hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フォノンスペクトル・エンジニアリングによる高度な熱輸送制御

以上の知見を活かして、電気伝導とゼーベック係数をできるだけ維持しながらフォノン輸送を低減させる熱電材料として、ナノ粒界,ナノドット,ナノ空孔、金属ナノ粒子などを統合したナノシリコン複合材を作製し、その熱電性能を評価した。フォノンの粒子性と波動性を考慮した計算や、ナノ構造の熱伝導率の温度依存性の測定の技術を確立し、シリコンを基盤としたいくつかの具体的な材料の設計や評価が進み、スペクトル物性を活かした制御を示すことができており、研究はおおむね順調に進んでいる。熱電変換材料の性能を向上するには電気伝導率と独立に熱伝導率を低減することに加えて、起電力(ゼーベック係数)自体を増大させるシナリオが必要である。そこで、フォノンドラッグ効果を利用してゼーベック係数を向上することを念頭に、フォノンドラッグ効果を評価した。具体的には、平均粒径が50 μmのシリコンナノ粒子焼結体を作製して、熱伝導率およびゼーベック係数の温度依存性を測定した。作製したシリコンナノ粒子焼結体の熱伝導率およびゼーベック係数は、単結晶シリコンのそれと比べて大きく低下した。ボルツマン輸送に基づく理論モデル計算を用いて解析した結果、ゼーベック係数の低減はフォノンドラッグ効果のサイズ依存性によるものであることがわかった。また、フォノンドラッグ効果に寄与するフォノンの平均自由行程は熱伝導に寄与するそれに比べて長いことがわかった。これらより、直径数nmのナノ析出構造などの高周波数(短平均自由行程)のフォノンを選択的に散乱する適切なナノ構造の導入することで、フォノンドラッグ効果を活かしながら熱伝導率を低減することにより熱電性能が向上できる可能性を示した。これまでの研究で明らかにした各種の効果を合わせて、シリコンを基盤とした環境親和型および低コスト材料の無次元性能指数(ZT)を向上するべく、前年度に引き続き、ナノ粒界,ナノドット,ナノ空孔、金属ナノ粒子などのナノ構造を有するナノシリコン複合材の開発を進めた。メタルアシストエッチングにより作製したポーラス・シリコンナノワイヤーをプラズマ焼結によって高密度化しながら複雑ナノ構造化することで、上記の様々なナノ構造を階層的な長さスケールで作り込んだ。得られた材料は非常に低い熱伝導率を示しながらも、高いパワーファクターを維持し、ほぼシリコンのみを用いた材料としては非常に高い値であるZT=0.3@室温を実現することに成功した。
人工物が野生復帰コウノトリに与える負の効果解明と対応策検討～人間活動の光と影

円山川流域の河川、水田およびビオトープを対象に、コウノトリの主要な餌動物の分布・生息状況および生息要因について調査した。河川では、在来種であるイシガメの生息域が限定されることや、汽水性ハゼ類の主要ハビタットとして水際の緩傾斜砂底が重要であることが示唆された。水田では、魚類遡上数には水田魚道上端部の堰板の形状および越流水深が寄与していることが明らかになった。水田ビオトープでは、敷設された魚道への秋季通水により、コウノトリの餌動物であるタモロコなどの魚類が遡上することを見出し、魚道への秋季通水は、コウノトリにとっても有用であることが示唆された。また、ビオトープにおける除草や浅瀬や深場の創出等の人為的な管理は、ゲンゴロウ類等の水生動物のハビタットを創出、維持し、コウノトリが採餌場所として機能することが示された。過去14年間(2006年2019年)のコウノトリ繁殖つがいの造巣場所163例について、人工物との関係を整理した結果、電気事故と負傷事故が起こりえる危険な場所である人工物「電柱・鉄塔」を営巣場所として選択する傾向がみられた。また、過去14年間(2005年2018年)のコウノトリの救護・死亡事例105例について死亡要因を分析した結果、「防獣ネット等の鳥獣対策資材」「送電線等の電気関係設備」に関する事故が2大要因であることが明らかになった。さらに、当年度中の救護個体7個体の健康状態の確認、死亡個体9個体の死因の特定を行ったが、致死に至る胃内人工物は確認されなかった。一方で、食道および胃内容物からは、ドジョウ、トノサマガエル、コオイムシ、トンボ目幼虫、コガムシなどの水生動物が検鏡されたことから、これらの止水性水生動物群集の生息場所となる湿性環境の創出が重要であることが示唆された。自然再生事業地のコウノトリからみた評価が十分ではない。また、市街地・集落や圃場・河川など土地利用の変遷過程について、時間的・空間的に整理する作業に時間を要している。しかし、この2つは19年度も作業期間に含まれているため、留意して進めていく。豊岡盆地に複数個所造成されているビオトープの水生動物群集の生息状況を調査し、湿地性水生動物群集の多様性が高い湿地環境を明らかにする。コウノトリ飛来状況の調査については、河川の自然再生地を含めて引き続き実施する。人工物との関係性については、救護・死亡要因(e.g.送電線鉄塔)の位置をマッピングし、因果関係を解析する。土地利用の変遷については、マッピング作業を進め、豊岡盆地における地域生活空間が移り変わってきた特徴について精査する。

土地利用の変遷については、マッピング作業を進め、豊岡盆地における地域生活空間が移り変わってきた特徴について精査する。豊岡盆地における土地利用の変遷整理および分析に遅延が生じている。また、コウノトリの利用環境についての現地調査および解析に遅延が生じている。次年度において、前者では、市街地・集落や圃場・河川など土地利用の変遷過程について、写真購入、聞き取り等を行い、時間的・空間的な整理を行う。後者では、自然再生事業地における、コウノトリの利用状況を発信機データ等に基づき把握していく。
隠れた沿岸海洋ホットスポットを発見する技術の開発

