hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Claudin modulator を利用した非侵襲性投与技術の開発

投与の利便性や患者のQOLを考慮すると、経鼻・経肺・経口などの非侵襲性投与が理想的な投与法であるものの、元来粘膜面は生体内外を隔てる障壁として機能しており、ここに非侵襲性投与法開発の難しさがある。本研究では、粘膜バリアの分子基盤であるcladuinに着目し、独自のclaudin binderを有効活用することでバイオ医薬の非侵襲性投与に資する新規claudin modulatorの創製を試みた。昨今のペプチド・蛋白質・核酸医薬品等の難吸収性医薬品シーズの増大、患者の生活の質(QOL)および高齢化に伴う嚥下困難な患者の増加を考慮すると、消化酵素による分解を回避でき、非侵襲性であり、投与および投与の中断が容易な『経皮投与』が理想的な投与方法であることは言うまでも無い。しかしながら、光来皮膚は外部環境から生体内部環境を保護するバリアとして機能しており、一部を除き皮膚バリアを効率よく透過しうる薬物は少なく、ここに経皮投与薬創製の難しさがある。現在までに、皮膚の重層上皮細胞層に密着結合蛋白質(claudin-1、-4、occludin)が発現していることが詳らかにされている(Furuse et al., 2002他)。このことは、これらの分子のmodulatorが経皮投与基盤技術になることを示唆している。そこで本研究では、独自の生体バリア制御研究の成果を有効活用し、皮膚バリア制御分子を創製し、『貼る薬、経皮投与の実用化』に資する基盤技術の開発を目指す。本研究課題は、網羅的リガンド探索システムであるファージ表面提示法を利用した各種皮膚バリアリガンド分子の探索を出発点に初めての経皮投与基盤技術の創出を試みるものであり、研究の成否はファージライブラリの質とリガンド分子スクリーニング系の質が握っている。そこで研究計画一年目の本年度は、scFvライブラリ、C-CPEおよびclaudinの立体構造情報を基にしたペブチドライブラリ等を創製し、出芽バキュロウイルス発現系を利用した皮膚バリア制御分子スクリーニング系を構築した。さらに、claudin-4結合性ファージおよびclaudin-4発現出芽バキュロウイルスを用いてファージのスクリーニング条件を設定した。平成22年度は、本スクリーニング系を用いて皮膚バリア制御分子候補クローンの取得を試みる予定である。しかしながら、元来皮膚は外部環境から生体内部環境を保護するバリアとして機能しており、一部を除き皮膚バリアを効率よく透過しうる薬物は少なく、ここに経皮投与薬創製の難しさがある。現在までに、皮膚の重層上皮細胞層にclaudin-1、-4、occludinが発現していることが詳らかにされた(Furuse et al.,2002;Furuse,2009)。このことは、これらの皮膚バリア制御分子のmodulatorが経皮投与基盤技術になることを示唆している。本研究では、独自の生体バリア制御研究の成果を有効活用し、皮膚バリア制御分子を創製し、『貼る薬、経皮投与の実用化』に資する基盤技術の開発を目指す。本研究の成否は、ファージライブラリの質とリガンド分子スクリーニング系の質が握っている。これまでに、各種scFvライブラリ、各種C-CPEライブラリ、各種ペプチドライブラリ等を作製し、皮膚バリア制御分子スクリーニング系を構築し、claudin binderの取得を試み、claudin-1および-4に結合性を有する新規claudin binder、claudin-1 binder、claudin-4 binderなどの創製に成功した。最終年度は、引き続き各種binderの創製を進めると同時に、claudin-1および-4に結合性を有するdual specific型claudin binderの機能解析、皮膚バリア制御活性を解析する予定である。現在までに、皮膚の重層上皮細胞層にclaudin-1、-4、occludinが発現していることが詳らかにされた(Furuse et al., 2002; Furuse, 2009)。

本研究では、独自の生体バリア制御研究の成果を有効活用し、皮膚バリア制御分子を創製し、『貼る薬、経皮投与の実用化』に資する基盤技術の開発を目指す。本研究の成否は、ファージライブラリの質とリガンド分子スクリーニング系の質が握っている。平成22年度までに、各種scFvライブラリ・各種C-CPEライブラリ・各種ペプチドライブラリ等を作製、皮膚バリア制御分子スクリーニング系を構築し、claudin binderの取得を試みてきた。平成23年度は、新規claudin binderについて、本分子の上皮バリア制御活性を解析し、C-CPEに比して優れた制御特性を有することを見出した。24年度が最終年度であるため、記入しない。
硫黄原子を基盤とする非結合性相互作用の解明と新機能性分子の合成開発

我々は一連の新反応及び医薬品のリード化合物の開発研究過程で各種非結合性相互作用(S・・・O、π・・・π、CH・・・O、CH・・・π、双極子-双極子反発等)を見出し、それらの証明と応用研究を展開している。すなわち、血圧降下作用を有する新規なアンジオテンシンII受容体拮抗作用を有する化合物及び1β-メチルカルバペネム抗生物質の分子内に非結合性S・・・O相互作用の存在をX線結晶解析にて確認した。また、医薬品分子内の非結合性S・・・O相互作用の安定性を簡単なモデル分子のab initio計算によって証明した。さらに回転・幾何・互変異性が可能なアシル(チオアシル)アミノチアジアゾール及びアシル(チオアシル)アミノオキサジアゾ-ルをX線結晶解析に付したところ両化合物群とも分子間水素結合による二重体構造で存在し、前者化合物では分子内非結合性S・・・OやS・・・S相互作用が確認され、後者化合物では前者とは全く異なる単純な分子内及び分子間のO・・・H水素結合が確認されるのみであった。各々対応する単純なモデル分子(単量体)のab initio計算によってアシルアミノチアゾールでは分子内非結合性S・・・O相互作用を有する異性体構造が最安定であり、アシルアミノオキサゾールでは分子内O・・・H水素結合を有する異性体構造が最安定であることを証明した。その分子内非結合性S・・・O相互作用の安定性は分子内O・・・H水素結合の安定性とエネルギー的に同程度であることも判明した。最近合成したビスチアゾール誘導体、ブロモナフチルチアゾール誘導体、フェニルプロペニルアミノチアジアゾ-ル誘導体のX線結晶解析を試みたところ、各々対応する分子内非結合性S・・・N、S・・・Br、S・・・π相互作用の存在が確認された。興味あることにDNAと分子間相互作用が期待されるトリスチアゾール誘導体は抗癌活性(in vitro)を示した。
非平衡性と強相関性が共存する電子正孔凝縮体の形成機構と動的臨界現象

