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最近の研究成果

活性汚泥 2019年5月13日発表

活性汚泥中のごくわずかな微生物が全体の水処理性能を左右-微生物の遺伝子多様性から環境中の反応機構を知る新解析手法の開発-

廃水中の重油分解において、複雑な水処理微生物群(活性汚泥)の中で存在量がわずか0.25 %未満の硝化細菌が活性汚泥全体の重油分解性能を左右することを見いだした。活性汚泥は世界中で100年以上利用されてきた最も身近で重要なバイオテクノロジーだが、数千種以上で構成される複雑な微生物群であるため、その水処理メカニズムは謎が多く、今なお原因不明のトラブルが尽きない。今回、産総研は遺伝子の多様性を評価する新しい手法とメタトランスクリプトーム解析を組み合わせ、廃水処理を行う活性汚泥リアクターに適用することで、多種類の微生物が介在する複雑な代謝経路から重油分解の鍵となる反応を抽出した。その結果、水処理システム全体の重油分解の性能を左右しているのは重油分解菌そのものではなく、重油分解菌にエネルギー源を供給する存在量がごくわずかの硝化細菌であることを見いだした。今後、今回の解析手法を応用して、水処理システム以外のさまざまな環境においても微生物反応の解明が期待される。

活性汚泥による廃水中の重油分解反応

再生医療 2019年4月24日発表

イモリの再生能力の謎に迫る遺伝子カタログの作成-新規の器官再生研究モデル生物イベリアトゲイモリ-

イベリアトゲイモリの網羅的遺伝子カタログ作成に成功しました。各研究室から持ち寄った29種類もの多様なイベリアトゲイモリ試料からRNAを抽出し、次世代シーケンシング技術によるRNA-seq法により遺伝情報を解読しました。得られた配列情報を大型計算機で解析することにより、202,788個のイベリアトゲイモリの遺伝子モデルを構築しました。これらのモデルを検証したところ、イベリアトゲイモリが保有する全遺伝子の約98%をカバーする網羅性の高い高品質の遺伝子カタログであることが確認されました。さらに、研究チームは、この遺伝子カタログを世界中の研究者と共有するためのポータルサイト “iNewt” (http://www.nibb.ac.jp/imori/main/)を開設しました。iNewtでは遺伝子カタログに加えて、ゲノム編集のプロトコルなどイベリアトゲイモリの研究リソース情報を無料で提供しています。本研究によって作成された遺伝子カタログを利用することで、ゲノム編集や、次世代シーケンサーを用いた遺伝子の発現解析など、イベリアトゲイモリを用いた研究が格段にスピードアップすることが期待されます。これにより、再生医療や発生生物学はもちろん、癌研究、幹細胞生物学、生殖生物学、進化学、毒性学などの研究分野でイモリを活用した研究が大きく発展することが期待されます。

イベリアトゲイモリの写真

遺伝子配列設計 2019年6月6日発表

微生物のタンパク質生産量を向上させる遺伝子配列設計技術-情報技術でバイオものづくりを加速-

微生物を用いたタンパク質の生産量向上のために導入する遺伝子配列を、情報技術に基づいて設計する手法を開発した。微生物を用いた物質生産では、対象の微生物に異種由来の遺伝子を人工的に導入して、その微生物が本来持たないタンパク質を生産させる。その際、目的タンパク質の生産量を向上させるために、導入する遺伝子のDNA配列を適切に設計する行程(コドン最適化)が重要となる。従来のコドン最適化の研究は大腸菌などの実験が行いやすい研究用の微生物が主な対象で、放線菌などのバイオ産業の物質生産の現場で用いられる微生物については確立されたコドン最適化手法がなかった。今回、産総研の持つ大規模なタンパク質生産実験データから解析によってルールを抽出して新しいコドン最適化手法を開発し、ロドコッカス属放線菌で手法の有効性を実証した。この手法で設計された遺伝子配列は元の配列の先頭部分にしか変異を含まないため、安価な実験コストで合成できる。今回開発した技術により、医療・食品・環境などさまざまな分野でのバイオものづくりの加速が期待される。

概要図

アルミ系半導体 2019年6月11日発表

アルミ系近似結晶で半導体を創製-固体物理学の基本的問題の解決と高性能熱電材料開発への突破口-

準結晶に半導体が存在するかどうかは固体物理学の基本的な問題の一つであり、もし存在すれば高性能熱電材料としての活用が期待されます。しかし従来、多くの準結晶が存在するアルミ系では、前駆物質である近似結晶でも、半導体は見つかっていませんでした。今回、東京大学大学院新領域創成科学研究科、および、産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリの木村教授らは、アルミ系近似結晶で、バンドエンジニアリングにより半導体を創製することに成功しました。これは、半導体準結晶実現への突破口となる成果で、半導体準結晶は熱電性能が結晶の2.5倍になる可能性があります。

Al22Ir8近似結晶の結晶構造

スマートウエア 2019年6月10日発表

着るだけで心電図計測ができるスマートウエア-体の動きで生じるノイズを新設計手法で克服-

医療機器レベルの心電図を計測できるスマートウエアを開発した。従来のドライ電極を用いた心電図測定ウエアは、呼吸や会話などに伴う体の動きによって生じるモーションアーティファクト(MA)と呼ばれる波形の乱れが原因で、医療機器として用いることが困難であった。今回、柔らかな風合いで皮膚との接触が良好な起毛ドライ電極と、その接触状態を模擬できるMA評価装置を開発し、MAの小さな心電図を取得できるスマートウエアを実現した。

概要図

地下水資源 2019年6月14日発表

大阪平野が持つ地中熱ポテンシャルを「見える化」-地下水資源を活かした新たな都市づくりに向けて-

地中熱利用システム(クローズドループ、オープンループ)に対応した2種類の地中熱ポテンシャルマップを整備し、水文環境図とともにウェブサイトに公開した。水文環境図は、地下水の水質、水量、温度ならびに帯水層特性などを取りまとめた地図であり、地中熱ポテンシャルマップは、水文環境図の地下水情報から関連するデータ(地質・地下水位・地下温度など)を抽出し、解析を加えて作成された地中熱の利用可能性を示した地図である。西日本最大の経済都市域である大阪平野の水文環境図を整備し、大阪府と共同で冷房需要に対応した地中熱ポテンシャルマップを初めて作成したことで、学術成果を地域の特性に応じた形で還元し、地中熱利用システムの社会実装への道筋を付けることができると期待される。

水文環境図(左)と地中熱ポテンシャルマップ(右)との関係

300 GHz帯 2019年5月17日発表

超高精度平面回路計測技術により300 GHz帯で印刷配線の性能を評価-未開拓周波数領域を利用した通信やセンサーの利用を加速-

新たに超高精度の回路計測技術を開発した。この技術により、印刷技術で作製した高周波伝送線路(コプレーナ導波路)の伝送特性を測定し、今後の社会実装が期待される未開拓周波数領域である300 GHz帯の超高周波領域でも低損失であることを実証した。今回開発した計測技術では、高周波プローブが接触する電極の位置決めを目視やカメラで行わず、実際のプローブで測定されるSパラメーターの解析に基づいた高精度プロービング技術による正確な位置決めを採用している。そのため、測定される反射係数値のばらつき(標準偏差)が従来に比べて300 GHzで1/3程度の優れた測定再現性を実現できた。これにより、印刷技術で作製したコプレーナ導波路の特性を300 GHz以上の超高周波数領域で高精度に測定できるようになり、従来の成膜技術で作製されたコプレーナ導波路に比べ、60 %以上の性能向上を実証できた。

概要図

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