沿岸の小規模な生物学的ホットスポットを探し、その成立過程を研究することを目的とし、津軽海峡において、オオミズナギドリのGPSトラッキングとうしお丸による海洋環境・海鳥分布調査を実施した。尻屋海脚周辺の躍層付近に高い一次生産が安定してみられたが、魚探で確認された魚群分布はこれとは必ずしも一致していなかった。海鳥の分布は小規模な上昇流などや、捕食性魚類に追い上げられた餌生物の分布と関係しているようだった。沿岸・陸棚域ホットスポット形成には、地形、海流、捕食性大型魚類が重要なようである。トラッキング結果と目視結果の整合性についてはさらに検討する必要がある。沿岸・陸棚域にできる小規模で継続時間の短い生物学的ホットスポットを簡便に探しその成立過程を研究することを目的とした。秋に津軽海峡からその太平洋沿岸部においてうしお丸をつかった海洋環境・海鳥分布調査、追加としておしょろ丸をつかった海鳥分布調査を実施した。調査海域は高気圧性渦と沿岸親潮により、複雑で変化しやすい物理環境にある。尻屋海脚先端付近ではその東西に、付け根付近では西側だけに、深度20-30m付近に密度躍層と一致してクロロフィル極大が存在した。海脚の東西の深度3040m付近に強い音響反応があったが、日中浮上することはなかった。オオミズナギドリは、うしお丸による調査では、尻屋海脚の東外側、海峡中央部で多く見られたが、尻屋海脚上での採食群は観察されなかった。その後のおしょろ丸による調査では海脚末端部に多数が出現した。岩手県船越大島にてオオミズナギドリにGPSデータロガーを装着しその索餌行動を調べた。これらの個体は襟裳沖に採食に出かけ、調査海域を利用しなかった。津軽海峡では秋期間に、沿岸親潮と海脚があるていど安定性のあるホットスポットの成立に役立っていそうなことがわかったが、魚群が海面に浮上したときだけ海鳥がこれを利用するようであり、高次捕食者の採食場所をホットスポットの指標とする際の注意点が明らかになった。25年度に引き続き、秋に津軽海峡からその太平洋沿岸部においてうしお丸をつかった海洋環境・海鳥分布調査を実施した。日変動に対応するため、陸からの観察も予定していたが都合により実施できなかった。尻屋海脚先端付近ではクロロフィル極大が見られなかったが付け根付近では深度20-40m付近に密度躍層と一致してクロロフィル極大が存在した。尻屋海脚先端では音響反応がなく、付け根では開脚直上に音響反応があり、オオミズナギドリ小集団が散発的に、ブリに追われたイワシ類を採食しているのが観察された。また大間崎沖で、ボール状の小魚群の強い音響反応とともにオオミズナギドリの採食群が観察され、マグロも目視された。こうした比較的強い音響反応が見られた場所でフレームトロールを実施したが餌生物は採取されなかった。餌生物の逃避能力が予想以上に高かったと考えられる。このように、地形は一次生産を通じてというよりも捕食成魚類の採食行動を通じて、餌生物をオオミズナギドリに利用しやすくしている可能性が考えられた。本研究と関連して、三陸沖で得られた既存のデータ(オオミズナギドリを材料とした船からの目視とGPSトラッキングの結果)を再解析した。多数個体の追跡結果からコロニーや性を独立変数に入れた生息地モデルを作成し目視データによる生息地モデルと比較したところ、両者を統合するアプローチが有効そうであることがわかった。海洋生態学予定通り、海洋調査とGPSトラッキングを実施できた。尻屋海脚での採食群をとらえることはできなかったが、周辺の海洋構造や生態系に関する情報を得ることができた。おしょろ丸では海洋調査は実施できなかったが尻屋海脚でのオオミズナギドリ採食群をとらえることができたので、この場所が時として採食場所として重要になることがわかり、その要因を解明するめどがついた。秋の津軽海峡は海況が複雑で、地形による影響も大きく受けていること、尻屋海脚の東西の躍層付近に高い一次生産があり、その下部に濃い魚群がいることがわかった。その一方で、海鳥の分布は日変化が大きく、小規模な上昇流などの日変化によるのかもしれない。昨年度得られたドップラー流速計と科学魚探データの詳細な解析を進める。

トラッキングについては、今年度は他の研究組織と協力して実施することとし、うしお丸による海洋調査を充実させ(一般海洋観測・魚群探知機による調査にくわえ、採水とフレームトロールによる魚の採取)、また日変動が大きいことに対応するため、陸からの観察も平行して実施する。3月に購入した消耗品の4月支払い分である3月に購入した消耗品につき4月に支払う
シナプス成熟過程におけるイオンチャネル局在化のメカニズム

シナプスの興奮性を抑制する電位依存性K+チャネルであるKv4.2は、細胞体と樹状突起に発現し、シナプスの活動に応じてシナプス近傍に集積する。このしくみを明らかにするために蛍光タンパク(EGFP)を付加した変異体を作成して強制発現させ、細胞膜への発現経路を検討した。Kv4.2結合タンパクがゴルジ体への輸送促進効果を通じて細胞膜への発現を促進していることを示した。シナプスの興奮性を抑制する電位依存性K^+チャネルであるKv4.2は、シナプス入力に依存してシナプス近辺の樹状突起へと集積する。この活動依存的な局在機構に関与する機能ドメインと、そのドメインに相互作用するタンパクを明らかにすることを目的として、小脳初代培養細胞を用いて変異型Kv4.2の局在を観察する実験系の検討をおこなった。小脳初代培養細胞においてKv4.2は顆粒細胞の細胞体に発現するが、苔状線維(橋核細胞)との共培養によるシナプス形成によってシナプス近傍への局在が観察される(Shibasaki et al.2004)。この実験系はin vivoの状況をよく反映している。そこでKv4.2タンパクのN-末端、C-末端、中間の細胞外ドメインにEGFPを付加した融合タンパクcDNAを強制発現させることによって、変異タンパクの局在観察を試みた。その結果、それぞれの変異体タンパクの発現は抗EGFP抗体による染色で確認できたものの、EGFPの蛍光は低く、特異的と思われる細胞内局在も観察されず、発現条件の検討では改善されなかった。融合体EGFPの発光効率が低い可能性と、立体阻害のために発現量が低くなっている可能性が考えられた。現在、タグをpAcGFPとpDsRed monomerへの換装中である。Kv4.2タンパクのN-末端、またはC-末端にEGFPを付加した融合タンパクcDNAを強制発現させることによって局在観察を試みたが、小脳初代培養細胞を用いた場合は明確な局在がみられなかった。問題点を明らかにするために、これらの変異型Kv4.2の発現と機能に関してCOS-1細胞を用いて検討したところ、ホールセルパッチクランプ法で野生型類似の不活性化を示すAタイプのK電流が確認された。ただしEGFPをN-末端に付加した変異体は不活性化の時定数が野生型より大きかった。これはN-末端が不活性化を担っているため、それがEGFP付加によって阻害されたものと考えられた。また、COS-1細胞、L細胞では変異型Kv4.2とKChIPの共発現はERから細胞膜への移行を促すという結果が得られた。ただし定量的な解析ではないため、移行促進の程度は不明である。これらの結果から、EGFPを付加した変異体は少なくとも細胞膜への発現において野生型同様の性質を保持していると考えられた。シナプスの興奮性を抑制する電位依存性K+チャネルであるKv4.2は、シナプス入力に依存してシナプス近辺の樹状突起へと集積する。小脳初代培養細胞においてKv4.2は顆粒細胞の細胞体に発現するが、苔状線維(橋核細胞)との共培養によるシナプス形成によってシナプス近傍への局在が観察される(Shibasaki et al. 2004)。Kv4.2タンパクのN-末端、またはC-末端にEGFPを付加した融合タンパクの発現について検討した。COS-1細胞で強制発現されたチャネルタンパクは、ERマーカーである抗KDEL抗体、およびゴルジ体マーカーである抗Golgi58K抗体をもちいた2重染色でERマーカーと分布が一致していた。融合タンパクの'細胞内局在は、付加されたEGFPの部位よる違いはなかった。Kv4.2結合たんぱく質であるKChIP-1を強制発現させると、チャネルの分布は主にゴルジ体マーカーと一致した。KChIP-1と類似のタンパクであるNCS-1でも同様の効果がみられた。これらからCOSおよびL細胞の発現系ではERからゴルジ体へ移行促進がチャネルの発現促進の主因になっていると考えられた。また、これら結合タンパクはチャネルのN-末端側に結合すると考えられているため、N-末端融合タンパクに対しても同じ効果があることは興味深い。N-末端へのGFP付加はチャネルのAタイプ不活性化の性質を阻害するが、その近傍でおこるタンパク相互作用には影響しないと考えられる。
手腕振動の生体影響と許容基準設定に関する研究 -振動の物理特性と生体影響に関する実験的・疫学的検討-

