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平成29年度 研究概要 (第3部門)

H29-3-1
題  目 上水道の減圧弁代替を可能にする衝動水車発動機の研究開発
研究者 畔上 卓人
概  要 山間部の上水道施設での発電を目的とした水車を構想した。それらの地点は高落差・小流量地点が多く、水車は空気中で回転させる機種を用いるのが好ましい。一方、それらの機種は飲料水の品質維持の観点から水中で回転させる必要がある。この機種を水中で回転させると効率が低下することは分かっているが、そのメカニズムに関しては未知の部分が多いためその解明を目的とした。実験は水車を水中・空気中どちらでも回転可能な実験装置を構築して行った。実験装置は水車の回転数とトルクを測定可能で流量条件を変えることができる。一方、水車の羽根の水流挙動を実験的に評価するのは困難であるため、コンピュータシミュレーションによる流体解析も実施した。実験により、水車のトルクと損失トルクの関係性が判明した。また、解析では撹拌による渦などの現象を捉えることができた。
H29-3-2
題  目 イオン液体の磁場による構造制御と反応場としての応用可能性の模索
研究者 大塚 隼人
概  要 イオン液体(IL) は従来の分子性溶媒では溶解が困難な様々な物質に対する高い溶解能をもつ新規溶媒として注目されている。構成イオン内の官能基を変えて物性を制御できることも,溶媒としての機能が優れていると評価される一方で,その構造や物性には謎が多い。磁場はクリーンなエネルギーで,高い物質透過性を持つ。物質内で均一に作用するので磁場を用いてIL の構造を制御すれば, 均一な反応場をもつ高機能な溶媒として使用できる。これまで我々はILの一つであるN,N,N-トリメチル-N-プロピルアンモニウムビストリフルオロメタンスルホニルイミドを強磁場にさらすと,分子が磁場に対して配向し, 物性と構造が異なる別の液相へ相変化することを示唆した。 そこで本研究では超伝導磁石を用いて, 強磁場中で出現する相の構造解明を目的とした。 また磁場を用いてILの構造を制御してILの磁場制御反応場としての応用可能性を模索した。
H29-3-3
題  目 多能性幹細胞由来心筋細胞の新規移植法の開発
研究者 岡野 怜己
概  要 近年、多能性幹細胞由来心筋細胞移植による心臓再生治療が注目されている。動物モデルにおいて有効性が示されているものの、移植細胞の生着率の改善が重要な課題である。我々は、Matrigel®(MG)を含むPro-Survival Cocktailを用いた心筋細胞移植を行ない生着率の著明な改善を確認した。しかしMGはマウス肉腫からの抽出タンパクであり、安全性が懸念される。そこで本研究では、ラミニンがMGの代替物となり得るか検討した。ラミニンはヒト組み換え体がある接着基質であり、臨床応用が可能と考えられる。ラミニン521、211、111を用いて心筋梗塞モデルラットに心筋細胞移植を行い、細胞の生着面積を評価した。その結果、ラミニン211使用群でグラフトエリアが最大であったが、Matrigel使用時と比べて生着面積は3分の2程度であり、今後も更なる検討が必要と考えられた。
H29-3-4
題  目 心臓血管外科術後の咽喉頭知覚と嚥下筋活動に関する研究
研究者 小口 和津子
