身の血管を覆っており、これまでは血管の支持組織にすぎないと考えられていた。しかし、近年、肥満時においては血管周囲脂肪は、炎症を惹起し血管リモデリングを促進するが、健常時は、アディポネクチンを介して血管リモデリングを抑制することが知られている。したがって、血管周囲脂肪が新たな抗動脈硬化作用物質の分泌源である可能性がある。マイクロRNA(miRNA)は様々な細胞において、遺伝子発現を翻訳後に制御することが知られている。これらのmiRNAは細胞間を移動し、細胞間の情報伝達の手段として働いている可能性がある。我々は、脂肪細胞から分泌されるmiRNAが血管平滑筋や血管内皮細胞に作用し血管炎症や細胞増殖を制御する可能性を検証している。現在までmiR-100が脂肪細胞、血管内皮細胞、平滑筋細胞に存在することをqPCRにて明らかにした。このmiR-100は脂肪の分化に深く関与していることを確認した。miR-100は細胞培養中にも認められ、細胞からmiR-100が分泌されていることを確認した。以上からmiR-100は細胞間情報伝達の手段となっていることが推察される。miR-100が、血管内皮細胞や平滑筋細胞増殖に重要な分子であるmTORを標的としていることを、コンピュータにて推定し、実際にmiR-100を血管細胞に投与しmTORが抑制されること、またアンチセンスオリゴヌクレオチドを血管平滑筋に投与しmTORの抑制が解除されたことをウエスタンブロッティングにて確認した。血管周囲の脂肪細胞から分泌されるmiR-100が血管平滑筋に作用し血管炎症や細胞増殖を制御する可能性がある。我々は、miR-100が脂肪細胞や血清に存在することを見出し、このmiR-100は、血管内皮細胞や平滑筋細胞増殖に重要な分子であるmTORを標的とすることを明らかにした。またmiR-100がそれぞれの細胞においてどのように機能しているかは不明であった。我々は、脂肪細胞培養液中のmiR100を血管平滑筋細胞に投与し、脂肪細胞から分泌されたmiR-100が、血管平滑筋細胞に進入し、血管平滑筋内のmiR100の濃度を上昇させ、mTORの発現抑制を介して、血管平滑筋の細胞数の変化、または増殖アッセイにて細胞増殖を抑制することを確認しつつある。脂肪細胞培養液中のmiR-100を血管平滑筋に投与するとmiR-100が血管平滑筋内に侵入し、血管平滑筋内のmTORを抑制することを確認した。次に血管平滑筋細胞におけるmTOR抑制がどのような機能を発揮するのかを検討した。mTORの発現抑制は血管平滑筋細胞を増殖サイクルから休止期に誘導する。したがって、miR-100によるmTOR発現抑制は、血管平滑筋の増殖を抑制することが予測できる。miR-100もしくは脂肪細胞からの培養液を血管平滑筋に投与し、細胞数の変化を確認したところ、脂肪細胞から分泌されたmiR-100が血管平滑筋の増殖を抑制することが確認された。したがって、脂肪細胞由来のmiR-100が血管平滑筋細胞の増殖を制御している可能性がある。このようなmiR-100の作用を今後高脂肪食を投与した野生型マウスと通常食を投与した野生型マウスを用いてin vivoで評価する必要がある。マイクロRNA量の評価に必須であるqPCRは既に確立している方法であり研究はおおむね順調に進行していると思われる。循環器内科脂肪から分泌されたmiR100が血管平滑筋増殖を抑制するかどうか動物実験にて検証していく。また臨床検体からもmiR100の平滑筋抑制作用を検討する。本研究の遂行に欠かせない研究機器はすでに準備され、その方法も確立しているため、予定どおり研究は進行している。今後はどのような機序でmiRNAが分泌されるのか、また細胞間で伝達されたmiRNAがどのような作用を細胞内で及ぼすのかを検討していく。
運動時の注意の向け方が運動制御機序に及ぼす影響の解明

初年度は,注意の向き方や,課題の捉え方が運動パフォーマンスにどのような影響を与えるかを以下のように検討した。1)注意の向け方によって筋活動に変化が生じるかを探るため、クラウチングスタート課題の運動計測実験を実施した。具体的には,蹴り出しにより生じる音に注意を向ける外的注意と、身体の動かし方に注意を向ける内的注意を指示した場合のそれぞれについて,クラウチングスタート動作中の下肢16筋の筋電位を計測した。取得データの解析は平成31年度以降に行っていく。2)最大跳躍タスクについて,注意による身体運動の変化を探るための予備実験を開始した。具体的には,予備実験に参加した被験者からの感想・意見や,取得データの解析によって,被験者への外的注意と内的注意についての指示方法の改善や,準備すべき計測機器,計測実験環境の再検討を行っている。再実験及び解析は平成31年度以降に実施していく。3)「課題内容の主観的捉え方」が運動パフォーマンスに与える影響を明らかにするため,手先を目標まで自然に動かす条件と「手先が他者によって誘導されている」と仮想しながら動かす条件における運動軌道の違いを実験的に分析した。その結果,後者の条件下では手先軌道の直線性が向上したほか肩関節や肘関節の使い方に変化が生じることが明らかになった。以上の結果は,同一の運動課題であっても運動者の主観的な捉え方に依存して身体の使い方が変化することを客観的に示したものである。運動タスク遂行時の注意の向け方が,運動パフォーマンスにどのような影響を及ぼすかを探るための複数の実験を開始した。今後,必要に応じて実験条件を見直し,再実験やデータ解析を行っていく予定である。また,課題の捉え方で運動パフォーマンスが変化することを確認できる成果も得ている。以上の成果により,初年度の進行状況は順調と判断する。初年度に運動計測実験を開始したクラウチングスタート課題や最大跳躍課題について,外的注意及び内的注意の指示内容や計測条件等の必要に応じた見直し及び再実験を行う。運動計測実験においては,運動タスク遂行時の関節軌道,筋活動及び,床反力等を計測し,注意の違いが関節軌道や筋活動に及ぼす影響を解析することで,注意の違いが制御機序に及ぼす影響をしうるかを評価する。計測筋電位に対しては非負値因子分析を用いて筋活動基底(筋シナジー)を推定し,注意がこの筋活動基底に及ぼす影響を解析する。関節軌道についても,個々の関節軌道に関してのみならず,関節間の協調的運動(関節間シナジー)に着目して,注意による影響を解析する。以上の解析結果により,仮説「注意によりタスク変数とその制御機序が変容する」の検証を行なっていく。次年度使用額が生じた主な理由は,当初予定していた情報収集及び学会発表のための出張が,日程の都合により予定より少なくなったためである。