実験的研究と疫学的研究によって、(1)手腕振動に対する生体反応を循環機能のみでなく知覚機能、自律神経機能も含めて明らかにし、(2)振動負荷の時間的特性、室温および加振ハンドル温度等の環境条件との関連を明らかにし、(3)振動暴露による健康障害に対する、性、年齢、人種の影響を明らかにすることによって、信頼性の高い手腕振動許容基準を確立することを目的とした研究を行った。振動曝露者に対する疫学的文献解析では我が国のものに限定、手持動力工具のみでなく機械類を含めた手腕振動を対象とし非振動性白指有症率を比較した。白指は医師の問診で確認を受けているもののみを選定した。日本人一般集団における白指有症率に関する疫学論文解析から振動起因性を除く白指有症率は、概ね男性で13%、女性で14%程度と推測した。曝露年数、振動の大きさと白指有症率の回帰式を求めた。握り圧、ハンドル温度を調節できる加振ハンドルを作製し、恒温水循環装置(東京理科機器UA-100G)を用いて、内部に温冷水を循環させてハンドル温度を5°Cから40°Cの範囲で調節できるようにした。同ハンドルを加振装置(アカシME65)に装着、冷凍機を備えた防音室に設置し、室温を5°Cから35°Cの範囲で制御可能とした。健常者を対象に、周波数16Hz500Hz、振動負荷時間0.510分、握り圧10、40Nの組み合わせで、ハンドル温度、室温を変えて急性振動負荷実験を行った。末梢神経機能の指標として指尖振動感覚閾値、末梢循環機能の指標として手指皮膚温、皮膚血流(熱勾配式血流計)を測定した。冷水浸漬による手指皮膚温および心拍変動、冷却負荷による手指血圧検査を実施し、寒冷負荷に対す末梢循環反応、自律神経反応との関連を検討した。以上の検討から、10年間の職業的な振動曝露によっても日本人一般集団の白指有症率を超えないことが期待できる基準として、周波数補正8時間等価振動加速度実効値の3軸合成値として2.8m/s^2の妥当性が示された。総合的解析をさらに継続中である。実験的研究と疫学的研究によって、(1)手腕振動に対する生体反応の周波数特性を循環機能のみでなく知覚機能、自律神経機能も含めて明らかにし、(2)振動方向や振動負荷の時間的特性、暴露に付随する温度/騒音条件との関連を明らかにし、(3)振動暴露による生体影響/健康障害に対する、性、年齢、人種、生活環境の影響を明らかにすることによって、信頼性の高い手腕振動許容基準を確立することを目的として研究を遂行中である。本年度は、上肢への振動負荷実験のために、パソコン制御の振動発生装置(加振装置)と熱勾配式血流測定装置を購入するとともに、加振装置に固定し被験者による把持力、握り力、温度を制御できる軽量アルミ製の加振ハンドルを2個作製した。これにより異なる周波数の振動負荷に対する生体影響を、負荷振動特性、室温、騒音などの付随因子との関連で実験的に解析することが可能となった。また、白指・手指しびれ有症率に関する疫学文献を解析するとともに、山口県内において地域住民の自覚症状有症率に関する質問紙を用いた調査を行なった。

さらにこの間、平成12年10月には同年3月まで本教室大学院生であったバングラディシュのLaskar博士、平成13年2月にはISO(国際標準化機構)の手腕振動曝露評価標準化に関する作業グループの責任者である英国HSEのNelson博士を招聘し、研究協力を得るとともに研究計画に関するreviewを受けた。次年度は、振動周波数、振動強度、振動方向、負荷時間特性、室温条件などを変えた加振実験を行ない、生体指標として、手指血流、手指皮膚温、振動感覚閾値、心拍変動を測定・解析するとともに、白指・手指しびれ有症率に関する疫学文献の収集・解析を継続する予定である。実験的研究と疫学的研究によって、(1)手腕振動に対する生体反応の周波数特性を循環機能のみでなく知覚機能、自律神経機能も含めて明らかにし、(2)振動方向や振動負荷の時間的特性、暴露に付随する温度/騒音条件との関連を明らかにし、(3)振動暴露による生体影響/健康障害に対する、性、年齢、人種、生活環境の影響を明らかにすることによって、信頼性の高い手腕振動許容基準を確立することを目的として研究を遂行中である。本年度は、昨年度購入したパソコン制御の振動発生装置(加振装置)と熱勾配式血流測定装置、独自に作成した加振装置に固定し被験者による把持力、握り力、温度を制御できる軽量アルミ製の加振ハンドルを用いて、振動負荷による末梢循環機能に及ぼす影響、同じく知覚機能に及ぼす影響、振動の上肢への伝達様式に関する実験的検討を中心に行った。これにより異なる周波数の振動負荷に対する末梢循環機能影響の差を検討するとともに、断続振動曝露による一過性振動感覚閾値変動の予測式の検討、周波数の違いによる振動伝搬率の差を検討した。また、熱帯地域におけるレイノー現象およびしびれ症状の有症率を検討するための予備調査を行った。また、振動負荷による自律神経系への影響を、手腕振動症候群患者の手指冷却負荷による反応を指標に心電図R-R間隔のFFT解析によって行った。研究結果は、国際学会で報告するとともに、国際研究雑誌に投稿した。さらに、被験者と負荷条件を増やして振動曝露実験を継続するとともに、疫学的データと合わせた解析を行う予定である。実験的研究と疫学的研究によって、(1)手腕振動に対する生体反応の周波数特性を循環機能のみでなく知覚機能、自律神経機能も含めて明らかにし、(2)振動方向や振動負荷の時間的特性、暴露に付随する温度/騒音条件との関連を明らかにし、(3)振動暴露による生体影響/健康障害に対する、性、年齢、人種、生活環境の影響を明らかにすることによって、信頼性の高い手腕振動許容基準を確立することを目的とした研究を行い取りまとめ中である。本年度は、パソコン制御振動発生装置(加振装置)、熱勾配式血流測定装置、加振装置に固定し被験者による把持力、握り力、広範囲に温度を制御できる軽量ジュラルミン製の加振ハンドル(独自に設計・改良し計3台製作)を用いて、振動負荷による末梢循環機能影響、同じく知覚機能影響、冷水浸漬に対する手指皮膚温変動を同一被験者に対し実施し、振動負荷と冷却負荷による生体反応の比較検討を中心に行った。さらに昨年に引き続き、異なる周波数の振動負荷に対する末梢循環機能影響の差の検討、断続振動曝露による一過性振動感覚閾値変動の予測検討、ハンドル温度の差による振動感覚TTSへの影響、周波数の違いによる振動伝搬率の差を検討した。共同研究者である英国Southampton大学Griffin教授を2002年8月に招聘し、研究結果のreviewを受けた。以上についてこれまでの検討と合わせた総合解析を実施中であり、研究結果は、国際学会で報告するとともに、国際研究雑誌に投稿中である。
第三脳室腹側前部のADH分泌制御機構におけるPGとドーパミンの機能的連関の解明