概  要 本研究では、心臓血管外科術後に嚥下リハビリの依頼のあった例を対象に、術後の嚥下機能の神経生理学的特徴と経時変化について、舌骨上筋群の表面筋電図を用いて調査した。評価は抜管当日と3食食事開始後の2地点で行い、電極は顎二腹筋前腹と顎舌骨筋に貼付した。姿勢はヘッドアップ50度で頸部は枕によりかからせ、シリンジに冷水3mlをとり先端を対象者にくわえさせ、検査者が冷水を注入した時の嚥下運動を記録した。測定項目は嚥下時の筋活動持続時間、整流波のピークおよび平均uV、最大筋力発揮時の振幅から%Maximum Voluntary Contractionとし、抜管当日と食事開始後の評価における各対象者間の結果を比較した。結果、今回は3例が対象となり、全例において筋活動持続時間が抜管当日に比し食事開始後の評価で短縮していた。以上より、抜管当日は、瞬発的な嚥下運動が得られず、筋活動持続時間が延長した非効率的な嚥下運動となると考えられた。
H29-3-5
題  目 広帯域電磁波情報の組み合わせによる植物健康診断システム
研究者 片岡 圭司
概  要 信州の豊かな植生環境は私たちの生活において非常に重要な役割を担ってきた。ところが近年の温暖化現象は信州の植生環境にも大きな影響を及ぼし始めている。具体的な例としては、リンゴや白米等の農産物の生育不良や品質等級低下、ならびにシラカシの木の植生範囲拡大による森林生態圏の変化等が挙げられる。隣接する岐阜県では温暖化によるカミキリ虫の生息域の拡大化による松枯れ被害の拡大が懸念され始めた。植物減少による炭酸ガス蓄積の低下も懸念され、生活環境や農林業等の現状維持すら困難になる可能性がある。そこで本研究では、植物・森林自然環境保護と育成のため、植物の健康状態を診断可能な「植物ホスピタル」の実現を最終目標に設定した(図1)。それには、対象植物の葉の水分、含有成分、温度、光合成強度、内部構造などの多様な生理情報が必要と思われることから、本助成研究では「植物ホスピタル」に情報提供可能な広帯域電磁波情報を用いた非破壊的植物画像センシングシステムの開発を行う。本システム開発を通じて信州の「自然の美しさ環境と共生」への貢献に資する自然環境の保護・育成技術の確立を目指す。
H29-3-6
題  目 Lobular endocervical glandular hyperplasia (LEGH) におけるテクスチャ特微量による細胞形態学的判定指標の構築
研究者 金井 崚
概  要 Lobular endocervical glandular hyperplasia(LEGH)は子宮頸部腺癌の前癌病変と考えられている疾患である。本研究では、正常頸管腺細胞(EC細胞)およびLEGH細胞に対して画像解析技術により特徴量を算出、統計学的有意差検定および判別分析を行った。また、DNA複製関連タンパクのcdt1、Minichromosome maintenance protein7(MCM7)、GemininおよびKi67を用い、ラべリングインデックス(LI)、染色強度(Intensity)を算出し、増殖状態を確認した。EC細胞とLEGH細胞の判別率は、最高86%を示した。DNA複製関連タンパクにおけるLIはcdt1が15%で他は5%以下であった。コンピュータを用いることで人の目では判断できない程度のクロマチンの増量や分布状態の判別が可能であった。今回用いたDNA複製関連タンパクからLEGHの増殖能力は低いと考えられた。
H29-3-7
題  目 松本盆地湧水群における地下水湧出量の変動観測および流出河川域の特定
研究者 髙田 遼吾
概  要 松本盆地の犀川に高瀬川・穂高川が合流する三川合流部は豊富な湧水・地下水資源に恵まれる。これらは都市用水として利用されているだけでなく、養鱒や湧水を利用したワサビの栽培、観光資源等に活用されており、地域の貴重な資産となっている。しかし近年、地下水位の低下が懸念されており、湧水量やその変動特性を把握することが、健全な水循環の管理や持続可能な地下水利用のための重要な情報となる。本研究では河川の区間流量を測定することにより湧水量の定量を行い、松本盆地湧水群の湧水量の変動および総量を検討した。H29年5月からH30年2月の調査結果から、計10回の三川合流部の湧水量の実測値を得ることができ、豊水期と渇水期のパターンを把握することができた。湧水量の変動は渇水期に比べて豊水期がかなり大きいことから、日変動及び欠測期間の調査の継続から、より正確な湧水量の見積もりが可能だと考えられる。