小胞体ストレスに着目した筋萎縮性側索硬化症の治療法開発

我々は弧発性および家族性ALS患者(SOD1変異、FUS変異、MATR3変異)について、患者由来iPS細胞を樹立した。これらのiPS細胞を用いて、運動ニューロンに分化誘導し、とくに小胞体ストレスの関与について検討した。今回の検討では、小胞体シャペロン、小胞体ストレス関連転写因子、アポトーシス分子の一部は変異型FUS発現細胞で発現が亢進していたものの、すべての変異に共通して変化した分子は一部で有り、再現性の確認が不可欠である。疾患iPS細胞作成に当たってのクローンごとの特性、あるいは運動ニューロンへの分化条件などiPS細胞を用いた実験ならではの限界についても考慮する必要がある。申請者は、致死的難病である筋萎縮性側索硬化症(ALS)の根治的治療法の確立を最終的な目標としている。我々は先行研究において、SOD1変異を有するALSモデルの運動ニューロン変性に小胞体ストレスが関与し、さらに抗小胞体ストレス作用を有するDerlin-1およびBiP、DJ-1の過剰発現が変異SOD1による神経変性を抑制することをin vitroの実験系を用いて明らかにした。平成25年度の計画として、弧発性および家族性ALS患者由来のiPS細胞を用いて、ALS病態における小胞体ストレスの関与を解明するために、1疾患患者由来iPS細胞から脊髄運動ニューロンへの分化誘導、および2野生型および変異型(R521C、R514S、G492Efs)FUS発現運動ニューロンにおける各種小胞体ストレスマーカーの発現の差異を検討した。1については弧発性ALS患者7名および家族性ALS患者3名(SOD1H46R変異1例、FUSG492Efs変異1例、その他1例)、脊髄性筋萎縮症患者2名由来のiPS細胞を用いて運動ニューロンへの分化誘導を行った。現在より効率的な運動ニューロンへの安定的分化法の確立を目指している。2については野生型および変異型(R521C、R514S、G492Efs)FUSをマウス運動ニューロン様の培養細胞(NSC-34細胞)に遺伝子導入し、小胞体ストレス各種マーカーの発現の差異を検討した。ウェスタンブロット法での解析では、変異FUSを発現する細胞において、ATF6およびBiP、GRP94、Calnexin、Caspase-12,CHOPの蛋白発現が亢進しており、FUS変異を有するALSにおいても小胞体ストレスが関与する可能性が示された。申請者は致死的難病である筋萎縮性側索硬化症(ALS)の根治的治療法の確立を、最終的な目的としている。我々は先行研究において、変異SOD1を有するALSモデルの運動ニューロン変性に小胞体ストレスが関与し、さらに抗小胞体ストレス作用を有するDerlin-1およびBiP、DJ-1の過剰発現が変異SOD1による神経変性を抑制することをin vitroの実験系を用いて明らかにした。そこで本研究では、1.弧発性ALS患者由来のiPS細胞から分化した脊髄運動ニューロンを用いて小胞体ストレス関連マーカーを検索することにより、弧発性ALS病態における小胞体ストレスの関与を明らかにするとともに、根治的な治療法開発のため、2.小胞体シャペロンBiPや、ERADに関わるDerlin-1を過剰発現するアデノ随伴ウイルスベクターを用いて、ミスフォールディング蛋白の小胞体蓄積を軽減し、小胞体ストレスを緩和することで運動ニューロン変性を抑制することを目的とする遺伝子治療の可能性について検討する。さらに3.弧発性ALSの運動ニューロン変性におけるDJ-1の関与をさらに実証するために、弧発性および家族性ALS患者由来のiPS細胞から分化した脊髄運動ニューロンに、DJ-1遺伝子を導入し、ALSの原因蛋白である変異SOD1やTDP-43、FUSと、DJ-1の相互作用の有無、各種小胞体ストレス関連マーカーに及ぼす影響や細胞死に及ぼす影響を評価する予定である。近年、Matrin-3(MATR3)遺伝子のミスセンス変異が声帯および咽頭麻痺を伴う遠位型ミオパチー(VCPDM)および遺伝性筋萎縮性側索硬化症(ALS)の原因として同定されたが、その発症メカニズムは不明である。我々は、MATR3変異を有するアジア初のVCPDM家系を経験した。本年度は、変異MATR3が骨格筋および運動神経障害を引き起こす病態を解明することを目的とした。方法として、1)初代筋芽細胞あるいはC2C12細胞に野生型もしくは変異型(S85C)MATR3、あるいはMATR3に対するsiRNAを導入し、細胞内局在および細胞増殖性、DNA損傷マーカーであるリン酸化ヒストン2AX (γH2AX)、リン酸化Trans-activating response region DNA-binding protein of 43 kDa (TDP-43)発現を評価した。また本邦初のVCPDM自験2症例の骨格筋組織を用いて、MATR3およびp62/SQSTM1、TDP-43、ユビキチン、γH2AXの発現を検討した。