半導体量子井戸に微小共振器を挟んだ構造で生成する励起子ポラリトン系では、光照射強度が閾値を超えたところでボース・アインシュタイン凝縮(BEC)が実現する。一方、さらに強い光照射強度では、通常の半導体レーザーデバイス(LASER)として作動することが知られている。興味深いことに、ポラリトンBEC・半導体レーザーは共通して自発的にU(1)対称性が破れた相であるにもかかわらず、その間に相境界があることが多くの実験グループにより観測されている(「第二閾値」)。共通した対称性を持つにもかかわらず、なぜこのようなBEC-LASER転移が起こるのかを説明する理論はこれまでなかった。今年度の研究では、このような相転移が非エルミート性によりもたらされたものであることを理論的に示すことに成功した。まず、流入・流出のある電子正孔光子気体に対する一般的な運動方程式を定式化し、その定常解が2つのタイプに必ず分類できることを示した。これら2つのタイプはそれぞれ、上下のポラリトンモードに凝縮した状態に対応する。これらのモードは熱平衡系では直交するが、本系のような非平衡系では非エルミート性が生じるため、その限りではない。結果、2つの解が合体する例外点が現れ、その点が気液相図における臨界点と同様、一次相転移線の終端点となることを示すことに成功した。この理論は、レッド(ブルー)・デチューニング領域においてポラリトンBECと半導体レーザーの間に必ず相転移線がある(相転移線に終端点がある)ことを予想するが、これは現存する実験報告と合致する。今年度は、励起子ポラリトン凝縮体の持つ非エルミート性が非平衡相転移現象を引き起こし、その相転移線には終端点が存在することを理論的に示すことに成功した。本研究で明らかになった相転移機構は、熱平衡極限の対応物のない、新たなタイプの非平衡相転移現象である。このことは、当該研究分野で長年議論されてきたボース・アインシュタイン凝縮とレーザーの関係が、非平衡性によって「気体と液体」の関係性と類似したものになることを示している。なお、この理論から予想される相転移現象の起こる領域は、現存する実験報告と定性的に合致する。この研究で提案された相転移現象は、2つのオーダーパラメターが結合した非平衡多体系であれば一般的に起こりうる。今後、超固体相や冷却原子気体などの他の系での検証が期待される。これほど一般性の高い現象を説明する理論を構築することは、当初の計画になかったものである。以上より、研究は「当初の計画以上に進展している」と判断する。来年度は、今年度その存在を示すことに成功した、相転移線の終端点における非平衡臨界現象について解析していく。さらに、超固体相や冷却原子気体などの量子系やアクティブ・マターや生物系などの古典系の幅広い系で、同様の現象が起こりえないかについても、理論的に検証する予定である。今年度は、励起子凝縮および励起子ポラリトン凝縮における非平衡量子多体現象についての理論研究を行った。本研究ではまず励起子系について、ケルディッシュグリーン関数を用いることで粒子の流入・流出による非平衡性と電子正孔間引力相互作用による量子多体効果の両方を取り込んだ理論的枠組みを完成させた。これを用いることで系の非平衡性が、凝縮体の不安定化や、負の電子正孔対質量などの異常をもたらすことを明らかにした。さらに、励起子ポラリトン凝縮体をも扱える枠組みへと理論を拡張することにより、実験で観測されるフォトルミネッセンスや光学利得吸収スペクトル等の物理量を解析した。この系では従来、多体系の量子揺らぎがもたらす「量子depletion」により、負のエネルギーを持つBogoliubov分散がフォトルミネッセンスに現れると理論的に予想されてきた。しかしながら、この「負の分散」はほとんどの実験で観測されておらず、その理由は明らかにされて来なかった。本研究の理論解析の結果、非平衡性が「負の分散」を強く抑制することが明らかとなった。本研究で得られた結果は数多くの実験グループで得られているスペクトル強度の特徴(凝縮体のブルーシフト、拡散型ゴールドストーンモードの出現、高波数領域のスペクトル強度の抑制等)を再現し、特にGaAsの実験については半定量的な一致を示した。さらに光学利得吸収スペクトルを解析した結果、やはり非平衡性により抑制されるものの、負の分散に光学利得が存在し、フォトルミネッセンスに負の分散がほとんど現れない領域でも吸収帯の"hole burning"として現れること示した。これは、量子depletionは強く抑制されているものの、負の分散へ散乱チャネルは存在していることを示している。今年度は、励起子および励起子ポラリトン系における、粒子の流入・流出による非平衡性を完全に取り込んだ枠組みを完成させることにより、非平衡定常状態特有の現象の予言や、光学特性を解析することが可能となった。励起子ポラリトン系のフォトルミネッセンスの解析結果は実験結果と半定量的なレベルで一致を示した。本研究によってほぼ解消された「負の分散」の問題は、当該研究分野において大きな謎とされてきた問題である。以上より、研究は当初の計画以上に進展していると判断する。

興味深いことに、ポラリトンBEC・半導体レーザーは共通して自発的にU(1)対称性が破れた相であるにもかかわらず、その間に相境界があることが多くの実験グループにより観測されている(「第二閾値」)。共通した対称性を持つにもかかわらず、なぜこのようなBEC-LASER転移が起こるのかを説明する理論はこれまでなかった。今年度の研究では、このような相転移が非エルミート性によりもたらされたものであることを理論的に示すことに成功した。まず、流入・流出のある電子正孔光子気体に対する一般的な運動方程式を定式化し、その定常解が2つのタイプに必ず分類できることを示した。これら2つのタイプはそれぞれ、上下のポラリトンモードに凝縮した状態に対応する。これらのモードは熱平衡系では直交するが、本系のような非平衡系では非エルミート性が生じるため、その限りではない。結果、2つの解が合体する例外点が現れ、その点が気液相図における臨界点と同様、一次相転移線の終端点となることを示すことに成功した。この理論は、レッド(ブルー)・デチューニング領域においてポラリトンBECと半導体レーザーの間に必ず相転移線がある(相転移線に終端点がある)ことを予想するが、これは現存する実験報告と合致する。今年度は、励起子ポラリトン凝縮体の持つ非エルミート性が非平衡相転移現象を引き起こし、その相転移線には終端点が存在することを理論的に示すことに成功した。本研究で明らかになった相転移機構は、熱平衡極限の対応物のない、新たなタイプの非平衡相転移現象である。このことは、当該研究分野で長年議論されてきたボース・アインシュタイン凝縮とレーザーの関係が、非平衡性によって「気体と液体」の関係性と類似したものになることを示している。なお、この理論から予想される相転移現象の起こる領域は、現存する実験報告と定性的に合致する。この研究で提案された相転移現象は、2つのオーダーパラメターが結合した非平衡多体系であれば一般的に起こりうる。今後、超固体相や冷却原子気体などの他の系での検証が期待される。これほど一般性の高い現象を説明する理論を構築することは、当初の計画になかったものである。以上より、研究は「当初の計画以上に進展している」と判断する。来年度は、今年度と同様のアプローチで非平衡定常状態を記述する繰り込み群を構築することにより、励起子ポラリトン系等の非平衡多体系における非平衡相転移や非平衡誘起の臨界現象を解析していく予定である。来年度は、今年度その存在を示すことに成功した、相転移線の終端点における非平衡臨界現象について解析していく。さらに、超固体相や冷却原子気体などの量子系やアクティブ・マターや生物系などの古典系の幅広い系で、同様の現象が起こりえないかについても、理論的に検証する予定である。
一般条項による不当条項規制と契約全体との関連性に関する研究