H29-3-8
題  目 形のミスマッチを越えて成り立つレンゲツツジとトラマルハナバチの送粉共生
研究者 高橋 佳吾
概  要 本研究では、主要送粉者が未解明であるレンゲツツジを材料に取り上げ、花形質の特徴が実際の送粉者の送粉生態に適合したものであるかについて、中部山岳域での状況を明らかにした。中部山岳域のレンゲツツジは主にトラマルハナバチのクイーンの訪花を受けた。しかし、効率的な花粉の受け渡しという点では、花形態と適合した形態を持つミヤマカラスアゲハが勝っていた。また、レンゲツツジは自家受粉による結果率が他家受粉より有意に低く、狭い範囲を連続訪花するマルハナバチ属と相性が良くない可能性が示された。トラマルハナバチの訪花パターンを想定した人工受粉処理の結果率も他家受粉より有意に低かった。以上をまとめると、中部山岳域におけるレンゲツツジでは、主な訪花昆虫が元のアゲハチョウ科からマルハナバチ属に転換したと思われる。一方、花形質は基本的にアゲハチョウ媒花の特徴のまま維持されていることが示唆された。
H29-3-9
題  目 歯周病原細菌の組織内侵入機構とその分子メカニズムの解明
研究者 髙橋 晋平
概  要 歯周炎は、歯周病原細菌が病巣歯肉組織内に侵入することで発症する感染症であるが、その詳細な侵入メカニズムは未だ不明である。本研究では歯周病原細菌歯肉上皮バリア突破機構および突破経路について、歯周炎の発症に関与するとされるPorphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola, Aggregatibacter actinomycetemcomitansの4菌種を用いて検討を加えた。歯周病原細菌の上皮バリア突破能は菌種特異的real-time PCR法を用いて検討した。また、上皮バリア突破経路については、FITC-dextranの通過量から検討を行った。その結果、P. gingivalisは、培養6時間で細胞内、細胞間隙の両ルートを通じて上皮バリアを突破することが明らかとなった。また、T. forsythia, A. actinomycetemcomitansの上皮バリア突破経路は細胞内ルートのみであることが示唆された。これらの結果から、複数の歯周病原細菌は歯肉上皮バリアを突破するが、その侵入経路は菌種により異なることが強く示唆された。
H29-3-10
題  目 最新の U-Pb 年代測定を用いた赤石山地四万十帯赤石層群の堆積年代の把握
研究者 常盤 哲也
概  要 赤石山地は、日本で最も隆起している山地であり、赤石層群はその赤石山地の稜線部およびその周辺に分布していることから、学術上重要な地層である。しかし、この赤石層群は、高い温度や変形を被っており、微化石があまり保存されておらず、堆積年代が詳しく検討されていない。そこで本研究では、近年測定技術が向上した年代測定手法であるジルコンのU-Pb年代測定を用い、赤石層群の堆積年代を決定するための研究を行った。研究地域は、赤石層群が最も幅広く分布している長野県下伊那郡大鹿村の小渋川上流から大聖寺平周辺であり、3地点の砂岩を対象に年代測定を行った。その結果、最も若いジルコン年代は、約1億年前~1億2千万年前であることが明らかとなった。この年代は、赤石層群の最南端から得られた乏しい微化石年代とも調和的であることから、赤石層群は約1億年も前に堆積した地層であることが明らかとなった。
H29-3-11