野生型MATR3は核に局在する一方、変異型MATR3は細胞質に局在し、変異型MATR3導入細胞の増殖性の低下を認めた。またsiRNAによるMATR3の発現抑制によりγH2AXの発現の増加や、TDP-43のリン酸化および細胞質への局在変化を引き起こした。VCPDM患者骨格筋では、核でのMATR3発現が低下し、変性筋においてp62/SQSTM1、TDP-43、ユビキチンの筋線維内凝集を認めるとともに高頻度にγH2AXの発現が見られた。変異型MATR3は細胞質に異所性局在を示す結果、核での機能損失によりDNA損傷を引き起こす一方、細胞質での異常蛋白凝集やTDP-43のリン酸化や細胞質への局在変化により毒性を獲得する可能性が示された。現在、本患者よりiPS細胞を作成し、運動神経および骨格筋への分化実験を行い、病態モデルの確立を目指している。神経内科平成25年度の計画として、弧発性および家族性ALS患者由来のiPS細胞を用いて、ALS病態における小胞体ストレスの関与を解明するために、1疾患患者由来iPS細胞から脊髄運動ニューロンへの分化誘導、および2iPS細胞由来の脊髄運動ニューロンにおける各種小胞体ストレスマーカーの比較を計画していた。しかし現時点では、患者由来のiPS細胞から効率的な運動ニューロンへの安定的分化が確立しておらず、その点から研究はやや遅れている。一方で、野生型および変異型FUSを導入したマウス運動ニューロン様の培養細胞を用いた研究では、昨年に引き続いて小胞体ストレスの関与を示唆する結果が得られており、着実な進展が見られている。平成24年度の計画として、弧発性ALS患者由来のiPS細胞を用いて、ALS病態における小胞体ストレスの関与を解明するために、1疾患患者由来iPS細胞の作成と脊髄運動ニューロンへの分化誘導、および2iPS細胞由来の脊髄運動ニューロンにおける各種小胞体ストレスマーカーの比較を計画していた。1については弧発性ALS患者7名および家族性ALS患者3名(SOD1H46R変異1例、FUSG492Efs変異1例、その他1例)、脊髄性筋萎縮症患者2名などから皮膚線維芽細胞を提供していただき、iPS細胞の樹立に成功した。それらのiPS細胞を用いて運動ニューロンへの分化誘導を試みたが、細胞の生存性を維持することに難渋し、現時点では効率的な運動ニューロンへの分化法が確立できていない。現在、様々なプロトコールを入手し、誘導条件を模索中である。2についてはiPS細胞由来の脊髄運動ニューロンが誘導できなかったことから、その基礎データを得るために、我々が新たに見出したFUS/TLSG492Efs変異をマウス運動ニューロン様の培養細胞(NSC-34細胞)に遺伝子導入し、細胞死、小胞体ストレス各種マーカーの発現、内在性TDP-43に及ぼす影響を検討した。野生型FUSおよびR521C変異、R514S変異、G492Efs変異をNSC-34細胞に過剰発現しても細胞死および細胞増殖能のいずれにも有意な差異は見られなかった。
リン酸欠乏ストレスのトウモロコシの生長と光合成に及ぼす影響の解析

リン酸は全地球上で植物の生育を制限している栄養素である。トウモロコシをリン酸欠乏下(0.001mMPi)で生育させコントロール(0.5mMPi)と以下の項目について比較した。(以下の括弧内の数字はコントロールに対する%である)A)第2葉の光合成活性に及ぼす影響:播種後12日ではあまり影響を受けない(92)が、播種後、24日では著しく阻害された(5)。B)生育に及ぼす影響(播種後30日):地上部全体の新鮮重の増加は大きく抑制された(38)。C)クロロフィル含量に及ぼす影響(播種後30日):地上部全体のクロロフィル総含量は大きく低下した(31)。D)リン酸含量に及ぼす影響(播種後30日):地上部全体の全リン含量(TP)(5)、エステル化リン含量(EP)(12)、酸可溶性リン酸含量(ASP)(1)、は著しく低下していた。一方、若い葉身(第5葉)では、新鮮重当たりの、ASP(4)は著しく低下したが、EPは比較的影響を受けなかった(46)。また、古い葉身(第2葉)では、葉身当たりの、ASP(5)、EP(4)とも極めて低い値を示した。また、リン酸欠乏下で生育した植物の地上部全体のTPは実験期間中ほぼ一定であった。E)窒素含量に及ぼす影響(播種後30日):地上部全体の全窒素含量(TN)(38)、可溶性タンパク窒素含量(SPN)(23)、不溶性タンパク窒素含量(ISPN)(30)は大きく抑制された。しかし、若い葉身(第5葉)では、新鮮重当たりの、TN(115)、SPN(85)、ISPN(105)はあまり影響を受けなかった。古い葉身(第2葉)では、葉身当たりの、TN(42)、SPN(9)、ISPN(21)はいずれも大きく低下した。F)窒素含量とリン酸含量の相関:古い葉身に於ける窒素含量とEPの関係を検討した結果、EPが4μmmol/g・fw以下になると、窒素含量の低下が顕著になり、両者の間に高い相関が認められた。以上の結果から、リン酸欠乏ストレス下のトウモロコシでは、下位葉の老化が促進され光合成が阻害されると結論された。
非局在電子スピンを有する白金ブルーの一次元拡張化と導電物性評価

本研究では、非局在化した不対スピンを有する白金四核錯体(白金ブルー>を、結晶中で一次元集積化し、導電性を発現させることを目標としている。これまでに、白金ロジウム複核錯体とビバリン酸アミド架橋白金四核錯体を反応させると、非架橋金属結合(Pt-Rh)を形成し、結晶中で八核化することがわかった。単結晶X線構造解析の結果、結晶中で金属がPt-Rh-Pt-Pt-Pt-Pt-Rh-Ptの順に一次元状に並び、さらに、それらがC1-で架橋された、無限一次元鎖を形成していることがわかった。結晶構造をもとに、ESR、帯磁率測定、XPS測定の結果、八核金属状に1つの不対スピンを有していることがわかった。直流四端子法伝導度測定の結果、常温で3.52×10^6S cm^1であり、半導体的挙動をとることがわかった。不対スピンはRh dxy軌道上に存在し、z軸方向に伝導性に寄与するバンドを形成することができなかった。一方で、白金ロジウム複核錯体のみの単結晶を単離し、単結晶X線構造解析に成功した。金属は-Pt-Rh-Cl-の順に一次元に並び、物性測定の結果、金属酸化状態は-Pt(2+)-Rh(3+)-Cl-であることがわかった。一次元鎖と比較すると、白金ロジウム複核錯体は外部環境に応じて、-一Pt(2+)-Rh(3+)-と-Pt(3+)-Rh(2+)-の2種類の酸化状態をとることがわかった。よって、白金一ロジウム複核錯体の有機配位子を替えることで、一次元鎖錯体の電子構造を制御できる可能性があることを見出した。