本研究は、比較法的研究の成果を踏まえながら、わが国おける「契約全体からみた権利・義務の均衡」という観点からの規制法理を提示し、従来、「合理的解釈」の名の下で行われてきた法的判断プロセスを解明し、一般条項による無効判断の基準を明確化することを目的としている。そこでまず、契約条項の不当性判断に際して、他の条項との関連、契約全体との関連を考慮に入れた自覚的な議論がなされているドイツ法(新債務法)および他のEU加盟国の法理論状況を分析することとした。単独では許容される内容の個別条項が他の条項との相互作用の結果として契約相手方に不当な不利益を惹起するという場合(増幅作用)があるし、逆に、個別条項がそれ自体としては一方当事者に著しい不利益をもたらすのだが、契約全体との関連でみれば、不当とまではいえないという場合(補償作用)が出てくることが、判例法理においても明確になっている。学説上では、そこからさらに、契約条項の作成者は、ある条項による契約相手方の不当な不利益を契約全体のバランスの中で解消すべきであるとする考え方(補償理念)が広く支持を集めており、契約条項の不当性判断の一要素に組み入れるべきとされている。こうした考え方と、契約目的からみた正義内容への適合性という観点からの規制法理である「本質的債務論」の検討を通して、幾つかの相互補完的な基準が、契約全体への評価との関連性のもとでの規制の根拠を構成していることを明らかにする必要がある。このことを個別具体的なテーマに関する実証研究によって確認する方向で、さらに研究を継続していく予定である。こうした考え方と、契約目的からみた正義内容への適合性という観点からの規制法理である「本質的債務論」の検討を通して、幾つかの相互補完的な基準が、契約全体への評価との関連性のもとでの規制の根拠を構成していることを明らかにすべく、さらに研究を継続していく予定である。
赤方偏移6-8における宇宙最遠方ブラックホールの探査

本研究の目的は宇宙最遠方のQSOを発見し、これを用いて宇宙最電離を解明することにある。本年度はUKIDSS近赤外線サーベイによって新しく観測されたデータを用いてQSO候補天体の選択を行った。これら候補天体を同定するため、主としてハワイ大学の8-10mの望遠鏡を用いて分光観測を行ったが新しいQSOは発見できなかった。UKIDSSサーベイの進行状況が全計画の1/2程度まで進んでおり、QSOの個数密度の進化をz<6から外挿すると、この領域でのQSO発見の期待値は4個程度である。従ってこの領域のQSOの発見個数が0であることは、QSOの個数密度がz>7において大きく減少していることを示している。これはQSOの進化史にとって劇的な変化であり、QSOの進化理論に制限をつけることができる重要な結果である。現在はこの結果を最終確認すべく、UKIDSSサーベイの残り1/2の領域について鋭意探査を継続中である。QSO探査と平行して既知の遠方QSOに関する調査も行った。昨年度我々がその周囲に取り巻くホスト銀河およびライマンα輝線星雲を発見したz=6.4におけるQSOを10m望遠鏡を用いて詳細分光観測を行った。この分光データを用いて、QSOを背景光として利用することにより5.615<z<6.365における宇宙の電離度の調査を行った。QSOを背景光とした直説的な方法による宇宙の電離度の探査がz=6.365の遠方にまで遡って行われたのはこの研究が初めてである。この結果5.915<z<6.365の間において、ガンピーターソンの谷とよばれる全くQSOの紫外光が検出されない暗黒領域が見つかった。これは200Mpcという前例をみない広大な領域に及んでおり、5.615<z<6.365の宇宙は再電離が完了しておらず、宇宙がより中性であった暗黒時代にさしかかっていると考えて矛盾しない。第一研究目的のz>7における宇宙最遠方のQSOを世界に先駆けて発見するため、UKIDSS近赤外線サーベイによって新しく観測されたデータ(DR4)を用いて注意深くQSO候補天体の選択を行った。昨年に比べて、望遠鏡の光学系による人工的な光等の混入を除くアルゴリズムを改良し選択効率は大幅に向上した。また近赤外線データに対応させるべき可視光線のデータについて、SDSSサーベイの繰り返し観測された領域のデータを重ね合わせて用いることにより、従来のデータより3等級深いより信頼できるデータを用いることができた。この2点により、QSO候補天体の選択は世界最高のレベルで行うことができたといえる。QSO候補天体を同定するための分光観測は、世界中の望遠鏡に観測提案を行った。本年度はケック10m望遠鏡可視1夜、赤外線2夜、すばる8m望遠鏡可視1夜、赤外線2夜、Gemini 8m望遠鏡20時間の観測時間を獲得した。8-10mの望遠鏡時間は研究者間での競争が激しい事を考慮すると、概ね良好に望遠鏡時間を獲得できたといえる。しかし、残念ながらこれらの観測時間のうち約50%は曇天のため観測不能であった。残りの観測時間にて、最も有力なQSO候補天体の分光観測を行い有力な天体を発見した。この天体は波長9300Å付近に輝線が認められ、これがQSOのLyα輝線からのものであるとすると、赤方偏移はz=6.6からのものとなり、世界最遠方のQSOの発見となる。輝線より青い側に光が全く認められないこと、赤い側に星のそれにみられるように連続光が強くなっていかないこと、輝線の形が非対称であることも、この天体が星ではなく遠方のQSOであることを示唆している。しかしながら、現在得られているスペクトラはノイズが大きく決定的な結論を得るに至っていない。本天体は2009年度にすばる望遠鏡で追加観測をして最終的なQSO同定を行う予定である。本研究の目的はz>7における宇宙最遠方のQSOを世界に先駆けて発見し、これを用いて宇宙最電離を解明することにある。このため、本年度はUKIDSS近赤外線サーベイによって新しく観測されたデータ(DR5)を用いて注意深くQSO候補天体の選択を行った。今年度スタートしたハワイ大学の行うパンスターサーベイの可視光線データをいち早くQSO候補選択に利用したことにより、QSO候補天体の選択は昨年度より効率よく行うことができた。これらQSO候補天体を同定するための分光観測は、ハワイ大学のものを含め世界中の望遠鏡に観測提案を行った。本年度はすばる8m望遠鏡可視3夜の観測時間を獲得した。提出した観測提案のうち全てが採択されたわけではないが、8-10mの望遠鏡時間は研究者間での競争が激しい事を考慮すると、概ね良好に望遠鏡時間を獲得できたといえる。これらの観測時間のうち約30%は曇天のため観測不能であった。残りの観測時間にて、最も有力なQSO候補天体の分光観測を行ったが、新しいQSOは発見できなかった。UKIDSSサーベイの進行状況が全計画の1/4程度であり、この領域でのQSO発見の期待値は2個程度であることを考えると、この結果はポアソン統計の誤差の範囲内であると考えられ、引き続き探査を継続することが重要である。

