東京大学産学連携プロポーザル

ガソリン代替燃料として，サトウキビやトウモロコシから製造されるエタノールの生産量が拡大してきたが，食料との競合が懸念され，セルロース系のバイオマスを原料とする第二世代バイオエタノールの研究がすすめられている。日本では毎年約900万トン産出される稲わらが原料として期待されている。ところが現在の乾燥稲わらの収集運搬体系は畜産飼料としての利用を前提としており，エタノール原料としてはコストが高すぎる。また，北海道や東北の日本海側には広大な水田地帯があるが，収穫時の天候が不安定で，稲わらを十分に乾燥できない場合がある。そこで当研究室では稲わらを高水分のまま収集・加工し，エタノール原料として長期保存できる方法を研究している。①加熱・圧縮処理では稲わらの持つ水分を利用して水熱反応を生じさせる。②加圧粉砕処理では植繊機という商品名の一軸エクストルーダを用いて，稲わらを処理する。③ペレット化ではペレタイザにより稲わらのペレットを製造する。これらのいずれの方法においても，長期保存が可能であり，高密度化により輸送コストが低減し，酵素糖化の際の糖化率の向上が確認されている。またこれらの処理の際に，水酸化カルシウム等のアルカリを添加することで，より高い糖化率が得られる。

当研究室では、医学・心理学・教育学を組み合わせた「新しい生物・心理・社会的アプローチ」を用い、子どもから成人へ至る一生涯を通じた心身の健康・Well-beingの保持増進・疾病予防のメカニズムを目に見える形で実証的に明らかにし、家庭・学校・職場などの社会環境の現場における予防教育的介入の効果検証を目指している。 これまで医師として病気をもつ方々の診療にあたってきたが、「病院に来ようとする前に何かできなかったか」と考えさせられる日々であった。そこで、新しくできた当研究室では、一般に日常生活を送る人々に対して病気に至る前（未病）の段階で発症予防を目指すアプローチで、「病院に来ようとする前」にフォーカスして、目に見えないと思われてきたはずのその予兆を＜見える化＞するという全く新しい挑戦的な検討を行っている。 そのため、「簡便・小型・非侵襲性・移動可能性」を特徴とするテクノロジー（科学技術）を用いて、日常生活の中で心身の健康情報や生体情報の測定を行い、臨床（保健・医療・福祉）や学校・教育や産業・労働の【現場で役立つ客観的なバイオマーカー（生物学的指標）を開発】しようと試みている。将来的には、これらの中でいくつかが「一般健康診断」にまで取り入れられることを目指す。 例えば、脳機能（前頭葉機能）測定、心拍変動計や電子瞳孔計、唾液計測（内分泌・免疫・炎症指標など）への取り組みをすでに始めているが、大規模な実証的研究を進めるためには、さらなる協力体制や研究の加速が必要である。 こうした簡便なバイオマーカーやICT/IoT技術を用いることで、日常生活の健康情報や生体情報や心理行動情報を把握しやすくなってきており、さらにその情報を適切に本人へフィードバックすることで、認知行動療法に基づいた心理行動的介入も応用しながら、さらなる健康行動を促す予防教育的介入へ繋げていくことができると考えている。

この研究室では完全非接触で粘弾性測定が可能なEMS（Electro Magnetically Spinning）粘度測定システムを開発した。密閉環境に置かれた試料の粘弾性を、外部からの遠隔操作で計測することが可能であり、この特徴を活かした医療・バイオ系をはじめ粘性計測を行っているすべての分野への応用展開を目指している。

我々の研究室では、細胞のラマンスペクトルから細胞状態やオミクスプロファイルの違いを非破壊的に推定する技術・手法の開発を進めています。これまでに細菌などの微生物だけでなく、ヒト細胞も含む広範な細胞種に対して本手法を適用できることを明らかにしており、我々としても本技術を幅広く活用・展開していくための共同研究を積極的に進めていきたいと考えています。

ナノメカニカル構造やフォトニック構造，バイオツールなどの作製を狙い、集束イオンビーム化学気相成長法(FIB-CVD)を活用した立体ナノ構造形成技術の研究開発を進めている。図１に示すようにsub100nm～数10μmの立体構造体をボトムアップ形成可能な技術である。原料ガス選択によりカーボン系，金属系など多様な材料で構造体の形成を行うことができる。これまでのところ、本技術のコアとなる描画技術やデバイス応用の基礎となる材料物性に関する研究を進めるとともに、微小部品操作のためのマニピュレータ作製や振動子センサ開発，単一細胞内小器官の操作計測のためのバイオツール作製などへの応用を行ってきた（図２）。