白金-ロジウム複核錯体とピバリン酸アミド架橋白金複核錯体を反応させると、非架橋金属結合(Pt-Rh)を形成し多核化することがわかった。白金-ロジウム複核錯体の配位子を替えることで、合計7種類の一次元錯体を合理的に合成し、単結晶構造解析に成功した。いずれの結晶構造も、金属がPt-Rh-Pt-Pt-Pt-Pt-Rh-Ptの順に一次元状に並んだ八核錯体を形成していた。八核錯体は、上下がCl-でキャップされた構造を形成しており、さらに、八核錯体の一方のCl-が脱離し、八核錯体がCl-で架橋された、無限一次元鎖を単離できた。この無限一次元鎖は、八核金属上に1つの不対スピンを有することを、ESR、帯磁率測定、XPSより明らかにした。さらに、ESR測定の結果、2に近いg値とブロードな線幅を観測した。この結果、不対電子はRh dxy軌道に存在し、隣接ロジウム間を高速にホッピング運動していることがわかった。つまり、金属酸化状態は-Pt(3+)-Rh(2.5+)-Pt(2+)-Pt(2+)-Pt(2+)-Pt(2+)-Rh(2.5+)-Pt(3+)-である。さらに、極低温から常温までの、温度可変ESR測定をした結果、g値は常に2に近い値をとったが、スペクトルの線幅は、温度に依存して顕著に変化した。一次元鎖の1つは、線幅が7.9K付近で、最もブロードになった。ホッピング運動は、温度上昇とともに、高速化すると考えられる。つまり、7.9K付近で、ESRタイムスケールと合致し、不対電子は隣接ロジウム間を1秒あたり億オーダー回往復することがわかった。
洪水氾濫および土砂流送に伴う渓流生態系の撹乱と回復過程に関する研究

渓流生態系を撹乱する要因の解析が、3年間にわたる実地計測に基づいておこなわれた。計測項目として、降雨量、河川流量、河床堆積土砂量、生産土砂量、河岸侵食量、浮遊砂量、淡水魚個体数、河畔植生現存量がある。研究対象地は、宮崎県一ツ瀬川上流大藪川で、比較のため宮崎県市房山、ニュージーランド北島東海岸のWaipaoa川でのデータも用いた。結果:降雨量と河川流量とは、複数の洪水氾濫を含むそれぞれの年間合計値では極めて高い相関関係を示した。支流流域からの土砂生産は、5年確率の日降雨量500mm以上で発生し、河床堆積土砂量はイベント間の年間河川流量に比例して減少することがわかった。ステップ-プールの規模はイベント直後に最も大きく堆積土砂の流出に伴って減少するが、プール数は逆にイベント直後に最も少なく、その後徐々に増加する。淡水魚個体数は、プール体積に比例するため、イベント発生後は毎年増加し、約5年で安定する。河畔植生の回復は、モミ、ツガなどの針葉樹では種子散布の豊凶年がイベント直後であれば、ある程度可能であるが、イベントに一致すると撹乱は回復しない。また、河岸のササは稚樹を保護する役割もするが、イベント後に段丘状堆積物表面にササが侵入すると、種子生育が阻害される。河岸は10cm/yearの速度で浸食され、河畔樹木の傾動を引き起こすが、傾斜木は数年で元の形に復元する。以上より、河川生態系の撹乱後の回復はイベントの生起確率とイベント後の経過年数に支配され、これらの関係はRecurrence IntervalとRelaxation timeのモデルによって表現できることがわかった。Relaxation timeを有効に使って、生態系回復をはかるためにはステップ-プールの確保と、河畔樹木の種子散布の促進およびその後のササの導入が適切であることが明らかになった。本年度の調査および計測結果は以下のように得られた。(1)洪水氾濫による河畔植生のDisturbanceの強度-頻度についてこれまでの研究成果を整理し、具体的な計測項目を検討した。(2)Bank Erosionと河畔(水路際)の樹木の傾斜/倒伏および枯れ上がりを計測し、さらに、あてを用いたrelaxation timeとBankおよび樹木のSensitivityを現地で調査した。(3)調査地における過去53年間の降雨データと4年間の降雨-流量からreccurence interval推定し、Bank Erosionの計測結果と関連づけた。(4)土砂流出速度として、それぞれの堆積地での堆砂量の時間差を用い、さらにSediment Sourceからの粒径変化も計測した。これは、河畔での洪水氾濫の痕跡である、枯れ上がり高さに影響する河床高、これを規定する堆積物のMobilityと関係することが見いだされた。(6)現在、上記のデータと生態系とのInteractionについて、潜在植生と河畔の植生の差から検証している。本年度は、以上のように現地調査における準備と計測を開始した。計測項目は多岐にわたり、また長期間要するものもあるが、現在1年を経過した段階で、確実にデータが積み上がっており、次年度はこれを総合して、洪水頻度、撹乱頻度、それぞれの規模との関係が具体的にモデル化されることと思われる。また、これらを論文としてまとめる作業は各分担者において、行われている。本年度は、、現地観測に基づいて渓流の荒廃状況の計測、生態系の撹乱規模の解析を行った。具体的な内容は、以下の通りである。(1)降雨量および洪水時の水位自動観測。水位一流量キャリブレーション。