当該研究期間の研究目的は、第三脳室腹側前部(AV3V)で作られるプロスタグランジン(PG)が、容量減少で惹起される抗利尿ホルモン(ADH)分泌や心血管因子等の反応に関わるのか否かと言う問題を調べ、続いて、AV3VにおけるPGE2の機能が、この領域に分布するカテコールアミン神経の働きを介してもたらされるのかどうかと言う問題を追求することだった。実験は、科研費交付申請書に記した如く行われ、一部を除き、ほぼ計画の通り進行した。結果の概要は以下の通りである。[1]覚醒ラットの大腿動脈から体重の1%の血液を2度(H1,H2)除去すると、H1後に、血圧や心拍数の変化を伴わない血漿ADH(pADH)の増加が生じ、H2後には、血圧が下がり、pADHは更に増大し、加えて血漿アンギオテンシン11(ANG11)が上昇した。血漿浸透圧やNa^+濃度は脱血によって変わらなかったが、C1^-は増加、K^+は減少した。[2]PC阻害薬であるメクロフェナメイト(MCL)を、AV3Vに微量注入すると、脱血によるpADHの上昇が阻害され、降圧反応の増強と心拍数低下が生じた。それ以外の因子への影響は見られなかった。これらのMCLの効果は、AV3Vから僅かに離れた側坐核や脳室への注入では起こらなかった。[3]AV3VのMCL注入部近傍にPGE2を局所微量投与するとpADH、血圧、心拍数が上昇した。[4]AV3Vにド-バミン、フェニレフリン(αアゴニスト)を局所微量注入すると、pADHが一過性に増大した。ドーパミン投与では、他の因子は全く変わらなかったが、フェニレフリン投与では、一部、血圧増加を併発する例が認められた。一方、イソプロテレノール(βアゴニスト)のAV3V注入は、降圧と頻脈をもたらした。[5]上述のフェニレフリンの効果はフェノキシベンザミン(αアンタゴニスト)のAV3V前投与によって消失した。一方、ド-ハミンの効果は、SCH23390(D1アンタゴニスト)の前投与によって抑制されたが、スルピリド(D2アンタゴニスト)のそれは効果が無かった。これらのアンタゴニストの投与のみでは、測定因子は全て不変だった。[6]PGE2のAV3V注入によるpADH,血圧、心拍数の増大は、フェノキシベンザミン、SCH23390、スルピリドのどれをAV3Vに前投与しても、有意に変化しなかった。[7]以上の結果は、(1)AV3Vで産生されるPGは、容量減少下のADH分泌と心血管機能の調節に重要な役割を担うこと、(2)AV3Vには、ADH分泌や心血管因子の変化に働くカテコールアミン受容体が存在するが、当該領域でのPGE2の作用は、これらの受容体によって媒介されるものではないことを示唆している。

[6]PGE2のAV3V注入によるpADH,血圧、心拍数の増大は、フェノキシベンザミン、SCH23390、スルピリドのどれをAV3Vに前投与しても、有意に変化しなかった。[7]以上の結果は、(1)AV3Vで産生されるPGは、容量減少下のADH分泌と心血管機能の調節に重要な役割を担うこと、(2)AV3Vには、ADH分泌や心血管因子の変化に働くカテコールアミン受容体が存在するが、当該領域でのPGE2の作用は、これらの受容体によって媒介されるものではないことを示唆している。本年度の研究目的は、第三脳室腹側前部(AV3V)で作られるプロスタグランジン(PG)が抗利尿ホルモン(ADH)放出を刺激する際に、カテコールアミン神経と機能的連関を有するのか否かと言う問題と、低容量刺激ADH分泌におけるAV3V内PGの役割を追求することだった。実験は覚醒ラットを材料に、科研費交付申請書に記した線に沿って行われ、一部の進行が遅延したとは言え、概ね期待する成果を得た。それらの概要は次の通りである。[1]AV3VにPGE2を局所微量インフュージョンすると、血漿ADH(pADH)が上昇し、血圧、心拍数が増加した。血漿浸透圧や電解質は変わらなかった。脳室内やAV3V以外の脳領域にPGE2を与えた場合には、2倍の投与量でも、このような現象は認められなかった。[2]PGE2のAV3V投与によるpADH、血圧、心拍数の増大は、同じ部位に、ドーパミン受容体阻害薬であるSCH23390やスルピリド、α-アドレナリン受容体阻害薬であるフェノキシベンザミンを前投与しても有意な影響を受けなかった。[3]大腿動脈から体重の1%の血液(血液量の約14%に相当)を10分間隔で2度除去すると、最初の脱血後には、血圧や心拍数の変化を伴わないpADHの増加が生じ、2度目の脱血後には、血圧低下と血漿アンギオテンシン11(ANG 11)の増大を伴ったpADHの上昇が発現した。血漿浸透圧やNa^+濃度は脱血によって変わらなかったが、Cl^-は増加した。[4]脱血によるpADHの上昇は、PG産生阻害薬であるメクロフェナメイト(MCL)を、AV3V内に局所微量インフュージョンすることによって有意に抑制された。このMCL処置は、脱血下で心拍数を減少させ、血圧低下反応を強めた。ANG 11等の、他の因子の反応には影響しなかった。[5]脱血に対するpADH、血圧、その他の因子の反応は、MCLをAV3Vに近い脳領野である中隔側坐核や脳室内に与えた場合には変化しなかった。[6]非脱血下のpADH、血圧、心拍数、その他の因子は、MCLをAV3V、中隔側坐核、脳室内のどこに与えても変わらなかった。以上の結果は、AV3V領域で産生されるPGは、低容量刺激下のADH分泌の促進に貢献すること、などを示唆している。当該研究期間の研究目的は、第三脳室腹側前部(AV3V)で作られるプロスタグランジン(PG)が、容量減少で惹起される抗利尿ホルモン(ADH)分泌や心血管因子等の反応に関わるのか否かと言う問題を調べ、続いて、AV3VにおけるPGE2の機能が、この領域に分布するカテコールアミン神経の働きを介してもたらされるのかどうかと言う問題を追求することだった。実験は、科研費交付申請書に記した如く行われ、一部を除き、ほぼ計画の通り進行した。結果の概要は以下の通りである。[1]覚醒ラットの大腿動脈から体重の1%の血液を2度(H1,H2)除去すると、H1後に、血圧や心拍数の変化を伴わない血漿ADH(pADH)の増加が生じ、H2後には、血圧が下がり、pADHは更に増大し、加えて血漿アンギオテンシンII(ANG II)が増加した。血漿浸透圧やNa^+濃度は脱血によって変わらなかったが、Cl^-は増加、K^+は減少した。[2]PG阻害薬であるメクロフェナメイト(MCL)を、AV3Vに微量注入すると、脱血によるpADHの上昇が阻害され、降圧反応の増強と心拍数低下が生じた。
美術教科書におけるビジュアル表現の研究-スペインの教科書を手がかりとして-