QSO探査と平行して既知の遠方QSOに関する調査も行っており、今年度はすばる望遠鏡に新しく取り付けられた感度のよいCCDをいち早く利用することにより、現在知られている最遠方QSO(z=6.4)を取り巻くホスト銀河およびライマンα輝線星雲を発見した。これまでz>6の遠方宇宙ではQSOホスト銀河は発見されておらず、また11kpcという巨大サイズの銀河の存在は予期されていなかったから、これは重要な発見であったと思われる。この結果は、ハワイ大学を通じて報道発表され国内外多数の新聞に掲載された。本研究の目的は宇宙最遠方のQSOを発見し、これを用いて宇宙最電離を解明することにある。本年度はUKIDSS近赤外線サーベイによって新しく観測されたデータを用いてQSO候補天体の選択を行った。これら候補天体を同定するため、主としてハワイ大学の8-10mの望遠鏡を用いて分光観測を行ったが新しいQSOは発見できなかった。UKIDSSサーベイの進行状況が全計画の1/2程度まで進んでおり、QSOの個数密度の進化をz<6から外挿すると、この領域でのQSO発見の期待値は4個程度である。従ってこの領域のQSOの発見個数が0であることは、QSOの個数密度がz>7において大きく減少していることを示している。これはQSOの進化史にとって劇的な変化であり、QSOの進化理論に制限をつけることができる重要な結果である。現在はこの結果を最終確認すべく、UKIDSSサーベイの残り1/2の領域について鋭意探査を継続中である。QSO探査と平行して既知の遠方QSOに関する調査も行った。昨年度我々がその周囲に取り巻くホスト銀河およびライマンα輝線星雲を発見したz=6.4におけるQSOを10m望遠鏡を用いて詳細分光観測を行った。この分光データを用いて、QSOを背景光として利用することにより5.615<z<6.365における宇宙の電離度の調査を行った。QSOを背景光とした直説的な方法による宇宙の電離度の探査がz=6.365の遠方にまで遡って行われたのはこの研究が初めてである。この結果5.915<z<6.365の間において、ガンピーターソンの谷とよばれる全くQSOの紫外光が検出されない暗黒領域が見つかった。これは200Mpcという前例をみない広大な領域に及んでおり、5.615<z<6.365の宇宙は再電離が完了しておらず、宇宙がより中性であった暗黒時代にさしかかっていると考えて矛盾しない。
自己探索機能を持つ陽電子を利用したナノ粒子形成初期過程の原子・電子構造解明

材料内部の"埋め込み"(サブ)ナノサイズ粒子は、その材料の物理的、機械的性質に大きな影響を与える。従ってこのようなナノ粒子の形成過程とその原子・電子構造を解明することは極めて重要である。本研究では、最近我々が世界に先駆けて開発しつつある最新の陽電子消滅実験(2次元角相関(2D-ACAR)や同時計数ドップラーブロードニング(CDB))および理論計算を組み合わせる方法を発展・応用し、ナノ粒子の検出とその原子的・電子的構造を解明しようとする。CDB、2D-ACARの詳細な熱時効実験によって、Fe-Cu合金中のCu(BCC)ナノ粒子の析出過程に関する詳細を明らかした。すなわち、CDBによってCu原子の集合・析出物形成過程の系統的な変化を求めた。さらに熱処理条件(熱処理時間、温度)を変えることによってCuナノ粒子寸法を制御し、2D-ACAR法で測定される電子運動量分布の変化を詳細に観察した。Cuナノ粒子サイズが小さくなると運動量分布、特にフェルミカットオフ運動量付近にsmearingがおきる。Cu粒子の寸法がサブnmになるとsmearingが顕著になることが確認できた。このことを利用して、他の測定法では検出できないCuサブナノ粒子の寸法を評価できること、特に0.5nm以上の直径のものを検出できるが分かった。Al-Ag、Al-Zn合金を熱時効処理することによって生成するAl中のAg_2Al, fcc Znクラスター(粒子)についても、同様に、単結晶試料の2D-ACAR測定と対応する第一原理計算を行い、これら埋め込み粒子の電子の運動量分布、そのフェルミ面の構造を明らかにした。熱時効、照射やイオン注入によって生ずる(サブ)ナノサイズ粒子(以下ナノ粒子と略記)は、その材料の物理的・機械的性質に大きな影響を与える。従って材料中のこのような埋め込み粒子の形成過程とその原子・電子構造を解明することは極めて重要である。本研究では、最近我々が世界に先駆けて開発しつつある最新の陽電子消滅実験および理論計算を組み合わせる方法を発展・応用し、ナノ粒子の検出とその原子的・電子的構造を解明することを目的とする。陽電子は材料中を動き回り、高い陽電子親和力を持つ元素からなるか、あるいは空孔を含む埋め込みナノ粒子を自ら探索(自己探索性)し、そこに閉じ込められ(量子ドット閉じ込め)、そのナノ粒子の電子的・原子的情報を与えてくれる。まず、今年度は、Fe中のCuナノ微結晶を調べた。バルクのCuはfcc構造であるが、bcc構造のFe中のCuナノ析出物はbcc構造を持つため、フェルミ面の構造はバルクと大きく異なるはずである。作製した試料の陽電子消滅2光子2次元角相関(2D・ACAR)を測定した結果、Cuナノ微結晶のフェルミ面は、bcc構造のBrillouinゾーンの形状を反映して、12個のN点にネックを持つことがわかった。バルクCuのフェルミ面は、fccc構造のBrillouinゾーンの8つのL点にネックを持つことが知られているが、それとは大きく異なるフェルミ面構造を持つことが明らかになった。陽電子消滅実験と平行して、bcc構造のCuのフェルミ面をFLAPW法による第一原理計算も行った。その結果は、2D-ACAR測定による実験結果とよく一致した。次に、Al-Cu-Mg中の空孔-溶質原子複合体の形成とその時効析出初期過程の解明を、新たに製作した同時計数ドップラーブロードニング装置を用いて行った。その結果、焼き入れ空孔がMg原子と複合体を形成すること、それが短時問の時効でCu原子を伴いながら動きて転位に吸収されること、それによって転位がピン留めされて初期時効硬化に寄与すること等が明らかになった。熱処理や照射などによって材料内部に生ずる(サブ)ナノサイズ粒子は、その材料の物理的、機械的性質に大きな影響を与える。