(2)河床横断形計測による河床変動量、流出土砂量解析。(3)エロージョンピンによるバンクエロージョン計測。(4)バンクエロージョンに起因する渓岸崩壊規模および位置の計測。(5)支流流域からの生産土砂量観測とセデイメントバジェット解析。(6)洪水流による表層砂礫径の分布への影響。これらの観測および解析に基づいて、得られた結論配下の通りである。(1)洪水流量は、支流流域が本流に合流する位置で急激に増加し、支流流域の合流の影響が降雨の時間的変化の影響よりも大きいことが推測された。(2)河床への滞留土砂量は、1993年と1997年の洪水による河床上昇によって増加したが、その後指数関数的に減少し、3km区間で1000012000m^3の滞留許容量に達している。河床変動量も、洪水イベントからの時間経過に伴い急速に減少している。(3)バンクエロージョンは、これまでいわれてきたような川幅と湾曲角度よりも、川幅と河床勾配にたいして高い相関をもっている。これは上流型河川の特徴と思われ、これにより河畔生態系とも関係は横断方向でも地形変化のみならず、縦断方向での変化にも着目する必要があることがわかった。(4)支流流域からの土砂生産量は、支流内での崩壊地発生年からの経過年数によって変化することがわかった。これより、山地渓流では河川自身の運動だけでなく、土砂生産の周期性の影響が大きいことがわかった。(5)水中の生態系に関連する表層砂礫の分布は、洪水直後では合流の影響が極めておおきく、水系を通して解析することが必要である。渓流生態系を撹乱する要因の解析が、3年間にわたる実地計測に基づいておこなわれた。計測項目として、降雨量、河川流量、河床堆積土砂量、生産土砂量、河岸浸食量、浮遊砂量、淡水魚個体数、河畔植生現存量がある。研究対象地は、宮崎県一ツ瀬川上流大藪川で、比較のため宮崎県市房山、ニュージーランド北島東海岸のWaipaoaでのデータも用いた。結果:降雨量と河川流量とは、複数の洪水氾濫を含むそれぞれの年間合計値では極めて高い相関関係を示した。支流流域からの土砂生産は、5年確率の日降雨量500mm以上で発生し、河床堆積土砂量はイベント間の年間河川流量に比例して減少することがわかった。ステップ-プールの規模はイベント直後に最も大きく堆積土砂の流出に伴って減少するが、プール数は逆にイベント直後に最も少なく、その後徐々に増加する。淡水魚個体数は、プール体積に比例するため、イベント発生後は毎年増加し、約5年で安定する。河畔植生の回復は、モミ、ツガなどの針葉樹では種子散布の豊凶年がイベント直後であれば、ある程度可能であるが、イベントに一致すると撹乱は回復しない。また、河岸のササは稚樹を保護する役割もするが、イベント後に段丘状堆積物表面にササが侵入すると、種子生育が阻害される。河岸は10cm/yearの速度で浸食され、河畔樹木の傾動を引き起こすが、傾斜木は数年で元の形に復元する。以上より、河川生態系の撹乱後の回復はイベントの生起確率とイベント後の経過年数に支配され、これらの関係は、Recurrence IntervalとRelaxation timeのモデルによって表現できることがわかった。
ヒト臍帯血幹細胞を用いた血管平滑筋細胞の分化誘導-再生医学への応用を目指して-

心血管領域における幹細胞研究、再生医学では血管内皮前駆細胞、胚性幹細胞(ES細胞)などでめざましい展開がみられている一方で、その供給の安定性や倫理面、さらには移植に対する安全性などの問題が指摘されている。一方、tissue-engineeringの手法を用いて作製される再生血管も、その使用は肺動脈圧程度の中等度以下の血圧の範囲内での使用に制限されており、その強度を増強するためには平滑筋細胞や間質細胞の分化誘導が喫緊の課題とされている。我々は今回の平成14年から15年までの基盤研究において骨髄間質細胞より平滑筋特異的なSM22α遺伝子のcis-elementとGFPをリポーターとして平滑筋前駆細胞を分離し、平滑筋細胞の分化誘導を行うことに成功した(Kashiwakura et al.,Circulation 2003)。現在、臍帯血の間葉系幹細胞より、同様の平滑筋前駆細胞を分離するため、SM22α遺伝子のcis-elementとGFPを臍帯血間質細胞に導入することおよび現在までの研究で骨髄間質より分離した平滑筋前駆細胞から比較的大量の平滑筋細胞を分化誘導することを試行中である。tissue-engineeringに可能な量の平滑筋細胞分化誘導と培養が可能となれば、人工血管への応用や再生血管の動脈化など、再生医学に対して大きな貢献を果たすものと期待される。近年、胚性幹細胞(ES cell)を用いた血管再生や、骨髄幹細胞を用いた血管新生療法が注目を集めている。しかし、前者に関しては倫理的な問題が残されており、後者に関しては末梢性血管疾患が現時点では主な対象である。一方、tissue-engineeringの手法を用いて作製される再生血管も、肺動脈圧程度の中等度以下の血圧の範囲内での使用に制限されており、その強度を増強するためには平滑筋細胞や間質細胞の分化誘導が急務である。本研究の目的は、臍帯血の間葉系幹細胞より、平滑筋特異的な平滑筋ミオシン重鎖遺伝子のcis-elementとGFPをリポーターとして平滑筋前駆細胞を分離し、平滑筋細胞の分化誘導を行うことである。本年はまず、本研究のprotocolを用いてマウス骨髄間質細胞にpEGFP/SM-MHC constructおよびpEGFP/SM22・constructのtransfectionを行うと共にヒト臍帯血からの間質細胞培養の確立を図った。pEGFP/SM22・constructのtransfectionを行ったマウス骨髄間質細胞でのGFP陽性細胞はその後、平滑筋細胞に特異的なマーカーを発現するようになり、骨髄間質細胞における平滑筋前駆細胞の存在が示唆されると共に本protocolが実際にworkすることが確認された(Kashiwakura et al.,Circulation 2003 in press)。現在臍帯血間質細胞への同constructのtransfectionを試行中である。我々は今回の平成14年から15年までの基盤研究において骨髄間質細胞より平滑筋特異的なSM22□遺伝子のcis-elementとGFPをリポーターとして平滑筋前駆細胞を分離し、平滑筋細胞の分化誘導を行うことに成功した(Kashiwakura et al.,Circulation 2003)。現在、臍帯血の間葉系幹細胞より、同様の平滑筋前駆細胞を分離するため、SM22□遺伝子のcis-elementとGFPを臍帯血間質細胞に導入することおよび現在までの研究で骨髄間質より分離した平滑筋前駆細胞から比較的大量の平滑筋細胞を分化誘導することを試行中である。tissue-

engineeringに可能な量の平滑筋細胞分化誘導と培養が可能となれば、人工血管への応用や再生血管の動脈化など、再生医学に対して大きな貢献を果たすものと期待される。