題  目 ウスバカゲロウ科昆虫類におけるハビタット選好性と遺伝構造の比較・検討
研究者 戸崎 貴博
概  要 生物が利用する生活環境(ハビタット)は温度、降水量、地理・地形などの物理・化学的要因、および天敵や餌資源、競争相手の有無といった生物間相互作用の包括的な影響によって決定されると考えられる。ハビタットの地理上の分布パターン(連続的・分断的)はそれを利用する生物集団の分布パターンに影響し、結果構造にも影響を与えるものだと考えられる。本研究ではそれぞれ利用するハビタットの異なるウスバカゲロウ科昆虫類4種を対象とし、その関係性について追及を試みた。4種間で日本列島広域および朝鮮半島における遺伝子型の出現パターンを比較した結果、連続的に分布する3種では広域から同一の遺伝子型が検出された。一方で、分断的に分布する種では日本列島内に大きく遺伝的に離れた2集団が検出され、各集団内でも比較的小さな地理的スケールで遺伝的分化がみられ、ハビタット選好性と生物の遺伝構造の関連が示唆された。
H29-3-12
題  目 肉用鶏と卵用鶏の骨格筋幹細胞の比較解析
研究者 二橋 佑磨
概  要 肉用鶏は急速に成長し、極めて発達した骨格筋を形成する。鶏肉の増産には骨格筋の発生・成長を担う骨格筋幹細胞の性質の理解が不可欠である。骨格筋の形態は肉用鶏と卵用鶏で大きく異なるが、これらの系統間で骨格筋幹細胞の遺伝子発現を比較した研究は極めて少ない。そこで本研究では、肉用鶏と卵用鶏の骨格筋幹細胞の増殖・分化能を細胞レベルで詳細に比較解析した。骨格筋幹細胞は増殖培地で培養し、分化培地で筋分化を誘導した。増殖・分化中の各細胞における遺伝子発現を解析した結果、卵用鶏と比較して肉用鶏の骨格筋幹細胞は高い増殖・分化能を有することを認めた。また、肉用鶏と卵用鶏の骨格筋幹細胞では、外来因子を認識する受容体であるToll様受容体(Toll-like receptor; TLR)遺伝子群の発現パターンが異なることを認めた。今後、TLR遺伝子群の発現と骨格筋幹細胞の性質との関係を明らかにしていきたい。
H29-3-13
題  目 カタツムリ巻き方向ランダム化の原因究明
研究者 野田 武志
概  要 動物の左右が決まる遺伝子に共通性があるかを調べるために、カタツムリで左右を決める遺伝子を特定した。実験手法は、カタツムリの正常個体と変異個体の遺伝子を網羅的に比較し、変異個体で働かない遺伝子を特定する、という手法を用いた。これによりdiaph-aという遺伝子が見つかった。驚くべきことにこの遺伝子と似た遺伝子(相同な遺伝子)は、モノアラガイでも左右を決めていた。これら2つの遺伝子は、モノアラガイとカタツムリで、それぞれ独立して生じたようである。またこれらの遺伝子が生じたことが、もともと左巻きの祖先が、右巻きのカタツムリや右巻きモノアラガイへと進化した原因であるようだ。このdiaph-a遺伝子と似た遺伝子はヒトでもみつかるが、ヒトで左右を決めるのに働いているかは不明である。いずれにせよdiaph-a遺伝子の仲間がカタツムリやモノアラガイの仲間で左右を決めていることは確かである。
H29-3-14
題  目 基質特異性拡張型βラクタマーゼ(ESBL)遺伝子とその周辺構造解析に基づく愛玩動物、食肉及びヒトの間での薬剤耐性プラスミドの水平伝播動態に関する研究
研究者 林 航