従ってこのような埋め込みナノ粒子の形成過程とその原子・電子構造を解明することは極めて重要である。本研究では、最近我々が世界に先駆けて開発しつつある最新の陽電子消滅実験(2次元角相関(2D-ACAR)や同時計数ドップラービロードニング(CDB))および理論計算を組み合わせる方法を発展・応用し、ナノ粒子の検出とその原子的・電子的構造を解明した。CDB、電気抵抗および3次元アトムプローブ(3D-AP)の詳細な熱時効実験によって、Fe-1.0wt%Cu合金中のCu(BCC)ナノ粒子の析出過程に関する詳細を明らかした。すなわち、CDBによってCu原子の集合、電気抵抗によってマトリックスに残存する孤立Cu原子濃度、さらに3D-APによってCu原子のクラスタリング状況を詳細に求めた。その結果例えば、550°Cで0.1hの時効では10個程度のCu原子からなる超微小析出物、1時間程度の時効では1nm程度のCu析出物が生ずることを見いだした。他方3D-APでは、1nm程度以上の大きさのCu析出物に成長して初めて検出されることが判明した。またこれら超微小析出物に関して、陽電子消滅からはほぼ100%Cu、3D-APからはほぼ70%Cuの化学組成であるという結果が得られた。この不一致の原因は今後の課題である。3D-AP、電気抵抗から求めたFeマトリックス中の固溶Cu濃度は良く一致した。熱時効過程を2D-ACARによって調べ、超微小Cu析出物のフェルミ面のぼけ(運動量分布のぼけ)の系統的な変化を求めた。これらはナノ粒子中の電子状態理論の発展に大きく寄与すると期待される。
ヘム酵素P・450を規範とする基質酸素化機能発現の構造特性の解析と合成化学への応用

本研究は薬物代謝酵素チトクロ-ムPー450の酸素分子活性化と基質酸化機能発現おおよび生体内酸化反応種の生成と制御を種々の構造・環境要因の複合効果という視点から捉え、その分子機構を詳細に解析し、薬物の開発、合成化学に応用することを目的としているが本年度は次の成果を得た。(1)Pー450の化学モデルとして分子内で安定にS基を軸配位子として有する新規ポルフィリン鉄錯体(SR錯体)を合成し、S基の酸素分子活性化に及ぼす効果を明らかにしたが、さらにEXAFS法によりSR錯体の構造を検討し、Fe原子をとりまくN原子およびS原子の位置関係が実際のチトクロ-ムPー450に極めて近似していること、またサイクリックボルタンメトリ-によりFe原子が高電位状態にあること、スペクトル的に3価低スピン型であることなど、機能的にも構造的にもすぐれたPー450モデルであることを明らかにした。(2)Pー450の最大の構造特性であるS基軸配位子の意味について化学モデルと対比する目的で、ラット肝ミクロソ-ムよりPー450およびS基の存在しない変性Pー450(Pー420)を調製し,機能の比較を代謝化学的に検討した。その結果、Shunt系での脱メチル化活性はいずれもほぼ同じであったが、芳香環水酸化、オレフィンのエポキシ化、アルカンの酸化などの活性はPー420で全く失われ、S基軸配位子の重要性が明らかになり、化学モデルとの良い対応が示された。(3)初年度人工SODとしてTPEN,TPAAを開発したが、in vivoで特に活性の強いTPAAに焦点をしぼり、各種類縁体を合成し生体内活性発現機構について詳細な研究を行った結果、安定性、膜透過性にすぐれ、抗炎症剤として生体系に適用可能な優れたSODmimics候補の開発に成功した。
ウェブ情報を利用した空間デザイン支援ツールの研究と開発

研究利用のためのウェブからのデータ収集を行なった。特に、リアルタイム性の高いデータという観点からツイッターに着目し、ツイッターが提供しているAPIを利用して特に位置情報を伴ったツイートを大規模に収集した。収集されるデータに対して、行為抽出アルゴリズムを用い、各ユーザの行為を、ユーザ名、位置情報、タイムスタンプと共に収集する。その際、ツイッターが提供するAPIは、一台の計算機かクロールできるクエリの数に限りがあるため、Amazonといった商業サービスが提供するクラウドサービスを利用し複数台の計算機からデータを収集した。また、位置情報と共に収集されるデータを、人が体験する空間の精度を反映した情報として地図上へソフトウェア的に反映し、可視化する技術の開発を行なった。さらに、プラットフォームに依存することなく誰でも閲覧できるよう可視化した成果をウェブで公開した。特に、リアルタイム性の高いデータという観点からTwitterに着目し、Twitterが提供しているAPIを利用して特に位置情報を伴ったtweetsを大規模に収集した。その際、Twitterが提供するAPIは、一台の計算機が投げられるクエリの数に限りがあるため、Amazonといった商業サービスが提供するクラウドサービスを利用して、複数台の計算機からデータを収集した。さらに、プラットフォームに依存することなく誰でも閲覧できるよう、可視化した成果をウェブを通して公開した。研究の目的は大きく(1)ウェブからの空間情報データの収集と(2)空間の情報構造の可能性の計算、可視化手法の研究・開発である。(1)については、230日間分に渡って日本全土の位置情報付きのツイッターデータを収集しており、今後も収集を続けていく予定である。(2)に関しては、人が体験する空間の精度を物理空間を直接反映するような可視化方法を提案しており、(1)のデータに対して実際に行なっている。これらの成果は、主に日本の研究会での発表を行なってきており、また、それらをまとめたものが人工知能学会論文誌特集号に掲載予定である。本研究課題では、ウェブからの人物の行為に関するデータを大規模に収集し、空間情報と結びついた、情報空間いおける情報からの行為抽出と、それらのデータを利用した空間アフォーダンスの測定へつなげられていけたらと考えている。これまでに収集したデータや可視化方法を更に追求し、例えば、(a)街のどういう構造のところに、人が集まりやすいか/集まりにくいか、(b)どういう道のつながりが、人の流れを制御するか、(c)人々はどこで何をする傾向があるか(例えば、何を食べているか)、といった具体的な問いに答えることを今後目指していきたい。次年度の研究費として主に、物品費で、データ分析用のパソコンやソフトウェア購入予定である。旅費で、人工知能学会など国内研究会を含め、海外での学会発表を昨年度に引き続き積極的に行なっていく。謝金として、大規模なデータをデータベースに格納する際に必要に応じて所属機関の学生を雇用する。
高度制御マイクロ波の非熱照射による難治性癌治療システムのための基礎的研究