多重散乱ライダ・雲レーダの複合観測システムの構築と全球雲微物理特性解析

光学的に厚い雲の観測を実現するため、多視野角・多重散乱・偏光ライダ(MFMSPL)を開発した。MFMSPLによって観測される水雲の偏光解消度は、従来のライダから得られるものより大きい値を示した。95GHz雲レーダとMFMSPLによる同時観測の結果、雲頂高度はよい一致を示していた。MFMSPLを用いて、衛星搭載ライダの解析で利用されている雲検出アルゴリズムと、雲粒子タイプ識別アルゴリズムの検証を行った。この結果、現在使用されているCALIPSO衛星解析用のアルゴリズムは、下層雲の雲量を過小評価する傾向のあることがわかった。多視野角・多重散乱ライダの開発を実施した。このライダでは、H25年度は1つの受信用望遠鏡の視野角が10mradのものを、天頂方向から視野が重ならないように5つ使用し全体で45mradになるようにした。このライダを用いて、つくば国立環境研において雲観測を実施し実際に下層雲及び上層雲からの信号を取得することに成功した。下層雲の多重散乱光に関する数値実験を実施し、ライダによって取得される、「みかけの減衰された後方散乱係数」における複数回の散乱光の影響評価を、時間と雲高度に関する解析を行っている。これにはライダにおける放射伝達方程式を、後方モンテカルロ法によって数値的に解析している。衛星解析において、赤外サウンダーAIRSセンサを用いて水蒸気量を導出し、雲レーダを搭載するCloudSat衛星と、ライダを搭載するCALIPSO衛星との同時観測解析を実施した。CloudSatとCALIPSOによって検出された雲の出現領域と、AIRSによって求められた過飽和の領域の対応関係を解析し、良い一致を示すことがわかった。また、従来ライダの方が雲レーダよりも雲粒子に対して感度があるとされていたのだが、CloudSatとCALIPSOライダによる雲頂高度を調査した結果、CloudSatの方が雲頂高度が高くなっている場合のあることが判明した。このような雲は下層雲、中層雲。上層雲いずれでも存在したが、特に中層の雲において顕著であった。CALIPSO衛星搭載ライダによって取得されたライダ後方散乱光における多重散乱光の効果の見積りを実施した。CloudSatとCALIPSOの同時解析で、地上設置型のドップラー速度とレーダ反射因子の関係の解析、雲レーダとライダを用いた雲微物理特性の解析を用いた上層雲、下層雲、霧雨や降水領域の微物理特性の推定アルゴリズムの開発に着手した。その結果を衛星解析に適用して雲と降水全域の雲・降水粒子の微物理特性解析を実施した。初年度に開発に着手した多視野角・多重散乱偏光ライダの開発を引き続き行った。現在までに、4つの異なる角度で傾けて後方散乱光の並行成分を取得する受信部、4つの垂直成分を取得する受信部の全部で8チャンネルの観測システムを完成させている。これらを以下の2段階の校正実験によって校正した。(1)全チャンネルを鉛直上向きにし、相対的に校正する相対校正実験、(2)本ライダシステムの置かれている国立環境研究所に、同じく設置され24時間連続観測で運用されている、通常型ライダである視野角1mradの2波長偏光ミーライダと比較する絶対校正。観測データの初期解析の結果、従来型のライダと比較して、3倍程度の幾何学的厚さの雲の観測が可能になっていること、外側の(より鉛直方向から見てより傾いた)チャンネルの方がより厚い雲を捉える事ができていた。地上ライダによって、多重散乱光の卓越した場合の偏光解消度の観測に初めて成功した。外側のチャンネルの方が大きくなり下層雲の場合30%を頻繁に超える値を示し、最大で80%程度の大きな値を示す事がわかった。これは、CALIPSO衛星に搭載されたライダによって観測された値と同等のものであることから、本システムで目標とした衛星搭載ライダの地上ライダにおける再現が可能となった事を示していると考えられる。2015年2から3月にかけて第一回目の95GHz雲レーダと多視野角多重散乱ライダの同時観測実験も実施した。初期的解析から光学的に厚い雲を観測した場合に雲レーダで検出されている雲頂と、本ライダの雲頂は比較的対応している事が示されている。現在ライダの下層雲観測時における多重散乱過程の高速な計算が可能な解析手法の開発を実施した。またCAIPSOと雲レーダと搭載したCloudSatと同期したAQUA衛星に搭載された赤外サウンダAIRSによる、雲物理特性と水蒸気量の全球解析を実施した。衛星搭載ライダによる雲の物理特性解析を進展させるため、多視野角・多重散乱偏光ライダ(MFMSPL)の観測実施とデータ解析を行った。またMFMSPLと95GHz雲レーダの同時観測を実施し、MFMSPLシステムの雲観測結果の検証を行った。解析の結果、MFMSPLによって観測された雲の雲頂高度は、雲レーダで観測されたものと良く整合性があった。さらに異なる視野角の各チャンネルの情報を組み合わせる事で、エアロゾル・雲・降水を識別が可能になる事が示唆された。さらにこのシステムの各チャンネルの情報を用いて、衛星搭載ライダによって観測される水雲からの後方散乱光を再現する試みを行った結果、再現された偏光解消度は、衛星搭載ライダと同等の大きさを示していることがわかった。