本研究の課題は、スペインの初等美術教科書にみられるビジュアル表現の教育効果とのそれらの活用方法について明らかにすることである。研究を進める中で美術教育全体の目的、教科書内容、教科書会社、関係省庁、学校現場、教育組織、教育法規も含めた総合的な研究成果が得られ、日本ではまだ十分に研究が進んでいないスペインの美術教育研究の推進をもたらすことに貢献した。平成20年度は海外調査を行い、教科書を中心としたデータベース構築に必要な教育機関の調査、教育資料の収集を行った。海外調査は研究代表者・研究連携者(金子亨、都築邦春、石井壽郎、正木賢一)、研究協力者(藤井康子)、現地協力者(宮原むつ美、Elena Gaviria Stewart、齊藤章、東浦一馬、堀越久美、宮崎光世、勝谷よしまさ他)が連携し合い実施した。(1)小学校の調査:マドリッドとバルセロナの小学校(各3校)の調査を行い、美術の授業内容や年間授業時間数等のカリキュラムに関する資料を入手した。また、ものづくり教育及びメディア教育と授業外の放課後・休日の児童支援状況についての調査を行った。(2)教育機関における聞き取り調査:マドリッド自治州教育省就学前・小学校教育総局の次長から、スペイン及びマドリッドの学校教育制度に関する現状を伺った。(3)教科書、教師用指導書、美術教育関連資料の収集:スペインの教科書会社ANAYA他4社を訪問し、教科書の収集を行った。ANAYA社では教科書発行責任者と執筆者から教科書出版に関する聞き取り調査を行った。マドリッド自治州教育省図書館及びUNED大学図書館にて資料収集を行った他、歴史的教科書の電子化作業を行った。(4)資料整理と研究会の開催:東京学芸大学にて研究会を開催した(6月、8月、1月)。現地にて、美術の教科書研究者であるバルセロナ・アウトノマ大学教員Esther Colladosの参加を得て研究会を開催した。平成21年度も海外調査を行い、教科書を主としたデータベース構築に必要な教育機関の調査と教育資料の収集を行った。海外調査は研究代表者金子亨及び研究連携者(都築邦春、藤井穂高、石井壽郎、正木賢一)、研究協力者(藤井康子)、現地協力者(宮原むつ美、宮崎光世、勝谷仁道、西川正恒、堀越久美、Elena Gaviria Stewart他)が連携し合い実施した。(1)学校調査:バスク州の公立小学校1校とアンダルシア州グラナダ地方の私立小学校(幼高一貫校)1校を訪問し、美術の授業内容やものづくり教育、メディア教育や授業外の放課後・休日の児童支援状況についての調査を行うとともに、年間授業時間数等のカリキュラムに関する資料を入手した。グラナダ大学教育学部を訪問し、スペインにおける美術教育研究の動向に関する現状を伺った。又教員養成の在り方やカリキュラム内容等についても調査を行い、教員養成課程の授業見学を行った。(2)教育機関における聞き取り調査:バスク州教育科学省の次長から、バスク州における学校教育制度や芸術教育に関する現状を伺った。バスク州の学習指導要領、教科書制度等に関する資料を入試した。(3)教科書、教師用指導書、美術教育関連資料の収集:スペイン国立図書館及び分館(アルカラ館)にて資料収集を行ったほか、歴史的教科書や文献の複写及び文献研究のためのリストを作成した。バスク州では自治州独自の教育プロジェクトが作成した教科書を入手した。(4)資料整理と研究会の開催:東京学芸大学にて研究会を開催した(5月、7月、10月、1月)。平成22年度は収集したスペインの初等教育段階の美術教科書に見られるビジュアル表現の用い方を中心に、視覚デザインの工夫、図形表現の在り方、情報メディアの導入の仕方等についてビジュアル・リテラシー教育という視点から分析するとともに、教師用指導書や関連資料から指導方法についての理論的研究を行った。また、前年度までの現地調査で得た写真や映像等の資料分析と整理を行い、不足部分の補填と未解決な問題等の対応として現地の研究者、小学校教員、資料収集・翻訳の為の協力者を7月に招聘し、調査結果の考察を行った。(研究代表者:金子亨、連携研究者:都築邦春、藤井穂高、石井壽郎、正木賢一、研究助手:藤井康子)具体的な内容は、下記のとおりである。1.平成20年度、21年度に収集した初等教育段階の美術教科書及び教師用指導書の分析と考察を行った。2.平成20年度、21年度に教育科学省、国会図書館等で収集した教育関連法規、関連資料の翻訳を行い、教育制度、教育組織、現行教育法、美術の学習指導要領について分析と考察を行った。3.スペインの美術教科書研究の第一人者であるバルセロナ・アウトノマ大学のエステル・コリャドス准教授、現地の小学校で美術講師を務める宮原むつ美女史、スペイン研究家の宮崎光世女史を招聘し、スペインの美術教育に関する研究発表と意見交換の場として7月31日(土)に国際シンポジウムを開催した。本研究では、美術教科書におけるビジュアル表現の研究が中心であるため、教科書の作成に携わる教科書会社の編集者及び執筆者の考え方と教育委員会の行政側の考え、現場教員からの要請を把握しその本質を捉えることが重要であった。