本年度は、産業技術総合研究所の協力により、in vivo用マイクロ波照射装置の開発を行った。本装置のマイクロ波照射部には、セミリジッドケーブルを採用した。これを平滑に切断して開放反射端を作製し、ここから外部に出るマイクロ波を試料に照射する仕組みとした。セミリジッドケーブルは、導波管と異なり遮断周波数がないため、幅広い周波数帯にてマイクロ波照射を行うことが可能である一方で、照射範囲が限局されるといった欠点もある。そこで、細胞培養実験にて汎用されている96 well plateを用いて、本装置を用いたマイクロ波加熱の温度分布測定を行った。96 well plateの底面にセミリジッドケーブルの先端を固定し、周波数2.45 GHzのマイクロ波を照射した。この時、96 well plate内にはbufferを添加した。温度はサーモカメラを用いて、96 well plateの上面及び側面部より温度測定を行った。その結果、出力が5W照射時の上面及び側面部の温度は、10分経過後に40°C付近にてプラトーとなった。一方で出力が7.8Wでの照射では、照射後まもなく上面と側面部の温度に有意な差が生じ、10分経過後では10°C以上の温度差が生じた。以上から、in vivoにてマイクロ波を照射する場合、セミリジッドケーブルの穿刺部周辺と外側にてマイクロ波の吸収効率が異なり、数mm単位で温度が大幅に異なることが示唆された。本年度は、本装置を用いて、担癌モデルマウスにマイクロ波を照射し、癌細胞の挙動を確認する予定だった。しかし上記の通り、マイクロ波照射時の温度分布について詳細な解析を行う必要があったため、in vivoでの解析を行うことができなかった。本研究の目的は、新規癌治療構築のための基礎研究として、マイクロ波の非熱照射が誘導する癌細胞死をより精密に解析することである。本年度はまず、マイクロ波非熱照射が各種培養細胞の生存率に与える影響について調べた。周波数2.45 GHzのマイクロ波を、培養細胞の温度が37°Cに維持されるよう非熱照射した。8種類の培養細胞(HL-60, MFC-7, MDA-MB-231, MCF-12A, Panc-1, T98G, KATO III, HGC-27)にて検討した結果、正常ヒト乳腺上皮細胞株MCF-12Aを除く7種類がマイクロ波照射により死滅した。次に、これらの培養細胞の誘電特性を調べるため、ネットワークアナライザーを用いて細胞のε'及びε''を測定し、tanδを算出した。その結果、2.45 GHzにおいては細胞間の誘電特性に有意な差が確認されなかった。つまり、マイクロ波エネルギーの吸収能は、細胞間に有意な違いが見られないことが示唆された。また、8種類の培養細胞の中で最も生存率が低下したヒト骨髄性白血病由来HL-60細胞に対して、照射条件(照射時間・出力)を変動させてマイクロ波を照射し、生存率を確認した。更に、ジュール熱との相関を調べた。その結果、総ジュール熱に相関して生存率の低下が見られた。加えて、マイクロ波非熱照射と抗癌剤との併用効果について検討した。HL-60に3種類の抗癌剤(Cytarabine, Camptothecin, Etoposide)をそれぞれ添加して検討を行ったところ、非熱照射による併用効果の増大は確認できなかった。更に、本研究に使用しているマイクロ波照射装置の電磁界強度をCOMSOL Multiphysicsを用いてシミュレーション解析した。尚、本研究成果の一部は、京都大学生存圏研究所の全国国際共同利用「先進素材開発解析システム」を利用した。本年度は、マイクロ波照射装置の改良・製作に遅れが生じた。そのため、細胞へ照射可能なマイクロ波の条件が限局され、研究の一部が実施できなかった。しかし本年度は、次年度以降に予定していた研究内容を前倒しして実施できた。そのため、今後は計画通りの研究が実施できると考えている。本年度は、ヒト骨髄性白血病由来HL-60細胞にマイクロ波非熱照射を行い、細胞死メカニズムの解析を行った。対照は、42.5°Cにて同時間静置後、同様に培養した。その結果、マイクロ波非熱照射による細胞死は、主にミトコンドリア傷害によるカスパーゼ非依存的アポトーシスであった。Apoptosis-inducing factor (AIF)がミトコンドリアからサイトゾル内に漏出し、その後DNAの断片化が確認された。一方で、シトクロムCのサイトゾル内漏出も確認されたが、Apoptotic protease activating factor 1 (Apaf-1)及びカスパーゼ9の発現が確認されず、Apoptosomeが形成されていないことが示唆された。その結果、カスパーゼ3/7は活性化されず、カスパーゼ依存的アポトーシスは進行しなかった。一方で、42.5°Cで熱処理した細胞は、ミトコンドリア傷害が起こらず、カスパーゼ8及び3/7の活性化による細胞死が誘導された。また、非熱照射の細胞ではHeat Shock Protein70 (HSP70)が発現誘導がなく熱ストレスに応答しなかった一方で、熱処理細胞では発現誘導された。更に、マイクロ波非熱照射が癌幹細胞様細胞に及ぼす影響を確認した。ヒト乳腺癌由来MDA-MB-231細胞の癌幹細胞様細胞であるCD44陽性/CD24陰性細胞は、照射時間依存的に死滅し、数が減少した。