当研究室では、光と炭酸ガスにより増殖する微細藻類の利用研究を進めている。特に微細緑藻Botryococcus braunii については長い研究歴があり、その新株の分離・培養に長けている。本藻種は乾燥重量の数十％に及ぶ大量の液状炭化水素を生産・蓄積するため、石油代替燃料源の１つとして期待されている。 当研究室では、その炭化水素生合成に関する研究を行っている。また、本藻種は炭化水素に加え、他には例を見ない構造を有するカロテノイド等、ユニークな脂溶性化合物を生産する。

脂質は生体における最大のエネルギー源であり、細胞膜を構成する主要成分であり、シグナル分子としても働く。また脂質は食品から摂取される環境栄養因子であると同時に、適宜代謝を受けて時空間的に生体応答を制御する組織環境調節因子でもある。 本研究室では、脂質ならびにその代謝産物が関与する脂質ネットワークにフォーカスを当て、脂質代謝に関わる酵素（特にホスホリパーゼA2分子群）や受容体の遺伝子改変マウスに脂質の網羅的分析（リピドミクス）を展開することで、多様な疾患の分子病態を解明し、これを基盤に、脂質代謝の変容が関わる疾患の診断・予防・治療に向けた臨床展開を目指している。具体的には、脂質代謝関連の遺伝子改変マウスにおける疾患関連の表現型を精査するとともに、組織・細胞から抽出した脂質をリピドミクス解析して当該疾患における脂質の量的・質的な変動を調べることで、疾患と相関する新規脂質経路を同定する。特定の脂質経路の異常は、代謝疾患・免疫アレルギー疾患・循環器疾患・皮膚疾患・神経疾患・不妊症などの多岐に渡る疾患と密接に関連している。このことから、疾患と結びつく脂質分子やその産生に関わる代謝酵素を標的とした創薬は、疾患の新規治療法やバイオマーカーの開発に結びつくポテンシャルを秘めている。

海洋や空中といった三次元空間を自由に動き回る野生動物は、直接観察が難しいために、その行動や生活史、あるいは周辺環境について多くの謎が残されている。小型の記録装置を動物に搭載し、動物自身にデータをとってこさせるバイオロギング手法によって、想定していない意外な発見も含め、数多くの発見がもたらされた。 　1.深度・速度・加速度・地磁気・緯度経度・温度・高度といったパラメータの時系列記録により、動物の水中や空中の3次元行動を秒単位で把握できるようになり、個々の生態解明のみならず、種間比較研究が可能となった。 　2.静止画や動画を記録できる動物搭載型小型カメラの開発により、動物目線で周辺環境や他個体との相互作用を研究できるようになった。 　3.塩分記録計や採血装置の開発により、動物の生理行動情報を生息環境下で測定できるようになった。

熱帯泥炭土壌は、膨大な炭素ストックであり、その半分は東南アジアに分布する。東南アジアでは近年、この泥炭土壌がオイルパーム等のプランテーション開発により排水され好気的な条件になり、ストックされていた泥炭が微生物の活動により分解され、大きな二酸化炭素放出源に転換している。熱帯泥炭土壌の保全が可能な生物生産システムの開発が求められている。この研究グループは、1.泥炭保全による温暖化ガス排出削減量を算出するモデルの評価と改善、2.変動のある水位条件の泥炭土壌での造林技術の開発、3.土地利用オプションごとの生態系の炭素収支と排出削減量の推定、4.生産される木質バイオマスの有効利用技術の開発に取り組んでいる。

糖質関連酵素とは、グリコシド結合に作用する酵素の総称である。澱粉やセルロースなどの多糖に作用する酵素（アミラーゼやセルロースなど）だけでなく、高等生物の細胞表面に存在する複雑な糖鎖に作用するものも含む。例えば、澱粉、乳糖、蔗糖などの安価な可食性糖質に作用する酵素は新規な食品素材を生産するなどの応用が期待できる。また、セルロースやヘミセルロースなど植物細胞壁に作用する酵素は、非可食性糖質をバイオ燃料などの生物素材に変換する機能も持っている。一口に糖質関連酵素といってもその種類は驚くほど多く、加水分解酵素ファミリーに限ってもこれまで約１６０もの種類が発見されている。 この研究室では主に微生物に由来する糖質関連酵素の立体構造解析において豊富な業績、知見、知識を有している。