教科書では写真よりも挿絵が多用されているが、挿絵は伝えたい内容を凝縮した形で表現できるため伝達媒体として適切であり、それがスペインの美術教育の特質にもなっていることが明らかになった。
ベイズ神経回路網の研究と隠れマルコフ鎖推定への応用

隠れマルコフ鎖は状態のマルコフ鎖であるが、状態は観測されない。状態に依存して発生する信号の列から、神経回路網を用いて状態の列を推定するのがこの研究の目的である。必要なベイズ判別関数は、神経回路網が学習する。単一の神経回路網に同時に複数のベイズ判別関数を学習させる試みは、モデル実験で成功した。低次元信号の場合、隠れマルコフ鎖推定のシミュレーションは成功した。そのアルゴリズムは高次元信号の場合にも原理的に適用可能である。隠れマルコフ鎖を推定し得る神経回路網の構築を目的とする。回路網の主要部はベイズ判別関数の学習が可能な三層神経回路網である。隠れマルコフ鎖は、複数の状態の連鎖であるが、状態そのものは観測されず、推定の対象である。各状態において生成される信号をもとにその事前確率を求めて、各時点における状態をベイズ推定する。事前確率は信号の時系列から計算される。ベイズ判別関数は状態ごとに異なるので、この推定には複数のベイズ判別関数が必要であり、それらが神経回路網により学習されなければならない。それには、通常、複数の神経回路網が必要であるが、それらのベイズ判別関数がある意味で相互に類似している場合、単一の神経回路網に複数の素子を装備して、各素子への接続を切り替えると、各ベイズ判別関数が近似できる場合がある。研究は、目的に沿うベイズ神経回路網の構築と、それを用いての隠れマルコフ鎖の推定の二段階に分かれるが、平成22年度は、ベイズ判別関数を学習し得る神経回路網の構築が主たる研究内容となった。特に単一の神経回路網に複数のベイズ判別関数を学習せしめる研究に多くを費やした。研究の途中であるが、一応の成果が得られてすでに報告した(11項参照)。他方、この結果の応用の研究も併行して進めた。われわれの神経回路網はマハラノビス判別関数の学習し得ること、しかも、われわれのアルゴリズムを応用すると、単一の神経回路網による複数のマハラノビス判別関数の学習が可能であることに気付いた。その結果は平成23年度の国際学会で発表する。論文はすでに受理されて、印刷中である。隠れマルコフ鎖は、直接は観測されえない複数の状態の連鎖である。生成される信号の確率分布は状態に依存する。その時点までに観測された信号をもとに、その時点における状態をベイズ推定し得る神経回路網の構築が研究の目的であり、その主要部はベイズ判別関数の学習が可能な三層神経回路網である。ベイズ判別関数は状態に依存するので、この推定には複数のベイズ判別関数の学習が必要で、それらが神経回路網により学習されなければならない。それには、通常、複数の神経回路網が必要であるが、ベイズ判別関数が何らかの意味で相互に類似している場合、単一の神経回路網に若干の素子を装備して、複数のベイズ判別関数が学習できるアルゴリズムをわれわれは開発している。研究は、ベイズ判別関数を学習し得る神経回路網の構築と、それを用いての隠れマルコフ鎖の推定の二段階に分かれる。平成23年度には、前年度に構築した神経回路網の完成度を高め、合成データによる隠れマルコフ鎖の推定を試みて成功した。満足すべき結果であったが、特に、状態の遷移が事前確率と確率分布の平均値の変化のみを意味する場合には、単一の神経回路網による複数の状態間の遷移が推定可能な回路網に構築に成功した。他方、この研究結果の応用として進めている神経回路網によるマハラノビス判別関数の学習についても、アルゴリズムが改良され、その結果を平成22・23年度の国際学会で発表したが(23年度については11項参照)、その後の研究成果について、本年度の国際学会でも発表する予定である。研究の目的は隠れマルコフ鎖を推定し得る神経回路網の構築である。隠れマルコフ鎖は、複数の状態間の遷移の連鎖であるが、状態は観測されず、推定の対象である。各状態において生成される信号をもとに、事前確率を求めて、各時点における状態をベイズ推定する。状態が異なればベイズ判別関数は異なるので、隠れマルコフ鎖の推定には複数のベイズ判別関数が必要であり、それらが神経回路網により学習されなければならない。それには、通常、複数の神経回路網が必要であるが、それらが類似している場合、単一の神経回路網に若干の記憶素子を装備し、状態に応じて各素子への接続を切り替えながら学習すると、複数のベイズ判別関数が同時に学習できる。昨年度までにそのアルゴリズムは開発した。実データを扱う際、しばしば遭遇する問題は教師信号の数の不足である。当年度の研究において、母集団分布が正規分布に近い場合、この問題をほぼ解決する方法を開発した。中心極限定理と大数の法則を援用して教師信号の数を増やす。その際、信号の分布がある程度の歪みを生ずるが、信号の分布がもともと正規分布に近ければその歪は小さい。

今年度の研究において、さらに、この方法が、単一の神経回路網による複数のベイズ判別関数の学習のアルゴリズムと併用できる事を示した。中心極限定理が有効に働いて、データが不足する場合の複数のマハラノビス判別関数の推定に応用できるので、そのようなタイトルで、この研究の中間報告としての意味をもつ形にまとめ、研究結果をNeural Computationsに投稿した。しかし、シミュレーションを充実するようにとのコメントがついて、目下、対応中である。この論文の出版にめどをつけて後、シミュレーションをもう少し充実させて、神経回路網による隠れマルコフ鎖推定の論文の執筆に入る。1.確率分布が一次元正規分布の場合には、二状態の隠れマルコフ鎖の推定にシミュレーションにおいて成功し、アルゴリズムの正しいことが確認できている。2.確率分布が二次元正規分布の場合にも、一定の条件下における単一の神経回路網による複数のベイズ判別関数の学習に成功している。24年度が最終年度であるため、記入しない。1.さらに高次元の確率分布に対応可能な神経回路網の構築。2.確率分布の非正規分布への拡張。3.これまでは、合成データを用いたシミュレーションであったが、今後、実データについてもシミュレーションしてみたい。おそらくデータ数の不足がネックになると思われるが、その克服を試みたい。
治療効果予測困難な現行のＥＧＦＲ抗体治療における新規予測検査法の開発