また多視野角・多重散乱偏光ライダ(MFMSPL)の機能を拡張し、5つの異なる角度で傾け後方散乱光の入射電場に平行な成分を取得する5つのチャンネル、それらと直交する成分を取得する5つのチャンネルの合計10チャンネルによる観測システムが完成した。CALIPSO衛星に搭載されたライダと高度1kmで同程度のフットプリントを実現する観測が初めて可能となったことになる。衛星搭載ライダの後方散乱係数と偏光解消度から雲微物理特性を得るために、鉛直方向に不均質な雲の解析が可能な准解析的なアルゴリズム開発を実施した。モンテカルロ法の結果との比較から検証を行った。衛星データ解析としては、CloudSat衛星搭載の雲レーダ、CALIPSO衛星搭載のライダ、AQUA衛星搭載の赤外サウンダの同時解析から、氷雲が存在する近傍では実際に水蒸気量が大きくなっている事、またこれらのデータを統合解析する事で氷雲内の過飽和度の見積りを初めて行った。今回の多重散乱ライダMFMSPLの改良によって、5つの異なる角度で傾け後方散乱光の入射電場に平行な成分を取得する受信部、5つの入射電場に直交成分を取得するチャンネルの観測システムが完成し、CALIPSO衛星に搭載されたライダと同程度のフットプリントを下層雲の卓越する高度で実現できた。また雲レーダとの同時観測から、実際にMFMSPLである程度の光学的厚さの雲を観測した場合、雲レーダと同等の雲頂を示す事がわかった。また雲レーダでは雲とそこから生成された霧雨の区別が明確につかないが、MFMSPLではそれらを識別する事が可能になる事を示す事ができた。これらの結果はInternational Laser Radar Symposiumで発表し、またOkamoto et al., (2016a)に初期解析結果が掲載された。また衛星搭載ライダを用いた氷雲・水雲の識別結果には現在3つのプロダクトが存在するが、それらの相互比較と航空機データを用いた検証を実施し、水雲の出現頻度に関してプロダクト間に大きな違いが存在する事がわかった(Cesana et al., 2016)。衛星を用いた全球氷粒子の微物理特性の抽出結果における氷粒子モデルの依存性に関する感度実験も進展した(Okamoto et al., 2016b)。雲内の過飽和度を初めて衛星から抽出する手法を開発する事ができ、この結果についてAmerican Geophysical Union Fall Meetingにおいて招待講演を行った。多視野角多重散乱ライダを開発し、下層雲の観測を実施した。後方散乱係数、偏光解消度の校正を行った。実際に観測された下層の水雲の偏光解消度は、通常のライダで観測される値よりも大きく、衛星搭載ライダCALIPSOで得られたものと同等以上の値であった。雲頂高度や偏光解消度は、真上向きのチャンネルによるものより、傾けて取り付けられたチャンネルの方が大きい値を示していた。雲レーダやNIESライダと多視野角多重散乱偏光ライダの同時観測データを解析した。雲頂高度は、NIESライダより多視野角多重散乱偏光ライダの方が高い値を示していた。雲レーダと多視野角多重散乱偏光ライダの比較結果は、雲頂高度は同程度を示していた。このことは、多視野角多重散乱偏光ライダが実際に光学的に厚い雲の本当の雲頂を検出可能であることを示している。
ノンスタンダードアナリシスの調和解析への応用

ノンスタンダードアナリシスの1つの方法である公理的方法について研究して来たが、今年度はノンスタンダードな順序数および濃度を研究した。ノンスタンダードな集合論においては、スタンダード、インターナル、エクスターナルのそれぞれに対して順序数と濃度の概念があり、まずこれらの関係を調べた。その結果、超自然数nに対して、nとn+1のエクスターナルな濃度が等しくなってしまうなど、興味ある現象もあり、三者を統一する順序数と濃度の理論を構成するのは困難なことが示された。またエクスターナルな世界においては、正則性公理は限定された形でしか課すことが出来ないがこれが順序数論において本質的に重要な役割を果すことが明らかになった。この成果は「ノンスタンダードアナリシスシンポジウム」で発表した。ユークリッド空間を超有限的な空間で近似する方法は、ノンスタンダードアナリシスにおいてよく用いられているが、より抽象的な局所コンパクトアーベル群を同様に表現する研究を行った。その結果、局所コンパクト・アーベル群はユークリッド空間型と整数群型、円環群型の超有限個の直積で近似出来ることが明らかになった。同じ表現を局所コンパクトアーベル群の双対である指標群の方でも行うことが出来、これは調和解析の基礎となり得るものである。この表現とローブ測度の理論を使って、局所コンパクトアーベル群上の測度をエクスターナルな測度として表現した。特別な場合として、ハール測度がノンスタンダードに表現される。この表現を使って可積分関数とそのフーリエ変換と超有限的な空間上でノンスタンダードに表現した。これらの表現定理によって従来局所コンパクトアーベル群の構造定理を使って研究がなされた複雑な性質が、より見通しの良い方法で研究出来るようになった。これらの結果は「ノンスタンダードアナリシスの応用」シンポジウムで発表した。
鉄鋼材料表面におけるバイオフィルム易形成機構の解明

炭素鋼表面での緑膿菌のバイオフィルム(BF)形成と微生物腐食(MIC)の機構を研究した。BFが形成されやすい炭素鋼表面をリン酸亜鉛処理し鉄イオンの溶出を阻害すると、その表面にBFが形成されなかった。また培養液に硫酸鉄を加えてもこの炭素鋼表面にBFは形成されなかった。これらは炭素鋼表面から溶出した鉄イオンが緑膿菌のBF形成に必要であることを示している。緑膿菌培養液に30日間浸漬した炭素鋼を放射光でコンピュータ断層撮影し画像を3Dに再構成したところ、最表面にBF様構造物の形成、その直下の炭素鋼にMICが認められた。MICはBFの凹凸構造によって形成された酸素濃淡電池が原因である可能性が考えられた。(1)リン酸亜鉛による防錆処理を施したSS400に対する緑膿菌(PAO1)のバイオフィルム(BF)形成について検討した。鉄イオン無添加M9培地中でPAO1と各試験片を48時間培養すると、防錆未処理のSS400はBFが形成され、リン酸亜鉛処理したSS400はBFの形成が認められなかった。これらのことから、SS400から溶出した鉄イオンがBF形成を誘導していることがわかった。(2)元来BFを形成しにくいSUS304やスズを硫酸鉄添加(0、25、50μM )M9培地にPAO1と共に48時間培養したが、これらの表面にBFは形成されなかった。一方、同一条件のM9培地でSS400をPAO1と共に培養すると、25μM硫酸鉄を添加したM9培地よりも50μM添加した培地の方がBF形成量は約50%増加した。