次に、細胞の転移能を評価するため、マイクロ波非熱照射後の細胞の接着・遊走・浸潤能を解析した。その結果、いずれも有意に低下した。更にマイクロ波照射では、細胞外基質タンパク質の分解に関わるMatrix metalloproteinase-2 (MMP-2)の活性が低下した。また昨年度に引き続き、京都大学生存圏研究所の全国国際共同利用「先進素材開発解析システム」を利用した。予定通り、本年度までに培養細胞を使用した基礎検討を終了できた。マイクロ波の非熱照射による細胞死経路を詳細に解析するとともに、癌幹細胞への影響を解析した。本年度は、ヒト骨髄性白血病由来HL-60細胞にマイクロ波を非熱照射した際の細胞死メカニズムに関して、更なる解析を行った。具体的にはHL-60細胞に対して、カスパーゼ8阻害剤であるZ-IETD-FMK及び、カスパーゼ19阻害剤であるZ-IETD-FMK、receptor-interacting protein 1 (RIP1)キナーゼの阻害剤であるNecrostatin-1をそれぞれ処理後、マイクロ波照射を行い、細胞生存率の確認を行った。その結果、いずれの処理でも細胞生存率が回復した。また、それぞれの処理での細胞生存率の上昇割合は同程度であり、互いに有意な差はなかった。これまでの知見から、本アポトーシスではカスパーゼ3、7及び9の活性上昇は見られず、カスパーゼ8のみ活性上昇が確認されている。以上から、カスパーゼ8の活性上昇が細胞の生存に大きく影響を与えることがわかった。また過去の知見より、マイクロ波照射群ではRIP1の発現変動が確認されなかったが、Necrostatin-1処理にて細胞生存率が上昇した。Necrostatin-1は、AIFがサイトゾルから核へ移行するのを阻害することが知られている。以上から、Necrostatin-1処理によりAIFの核移行が阻害され、結果としてカスパーゼ非依存的アポトーシスが抑制されたと推測した。また、ヒトグリア芽細胞腫由来T98G細胞、ヒト乳腺癌由来MDA-MB-231細胞及びヒト胃癌由来KATO III細胞にマイクロ波を非熱照射し、Annexin-V及びpropidium iodide(PI)による解析を行った。その結果、いずれの細胞においても両方の蛍光が確認され、アポトーシスが確認された。一方で、カスパーゼ3及び7の活性上昇は確認されず、これらが本アポトーシスに関与していないことが示唆された。本年度は、in vivo用マイクロ波照射装置の開発を完了し、それを担癌モデルマウスによる実験に適用する予定であった。しかし本年度内に本装置の開発を行うことができなかった。そのため、期間を延長して本研究を遂行する。本年度は、産業技術総合研究所の協力により、in vivo用マイクロ波照射装置の開発を行った。本装置のマイクロ波照射部には、セミリジッドケーブルを採用した。これを平滑に切断して開放反射端を作製し、ここから外部に出るマイクロ波を試料に照射する仕組みとした。セミリジッドケーブルは、導波管と異なり遮断周波数がないため、幅広い周波数帯にてマイクロ波照射を行うことが可能である一方で、照射範囲が限局されるといった欠点もある。
クシャ-ナ時代におけるアビダルマ教養学形成の研究

本研究は、特にインドのクシャ-ナ時代における仏教教養学形成の過程を明らかにし、なかでも説一切有部の教養学形成の動因の一つに、大乗仏教との緊張関係を見ていこうとするものである。説一切有部の三世実有説とは、大乗仏教、特に般若経における諸法の空という立場に対し、諸法の自性が決定しているという立場を表わすものであると見る。この自性決定という立場は、単独の教養学的営為から生まれたものではない。自性決定という発想を生みださざるを得なかった背景に般若経があると考えるべきであろう。また、『倶舎論』の最も基本的な立場は、大乗仏教の教養学を構築しようとする『瑜伽師地論』の影響を決定的に受けているのである。われわれは、『倶舎論』と『順正理論』の研究を通して、かえって説一切有部の教養学の集大成とされる『阿毘達磨大毘婆沙論』に胚胎する問題を鮮明にすることができるのである。そして説一切有部教養学の研究の現在は、『倶舎論』の註釈書である安慧のTattvarthaを離れては成り立たないといえよう。今回の科学研究費補助によって、(1)『阿毘達磨大毘婆沙論』以前の説一切有部の諸論書の研究とパ-リ・アビダルマとの比較研究、(2)『阿毘達磨大毘婆沙論』における論題整理、(3)『瑜伽師地論』との比較研究、(4)Tattvarthaによる『順正理論』との比較研究、(5)パ-リ小部中のTheragagh,PatisambhidamaggaやVisuddhimaggaに見られる「ダルマヴァ-ダ」思想の位置付け等々を計画していた。これらの課題の成果報告はまだほとんど途上にある。しかしこの研究の中で最も重要な部分である(4)Tattvarthaについての成果報告を、「TattvarthaとLaksananusariniの比較研究」と題して、公表し刊行した。本研究の目的は、インドのクシャ-ナ時代、特にカニシカ王の治世の時にカシミ-ルで編纂されたと伝承されている『阿毘達磨大毘婆沙論』に代表される説一切有部の教義学、いわゆるアビダルマ教義学の形成過程についての研究である。カニシカの年代については、まだ定説はないが、ほぼ西暦紀元後2世紀と考えてよいだろう。仏教教義学の歴史にとって、この時代はきわめて重要である。『般若経』に代表される大乗仏教が、たとえば初期般若経系から後期般若経系へと展開しつつあり、その固有の教義学が生み出されていた時期といえる。それと時を同じくして、自ら正統的とみなすいわゆる部派仏教の代表格、説一切有部の教義学の集大成が試みられたことになる。このことが意味することは重大である。というのは、従来の教義学の研究においては、中国より伝承された法相宗の立場を出ることはなかった。その立場とは、説一切有部の教義学とは小乗仏教のそれであり、その教義の展開は小乗の教義の中でその教義自身の要請にもとづいて行なわれたと見るものである。つまり、説一切有部の教義学を孤立した展開系の中において見ようとするものである。そしてその背景には、小乗と大乗の教義はまったく別個のものであり、後者は前者に対しはるかに優れたものとする見方がある。この立場の優劣を問うという伝統的な方法論の枠組みが、いまなお、仏教研究を支配している。