本研究において,大腸癌の抗EGFR抗体治療における新規効果予測法の開発を試みた.抗体治療薬であるcetuximabを用いた高感度検出法およびこれをサロゲートする簡便法は確立できたものの,これを用いた生存期間解析では,RAS/BRAF野生型大腸癌の治療効果予測上有意な結果は得られなかった.そこでRAS/BRAF野生型およびこれにKRAS変異導入した細胞株を用いた網羅的解析により新規効果予測マーカーの探索を行ったところ,発現変動が認められた遺伝子が,核酸代謝関連膜結合タンパクをコードする遺伝子を含め12種同定された.これら新規同定遺伝子については,治療効果予測マーカーとなり得る可能性が示唆された.本研究は,大腸癌の抗EGFR抗体治療において未だ規定できない効果予測因子を明らかにするために,抗体治療薬によって検出される標的分子の組織発現解析法を構築し,治療薬の組織結合部位の特定を行うと共に,治療効果との関係性を明らかにし,さらに新規の効果予測検査法を確立することを目的としており,本年度は以下の2課題に取り組んだ.[1]抗EGFR抗体薬既治療のKRAS/NRAS/BRAF野生型EGFR陽性大腸癌におけるCTX-EGFR検出法による治療効果予測に関する前向き観察研究:本研究で開発したセツキシマブを用いたEGFR IHC検出法(CTX-EGFR検出法)に用いる症例選択を国立がん研究センター中央病院の協力を得て行った.当初EGFR陽性・KRAS野生型大腸癌症例を抽出する予定であったが,NRAS変異等が治療抵抗性に関わることが最近の臨床試験で明らかとなったことから,KRAS/NRAS/BRAF野生型EGFR陽性大腸癌の抽出を行った.変異解析はサンガー・シークエンス法により行い,32例が抽出された.[2] KRAS/NRAS/BRAF野生型大腸癌細胞株を用いた新規効果予測マーカーの探索:抗EGFR抗体治療薬に対し治療感受性を示すKRAS/NRAS/BRAF野生型のSW48細胞およびこの細胞に治療抵抗性を示すKRAS変異(G12D)をknock-inしたSW48/G12D細胞,さらにCTX結合との関連性が確認されたEGFR増幅状態をmimicするためそれら細胞へEGFR遺伝子をそれぞれ導入したSW48/EGFR細胞およびSW48/G12D/EGFR細胞の4種の細胞株の作製を行った.SW48細胞およびSW48/G12D細胞を入手後,pCAGGS発現ベクターにhEGFR遺伝子を組み込み,両細胞にそれぞれ遺伝子導入した.これまでにそれぞれ安定発現細胞株15クローンが得られた.本研究は,大腸癌のEGFR抗体治療において未だ規定できない効果予測因子を明らかにするために,抗体治療薬によって検出される標的分子の組織発現解析法を構築し,治療薬の組織結合部位の特定を行うと共に,治療効果との関係性を明らかにし,さらに新規の効果予測検査法を確立することを目的としており,本年度は以下の課題に取り組んだ.(1)セツキシマブ(CTX)を用いたEGFR免疫組織化学的検出法の確立:ヒト組織での検討に先立ち,EGFRタンパク発現量が既知の細胞株の移植腫瘍ホルマリン固定パラフィン包埋(FFPE)標本を用いてCTXによるEGFR免疫組織化学的(IHC)検出法を確立した.検討にはH1299細胞,A549細胞,A431細胞を用い,SCIDマウスへ移植後にFFPE検体を作製した.CTXはFITC化を行った後に一次抗体として反応に供し,その後多段階増感反応によるIHC検出を試みた.その結果フローサイトメトリー解析によるEGFR発現量に一致し,CTXによるEGFR検出が可能であることが確認された.(2) CTX-EGFR検出法を用いたヒトFFPE組織におけるCTX結合部位の解析:移植腫瘍を用いて確立した解析法を用いて,ヒトFFPE組織におけるCTXの組織結合部位の特定を行った.検討にはEGFR診断薬(clone 2-18C9)を用いて強陽性を示した腺癌(大腸癌,肺癌)および扁平上皮癌(頭頸部癌,肺癌,子宮頸部癌)を用いた.その結果,EGFR診断薬により強陽性を示した組織領域においてCTXによる陽性反応が認められたのに対し,弱陽性を示した領域ではCTXによる陽性反応は認められなかった.さらにCTXによる陽性反応を示した組織領域ではEGFR遺伝子増幅が認められた.以上の結果より,CTXの腫瘍組織に結合部位を特定できたと共に,CTX陽性となった腫瘍の分子病理学的特徴が明らかとなった.本研究は,大腸癌の抗EGFR抗体治療において未だ規定できない効果予測因子を明らかにするために,[1]抗体治療薬によって検出される標的分子の組織発現解析法を構築し,治療薬の組織結合部位の特定を行うと共に,[2]治療効果との関係性を明らかにし,[3]さらに新規の効果予測検査法を確立することを目的としており,H25年度は,国立がん研究センター中央病院の協力を得て抗EGFR抗体薬既治療のRAS/BRAF野生型EGFR陽性大腸癌を用いた前向き観察研究のための症例選択およびRAS/BRAF野生型大腸癌細胞株を用いた新規効果予測マーカーの探索に用いるhEGFR遺伝子導入細胞株の作製準備を行った.本年度は,セツキシマブを用いたEGFR検出法と同等の結果が得られる代替IHC法(surroCTX-EGFR検出法)を用いた解析を行った.RAS/BRAF野生型の確認はサンガー・シークエンス法により行い行った。検討を行った32例中,12例が本EGFR検出法で陽性となった.