これらの結果から、(i)PAO1は鉄イオンが培地中に含まれていてもSUS304やスズの表面でBFを形成しにくく、(ii)培養液中に鉄イオンが存在するとSS400表面(防錆未処理)でさらにBF形成が高まることがわかった。(3)SPring-8の放射光を用いてSS400表面に形成されたPAO1のBFと微生物腐食を3D可視化する実験を行った(課題番号:013A1181、課題名:鉄鋼材料に発生する微生物腐食の3D可視化)。現在、これらのデータをもとに3D画像を再構成中である。(4)0100μMの硫酸鉄を加えたM9寒天培地でPAO1の運動性を調べた。運動性は形成されたコロニーの大きさで判定した。その結果、コロニーは硫酸鉄の濃度に比例して大きくなっていくことがわかった。コロニーはswarmingの特徴を示す形状だったので、添加した硫酸鉄は鞭毛の運動性を高めていることがわかった。平成25年度は第27回Bacterial adherence & biofilm学術集会、日本防菌防黴学会第40回年次大会、日本鉄鋼協会第166回秋季講演大会、第87回日本細菌学会で研究成果を発表することができた。平成24年度、バイオフィルム(BF)形成菌である緑膿菌PAO1株(PAO1)を用いて、鉄鋼材料表面に対する細菌の吸着やBF形成について検討し、以下の研究成果が得られた。これまで炭素鋼SS400やステンレス鋼SUS304、スズ、亜鉛など各種金属試験片の表面に形成されたPAO1のBFについてクリスタルバイオレットで染色し調べていた。今回、栄養豊富な普通ブイヨンや無機塩類とグルコースのみを成分とする貧栄養の鉄フリー人工培地を用いてPAO1を培養し、ポリスチレン製96穴マイクロプレートのV底ウエル内壁のBF形成量を調べた結果、どちらの培地を用いても鉄イオンがPAO1のBFの成長を高めることがわかった。すなわち、普通ブイヨンや鉄フリーの人工培地へ硫酸鉄を添加すると、硫酸鉄濃度の増加に伴ってBFが成長し、50マイクロモル付近で最大になった。ところが硫酸鉄をさらに培地に加えていくと、BFの成長は抑制されることがわかった。このことからBFの成長を高める鉄イオンの作用に至適濃度が存在することもわかった。一方、鉄以外の金属イオンでは顕著なBFの成長は観察されなかった。また、本科研費によって蛍光顕微鏡を購入し種々の金属試験片表面に形成されたPAO1のBFの形態学的観察を行った。SS400、ステンレス鋼SUS304、ガラス基板をそれぞれ浸漬した鉄フリーの人工培地でPAO1を培養すると、SS400表面にのみBFの形成が認められた。この結果からSS400表面から溶出された鉄イオンがBFの形成に関与することが示唆された。さらにこれらの研究成果を平成25年3月に開催された第86回日本細菌学会総会において発表した。

最終年度は以下の研究成果を得ることができた。(1)グルコースは炭素鋼表面において緑膿菌がバイオフィルム(BF)を形成するために必要な物質であることがわかった。また、グルコースが炭素鋼表面に付着する性質があることを示唆する実験結果も得ることができた。もしグルコースのコンディショニング・フィルムが炭素鋼表面に形成されるならば、緑膿菌はこの濃縮されたグルコースを利用するために炭素鋼に結合することが考えられる。(2)多くのグラム陰性菌のquorum sensingを制御するauto inducer(AI)として働く3ーoxoーC12ーHSL(C12ーHSL)とC4ーHSLが硫酸鉄を含む培養液中で産生されているかどうか調べた。その結果、硫酸鉄が無添加であってもC12ーHSLとC4ーHSLの産生が認められ、硫酸鉄を75μMまで添加してもこれらAIの産生量は変化しなかった。ところが硫酸鉄を100μM添加すると、C12ーHSLの産生は変化しなかったが、C4ーHSLの産生は減少した。(3)BFが表面に形成された炭素鋼をSPring-8の放射光を用いてコンピュータ断層撮影を行い、撮像画像をもとに炭素鋼を3D可視化したところ、BFの直下に腐食が発生していることがわかった。BFによるMICは酸素濃淡電池の形成が原因と考えられ、嫌気度が高いBFの凸部分の真下で金属イオンが溶出し腐食が起きるといわれている。しかしながらMICはBFの凹部分の近傍で発生していた。さらにMICによってBF内に鉄イオンが溶出し培地に含まれるリン酸と反応して藍鉄鉱が生成されることがわかった。(4)日本鉄鋼協会他5学会で研究成果を発表した。論文は、Bacterial adherence & biofilm誌(放射光による炭素鋼表面に形成されたバイオフィルムと微生物腐食の3D可視化(生貝初他7名、28巻、2014、査読有、掲載受理))に発表した。著書として、バイオフィルムとその工業利用(兼松秀行,生貝初,黒田大介,平井信充、2015年3月、米田出版)を上梓した。微生物学平成25年度は、炭素鋼SS400表面は緑膿菌(PAO1)のBFが形成しやすい構造であることを以下のような実験によって証明することができた。先ず、SS400からの鉄イオンの溶出がBF形成にとって必要な条件になっていると考え、SS400表面にリン酸亜鉛処理を施して鉄イオンの溶出を抑える試験片を作製し、BF形成実験を行った。その結果、この防錆処理を施したSS400表面でのBF形成はほとんど抑制することができた。さらに平成25年度に鉄イオンによるPAO1の運動性に与える影響を調べたところ、鉄イオンは鞭毛の運動性を高めていることが明らかになった。当初、BFのZ軸方向への成長は鞭毛による運動性阻害のためではないかと予測し、この項目に関する実験を始めたが、予想と正反対の結果となった。鉄イオンはBFの成長にどのような作用を及ぼしているのか、さらに検討を進める必要があると思われた。加えて平成25年度は、SPring-8の放射光を用いて炭素鋼表面でのBF形成の3D可視化の実験を行うことができた。3Dの再構成画像は目下解析中であるが、CTスキャンした切片画像を観察すると、炭素鋼表面にBFが形成されていることが明らかになった。この結果から、金属表面におけるBF形成研究の新しい解析法として放射光を用いたX線CT法は有効な技術のように思われる。