本研究は、説一切有部の教義学を、孤立した展開系の中に置かず、大乗仏教との緊張関係の中に見て行こうとするものである。本年度の成果の一つとして、説一切有部の教義学が、『阿毘達磨大毘婆沙論』に至って非常に大きな変容展開を成し遂げていることが明らかになったということである。それがどういう事情に基づくものかを今後さらに明らかにして生きたい。今回の科学研究費補助によって、(1)『阿毘達磨大毘婆沙論』以前の説一切有部の諸論書の研究とパ-リ・アビダルマとの比較研究、(2)『阿毘達磨大毘婆沙論』における論題整理、(3)『瑜伽師地論』との比較研究、(4)Tattua^^ーrtha^^ーによる『順正理論』との比較研究、(5)パ-リ小部中のTheraga^^ーgha^^ー,Patisambhida^^ーmaggaやVisuddhimaggaに見られる「ダルマヴァ-ダ」思想の位置付け等々を計画していた。前年度までに、(1)『阿毘達磨大毘婆沙論』以前の説一切有部の諸論書の研究とパ-リ・アビダルマとの比較研究、(2)『阿毘達磨大毘婆沙論』における論題整理の二点にわたっての研究を進めた。その成果の一つが、説一切有部の数義学が、『阿毘達磨大毘婆沙論』にいたって非常に大きな変容展開を成し遂げているということであった。その変容の一般的な特徴をいえば、修道論上のいくつかの教義概念が、それまでは一個体相続に関わって述定されていたのに対し、個々の瞬間的な法の概念を基礎にした概念へと変容していることである。このような変容の背景を探ることが本年度の課題であった。そのために、(3)、(4)、(5)の個別テ-マに取り組んだ。その中でも、特に『倶舎論』の註釈書である安慧のTattua^^ーrtha^^ーは、極めて特異な位置をもっている。『倶舎論』のその基本的な立場が『瑜伽師地論』の影響を決定的に受けていることは、本研究代表者によって、これまでに明らかにされてきた。その際だった論争点は、説一切有部の諸法の自性決定というところにある。『倶舎論』は、この説一切有部の基本路線を批判した。それを受けて立った衆賢の『順正理論』は、説一切有部の基本路線を再構築しようとする。そして安慧はそれをさらに批判するのである。本研究は、Tattua^^ーrtha^^ーの重要性を再確認することとなった。そこで本研究の成果としてTattua^^ーrtha^^ーの本文校訂テクストの一部とその翻訳、及びそれに対応するLaks__・an__・a^^ーnusa^^ーrin__・i^^ーの本文校訂と翻訳を対照させて、公表出版することとした。
塩素低減型の次世代水道における病原細菌の制御に資するバクテリオファージの探索

昨年度に引き続き、水系感染性細菌の中でも特に世界中で甚大な健康被害を出している赤痢菌(Shigella)に着目し、赤痢菌に感染する溶菌性バクテリオファージ(以下ファージ)の探索と特性解析を行った。昨年度下水中から単離した4株のファージ単離株のうち、最も宿主範囲の広かったSfPhi01について、全ゲノム情報解読に基づく特性解析を実施した。SfPhi01株を宿主菌と共培養することによりファージ培養液を作製し、更にファージ画分を濃縮することで高濃度ファージ液を得た。この高濃度ファージ液からファージDNAを抽出・精製し、次世代シークエンシングによる全ゲノム解析に供した。ゲノム解析の結果、このファージは全長168kbの環状二本鎖DNAをゲノムとして有することが分かった。データベース上のファージ遺伝子情報と照合した結果、このファージはMyoviridae科に属する新規ファージであることが明らかとなった。赤痢菌に感染するファージに関する新たな知見を得ることができたと言える。また、環境中に広く存在する病原細菌として知られているKlebsiella属細菌の溶菌性ファージの探索も行った。具体的には、流入下水試料からKlebsiella属細菌を宿主菌としてファージを集積した後、スポットテストによりファージの存在を確認した。ファージが確認された試料についてプラーク単離を3回繰り返すことでファージを単離した。単離ファージ株を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察したところ、形態学的特徴からMyoviridae科とSiphoviridae科に属すると判断された。宿主菌のKlebsiella属細菌(S05株)ならびに単離ファージ(05F01株)の双方について次世代シークエンシング技術を用いた全ゲノム解析を実施した。本年度(二年目)の到達目標は、環境試料から水中病原細菌に感染するファージを単離し、その特性を解析することであった。赤痢菌に感染するファージの全ゲノム配列を次世代シークエンシングにより解読し、ゲノム構造や遺伝系統学的分類を明らかにした。更に、赤痢菌ファージだけではなくKlebsiella属細菌に感染するファージの単離にも成功しており、こちらも全ゲノム配列解読に基づく特性解析を実施した。ファージ遺伝子とタンパク質の解析から、デポリメラーゼ(バイオフィルムを構成するEPSの分解に寄与する酵素)をコードする遺伝子の候補を見出すことに成功したことは特筆すべき成果である。全体としては、当初の計画に基づきおおむね順調に研究が進展していると言える。本年度の研究で同定したKlabsiellaファージのデポリメラーゼ候補遺伝子を大腸菌で発現させ、このタンパクがデポリメラーゼ酵素活性(バイオフィルム破壊能)を示すかどうかを調べることで、デポリメラーゼの特定を試みる。デポリメラーゼの特定に成功すれば、この酵素によるEPS成分の分解特性を詳細に解析する。続いて、実験室内で環境中での存在状況を模擬した条件(すなわち水中浮遊状態およびバイオフィルム)の宿主病原細菌を準備し、単離したファージがそれぞれの状態の細菌に対して示す溶菌能を明らかにする。低温(4度)から高温(44度)(それぞれ冬季と夏季の水道配水管内の環境を模擬)までの温度域における感染・溶菌能を評価し、ファージ活性の温度依存性を明らかにする。単離株ライブラリ中のファージの溶菌能を比較し、水道水中の病原性細菌制御という目的での実用性を有するバクテリオファージを見出す。本研究の一年目である本年度は、水系感染性細菌の中でも特に世界中で甚大な健康被害を出している赤痢菌(Shigella)に感染する溶菌性バクテリオファージ(以下ファージ)を探索した。具体的には、流入下水試料を濃縮し、宿主細菌として赤痢菌を用いてファージを集積した後、スポットテストによりファージの存在を確認した。ファージが確認された試料についてプラーク単離を3回繰り返すことで、4株のファージを単離しライブラリ化することに成功した。これらの単離ファージ株を透過型顕微鏡(TEM)により観察したところ、形態学的特徴からMyoviridae科(1株)、Podoviridae科(1株)、Siphoviridae科(2株)に属すると判断された。また、単離ファージ株の宿主域を調べたところ、4株のうち3株は赤痢菌だけでなく大腸菌に対しても感染・溶菌能を示した。次に、病原細菌制御に資する生物ツールとしてのファージの有効性を実証するため、ファージ感染による宿主細菌増殖抑制能を調べた。1種類のファージの単独感染では、一旦宿主細菌の増殖が抑制されるものの、その後増殖が認められた。これに対し、2種類のファージを感染させた場合には、宿主菌の増殖は認められず、長時間にわたり宿主菌増殖抑制効果が継続した。これは2種類のファージの共存により溶菌を免れる細菌細胞数が大幅に減少したためであると考えられた。本研究の成果は、ファージを水中病原細菌制御に利用する上での課題を明らかにするとともに、ファージコンビネーションの有効性を示すものである。本年度(一年目)の到達目標は、環境試料から水中病原細菌に感染するファージを探索し、単離株ライブラリを構築することであった。実際には、赤痢菌について4株のファージ単離株を取得することに成功し、宿主域や形態学的特徴だけでなく宿主細菌増殖抑制能も評価できたことは、特筆すべき成果であると言える。また、複数種のファージを混合することで、一種類のファージの単独感染よりも高い宿主細菌増殖抑制効果が得られることも見出した。