この結果に基づき生存期間解析を行ったところ,EGFR陽性群および陰性群間で,有意な生存期間延長は認められなかった.一方,H25年度から準備を進めていたSW48細胞およびこの細胞に治療抵抗性を示すKRAS変異(G12D)をknock-inしたSW48/G12D細胞へのhEGFR遺伝子導入については,一度安定発現細胞を複数株得たがEGFR発現量が低かったため,再度作製を行った.その結果,SW48細胞ではEGFR高発現細胞は得られなかったものの,SW48/G12D細胞では高発現細胞が得られた.本研究は,大腸癌の抗EGFR抗体治療において未だ規定できない効果予測因子を明らかにするために,[1]抗体治療薬によって検出される標的分子の組織発現解析法を構築し,治療薬の組織結合部位の特定を行うと共に,[2]治療効果との関係性を明らかにし,[3]さらに新規の効果予測検査法を確立することを目的としており,H2427年度では,まずセツキシマブを直接用いたEGFR検出法,そしてこれと同等の結果が得られる代替IHC法(surroCTX-EGFR検出法)の確立,さらには抗EGFR抗体薬既治療のRAS/BRAF野生型EGFR陽性大腸癌症例を用いた前向き観察研究を行い,この代替IHC法の治療効果予測性を検証した.これに加え,RAS/BRAF野生型大腸癌細胞株(SW48細胞)およびこれにKRAS(G12D)変異導入細胞株(SW48/KRAS細胞)を用いた基礎検討を行った.本年度はこれら2細胞株を用いた網羅的遺伝子発現解析を実施し,KRAS変異により発現変動する遺伝子の探索を行った.両細胞からそれぞれトータルRNAを抽出後,サンプル作製を行い,その後アレイ解析を行った(SensationPlusおよびGeneChip Human Transcriptome Array 2.0;Affimetrix).解析の結果,20倍以上の発現差が認められた遺伝子が12種抽出された.このうち核酸代謝関連膜結合型タンパクに着目し,フローサイトメトリー法およびIHC法によりタンパク発現を確認したところ,SW48/KRAS細胞で顕著な発現上昇が認められた.さらに三次元培養下においても高い細胞移動能を有するSW48/KRAS細胞では高発現していた.以上の検討よりKRAS変異の有無に関連したバイオマーカー候補タンパクが得られ,今後,セツキシマブの治療効果予測に有用であることが示唆された.本研究において,大腸癌の抗EGFR抗体治療における新規効果予測法の開発を試みた.抗体治療薬であるcetuximabを用いた高感度検出法およびこれをサロゲートする簡便法は確立できたものの,これを用いた生存期間解析では,RAS/BRAF野生型大腸癌の治療効果予測上有意な結果は得られなかった.そこでRAS/BRAF野生型およびこれにKRAS変異導入した細胞株を用いた網羅的解析により新規効果予測マーカーの探索を行ったところ,発現変動が認められた遺伝子が,核酸代謝関連膜結合タンパクをコードする遺伝子を含め12種同定された.これら新規同定遺伝子については,治療効果予測マーカーとなり得る可能性が示唆された.
イオンビーム変異による耐熱性エタノール発酵糸状菌の構築と糖化発酵同時進行への応用

未利用なリグノセルロース資源からエタノールを生産させることを目的として、2,500 Gyの線量によるカーボンイオンビーム照射により、エタノール発酵糸状菌の発酵温度を上昇させるとともにcellulase分泌能を向上させた耐熱性エタノール発酵糸状菌変異株を構築した。この菌株を活用したCBPプロセスにより、45°Cの環境下でα-celluloseから直接エタノールを生産できることに成功した。未利用なバイオマス資源からエタノールを生産させることを目的として、ペントースを高収率で発酵が可能で、さらに、多様なセルロース分解酵素を分泌する野生の糸状菌の開発を行ってきた。本糸状菌は、培養環境により二形性変化を示し酵母化するとともに、リグノセルロースからの直接エタノールを生産する糖化発酵同時進行プロセス(CBP)へ適応できると期待されている。しかし、分泌するセルラーゼの至適温度と至適発酵温度が異なることから、効率の高いエタノール生産は達成させることはできない。この問題を解決する方策として、エタノール発酵糸状菌の増殖および発酵温度を向上させこと最良の解決策である。この様な背景において、運良くイオンビーム変異法により得たエタノール発酵糸状菌変異株の増殖可能温度が向上することを発見した。本研究では、CBPプロセスの効率化を図るために、イオンビーム照射法により耐熱性エタノール発酵糸状菌を構築し、この糸状菌を用いた高温発酵型のCBPプロセスを構築することを目的として、耐熱性エタノール発酵糸状菌変異株の取得、高温安定発酵菌株の育種、耐熱化メカニズムの解明、および高温発酵型CBPへの応用について検討する。その初期段階として、平成27年度はイオンビーム変異法により開発する耐熱性エタノール発酵糸菌の耐熱性を向上させ、安定発酵温度45°Cで安定発酵し、さらにCellulaseの高発現株の構築を目指した。その結果、イオンビーム照射法により、53°Cで生育でき、42°Cでエタノール発酵可能な変異株の創出に成功した。イオンビーム変異法は、近年、植物の変異やバクテリアの変異誘導に利用されてきたい新規な変異誘導技術である。本研究で開発したエタノール発酵糸状菌Mucorもペントース発酵能を向上や二形性変化により酵母化させるためにプロトンあるいはカーボンイオンビームを実施し、育種を行ってきた。本エタノール発酵糸状菌は、接合菌目に属する菌株で、好気条件並びに嫌気条件でヘキソース(Glucose、Mannose、Fructose)やペントース(Xylose、Arabinose)を、二糖であるMaltose、Sucrose、Cellobioseも資化・発酵でき、さらに、Rice starch、Avicel、Xylan、Chtinなどの多糖類も資化・発酵が可能である。さらに、Cellulase (endo-β-glucanase, cellobiohydrolase、β-glucosidase)とHemicellulase (endo-β-xylanase, β-xylosidase)を含む多様なバイオマス加水分解酵素の分泌が優れている。平成27年度は、エタノール糸状菌の耐熱化を目的として、分生子に対して500-3,000 Gy強度で変異誘導を行い、50°C以上での生育可能株のスクリーニングを実施した。その後、40°C及び42°Cで効率良くエタノール発酵が可能な変異株を得ることに成功した。得られた変異株のエタノール生産及び増殖の特性を培養工学的に明らかすることができた。さらに、同様の変異誘導法により、40°C及び45°Cで乳酸発酵糸状菌の変異株の取得にも成功した。平成28年度以降は、イオンビーム変異法により得られた耐熱性変異株の耐熱化に係わるメカニズムを解明することを目指し、細胞分裂、細胞構造、代謝、生合成など多様な機構が関与していると考えられる酵素および遺伝子に関して、網羅的に解析するために、以下の2つの方法で実施する計画である。1)メタボローム解析による細胞内代謝の解明:耐熱性エタノール発酵糸状菌と親株を各種温度で培養し、その際得られた細胞内の代謝産物をCE-MS/MSで分析することにより、細胞内代謝フローを解明する。解糖経路やペントースリン酸経路、アミノ酸生合成経路、脂肪酸合成経路を検証し、耐熱化に影響を与えている因子を抽出する。2)プロテオーム解析による細胞内発現酵素の解明:耐熱性エタノール発酵糸状菌と親株を各種温度で培養し、その際得られた細胞内タンパク質に関して、2D-PAGE + LC-MS/MSを行い、特に、細胞壁の形成に関わる酵素群、例えば、キチン合成酵素、脂肪酸伸張酵素、脂肪酸不飽和化酵素などをターゲットとして、発現タンパクの相違を検証し、耐熱化に関与している酵素群の特定を行う。さらに、その裏付けとして、我々が既に有しているゲノムグラフト情報と耐熱性変異株のゲノム情報を比較し検討し、発現タンパク質と耐熱化との関係を解明する。1)および2)の結果を踏まえ、エタノール発酵糸状菌の耐熱化のメカニズムを総合的に解明する。さらに、これらの成果により構築して耐熱性エタノール発酵糸状菌を活用したバイオバイオプロセスにより、未利用バイオマスからの糖化発酵同時進行を実施する予定である。生物反応工学