概  要 基質特異性拡張型-ラクタマーゼ(ESBL)産生腸内細菌科細菌のヒトへの伝播経路に食物連鎖や愛玩動物との接触がある。本研究は、長野県で購入した鶏肉及び動物病院より収集した愛玩動物由来株のESBL遺伝子を対象に、周辺構造解析を行い、ヒト由来株のGenBank登録配列を加え、系統樹解析を行った。ISEcp1-blaCTX-M-14-IS903、ISEcp1-blaCTX-M-15-orf477の構造はヒト由来株と同一クラスターに分類された。愛玩動物で優位なblaCTX-M-27保有株中で、B2-O25b-ST131流行クローンはそれ以外のクローンとは異なる周辺構造を持ち、ヒト由来株と共通していた。鶏肉、愛玩動物特有の周辺構造を持つものも認められたが、多くはヒト由来株と共通した周辺構造であり、耐性遺伝子を担うプラスミドやトランスポゾンなどの可動性遺伝因子のヒトとの間での水平伝播が示唆された。
H29-3-15
題  目 炎症性サイトカインインターロイキン-1誘発性雄性不妊の解析
研究者 正木 魁人
概  要 インターロイキン1(IL1)は、炎症性疾患や免疫系活性化など多彩な機能を有しており、IL1の生理機能を個体レベルで明らかにすべく、 我々はIL1活性異常モデルマウスが呈する非閉塞性乏精子症・無精子症(NOA)の発症機序の解明に取り組んだ。その結果、IL1の過剰シグナルにより下垂体機能障害が引き起こされ、 下垂体由来ホルモンにより産生制御されるテストステロンの合成が低下することで精子形成が傷害されることが判明した。 そして、 下垂体障害を引き起こす原因物質はIL17Aという炎症性サイトカインであることを見出した。つまり、IL1が誘導したIL17AによってNOAが引き起こされることが明らかとなり、IL1のIL17A誘導作用とIL17AとNOAの関連を示す新しい知見が得られた。本研究を基に、将来的にNOAに加えて炎症性疾患の理解や治療法の開発につながることが期待される。
H29-3-16
題  目 歯周組織の傷害と回復の分子調節機構の解明
研究者 村岡 理奈
概  要 近年、骨髄幹細胞の多分化能が明らかになり様々な臓器での関与が報告されている。歯科では骨髄幹細胞を用いた再生医療研究は、骨再建等の限られた領域で報告があるのみで今後の発展が見込まれる。歯科矯正学領域は歯と骨組織が密接に関連し、特に期待される分野であり骨髄幹細胞の機能解明を行う生物学的意義は大きい。そこで矯正力負荷後に歯周組織の細胞がいつ、どのように、どのくらい出現するのか、また骨髄幹細胞の動態を明らかにする事を目的とした。ddYマウスを実験動物に使用し矯正学的メカニカルストレスを上顎臼歯部に負荷し、歯周組織を観察、細胞数を計測した。GFP骨髄移植マウスを使用し移植骨髄由来細胞の発現や経時的変化、細胞分化の様相を観察した。メカニカルストレスは歯周組織の細胞増殖を促し、それは骨髄由来細胞の歯周組織への移動により生じたと推測される。移動した骨髄由来細胞は歯周組織構成細胞に分化することが示唆された。
H29-3-17
題  目 花器官の形態を制御する遺伝子の変異が低温条件下で根の本数を制限するメカニズムの解明
研究者 安井 俊樹
概  要 シンテッポウユリの緑色花化変異体である‘グリーンリリーアルプ’(以下、‘アルプ’)は一遺伝子の変異に由来する変異体である。‘アルプ’を低温条件下におくと、花器官の変異に加えて根の形成不良が認められる。本調査では、Bクラス遺伝子群であるLFDEF、LFGLOA、LFGLOBと、これらの上流遺伝子であるLFMADS5、LFLFY、LFUFOについて、根の形成不良に関与する可能性を検証した。具体的には、シンテッポウユリと‘アルプ’の植物体地下部で上述の遺伝子群の発現を解析した。その結果、‘アルプ’と比較してシンテッポウユリではLFUFOの発現量が少なかった。一方で、シンテッポウユリと比較して‘アルプ’ではLFDEFの発現量が少なかった。以上から、‘アルプ’の緑色花化を引き起こす変異がBクラス遺伝子やLFUFOの発現様相を変化させ、花器官だけでなく根の形成不良を引き起こすと考えられた。

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