月・火星の模擬環境となる国際宇宙ステーション曝露部実験に向けた線虫ライフ実験

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K11922
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 坂下 哲哉 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (30311377)
• 研究分担者: 秋山 秋梅 (張秋梅) 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00260604) ; 佐藤 達彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (30354707) ; 簗瀬 澄乃 大東文化大学, スポーツ健康科学部, 准教授 (90249061)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 国際宇宙ステーション / 宇宙線 / 放射線生物学 / 線虫 / 半導体

研究実績の概要

本研究は、モデル生物線虫を用いて、将来、国際宇宙ステーション（ISS）の人口重力発生装置と組み合わせた『月・火星環境を模擬した線虫ライフ（サイエンス）実験』を実現するための様々な基礎研究を実施することを目的とする。具体的には、①宇宙放射線環境の推定、②各種生体指標の線質依存性評価、③宇宙実験を目指した実験機材の開発を行う。各テーマについて、平成27年度は以下の成果を得た。
①宇宙放射線環境の推定：粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いてISS軌道及び火星表面における宇宙線環境を模擬した線量推定計算を実施し、測定値とよく合うことを確認できた。この成果を、国際学会及び国際誌にて発表した。
②各種生体指標の線質依存性評価：組織・細胞レベルの指標として、細胞死についてアクリジンオレンジによる染色系を、オートファジーについてlgg-1遺伝子配列と緑色蛍光タンパク質(GFP)の融合配列を導入した線虫を構築し、酸化剤の影響を調べ、その結果を国際誌に発表した。また、高酸素曝露と放射線被ばくの複合影響を解析する実験系の概念設計を完了し、実験系を構築した。
③宇宙実験を目指した実験機材の開発：市販物品を用いた観察システムのコンセプトモデルを作成し、国内学会にて発表した。しかし、JAXAにてISS搭載可能な観察システムが最近開発されたため、今後は、JAXAシステムに沿って研究を進める。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究は、３つのテーマ、①宇宙放射線環境の推定、②各種生体指標の線質依存性評価、③宇宙実験を目指した実験機材の開発、にて研究を進めている。
①宇宙放射線環境の推定については、最終目的であるISS、月、火星の宇宙放射線環境の推定の内、ISS、火星について成果を挙げることができたため、当初の計画以上に進展している。
②各種生体指標の線質依存性評価については、DNA損傷、酸化ストレス応答を解析するための指標（アクリジンオレンジ染色系、lgg-1遺伝子導入線虫）を構築し、それらの指標を用いて成果を得ることができた。また、高酸素曝露と放射線被ばくの複合影響の解析については、平成27年度は概念設計を目標としていたが、さらに進んで実験系の構築まで達成できた。以上より、本テーマについても、当初の計画以上に進展している。
③宇宙実験を目指した実験機材の開発については、市販物品を用いた観察システムのコンセプトモデルを作成し、国内学会にて発表したが、JAXAにてISS搭載可能な観察システムが最近開発されたことがわかり、今後は、JAXAシステムに沿って研究を進めるため、本研究テーマは、来年度は廃止し、②の指標をあらたに増やすことを計画した。本テーマは当初予期していないものとなった。

今後の研究の推進方策

今後は、本研究について２つのテーマ、①宇宙放射線環境の推定、②各種生体指標の線質依存性評価、について、以下の方針に沿って研究を進める。
①宇宙放射線環境の推定については、計算ジオメトリをより精緻化するとともに、任意の軌道上における銀河宇宙線フラックス計算手法を確立し、最終目的であるISS、月、火星の宇宙放射線環境の推定コードの完成を目指す。
②各種生体指標の線質依存性評価については、引き続き、DNA損傷、酸化ストレス応答を解析するための指標（アクリジンオレンジ染色系、lgg-1遺伝子導入線虫）を用いた解析、及び、高酸素曝露と放射線被ばくの複合影響の解析を実施するとともに、新たにISS搭載可能なJAXAシステムで実施可能な線虫の遊泳指標の実験系構築を目指す。加えて、宇宙放射線として重要な炭素線、陽子線の実験系を構築する。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた宇宙実験用器材の開発項目において、JAXAにて開発された機器を使用することにより、本研究の目的が達成できるため、研究開発費用を削減できた。また、高酸素曝露実験系についても、既存の装置を組み合せることにより達成できたため、同じく、研究開発費用を削減できた。

次年度使用額の使用計画

次年度使用額については、研究テーマに新たに加えた新指標の解析実験系の構築等に使用するとともに、研究内容のさらなる進展、研究打ち合わせ、研究発表に使用する。

研究成果

• [雑誌論文] The Martian surface radiation environment a comparison of models and MSL/RAD measurements (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Matthia, B. Ehresmann, H. Lohf, J. Kohler, C. Zeitlin, J. Appel, T. Sato, T. Slaba, C. Martin, T. Berger, E. Boehm, S. Boettcher, D. E. Brinza, S. Burmeister, J. Guo, D. M. Hassler, A. Posner, S. C. R. Rafkin, G. Reitz, J. W. Wilson, R. F. Wimmer-Schweingruber
  • 雑誌名: J. Space Weather Space Clim 巻: 6 ページ: A13
  • DOI: 10.1051/swsc/2016008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 線虫C. elegansのSODアイソザイム間におけるアミノ酸配列および遺伝子間における塩基配列の相同性解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 簗瀬澄乃, 金井莉央, 高橋宥妃, 高橋里史, 金丸昂平, 栗原光樹, 石原 圭祐, 高橋利宜, 森山彩花, 岡久優友, 高辻帆乃香, 藤原伸, 大島加奈恵, 石井直明
  • 雑誌名: 大東文化大学紀要 巻: 54 ページ: 17-26
• [雑誌論文] A novel DNA damage response mediated by DNA mismatch repair in Caenorhabditis elegans. Induction of programmed autophagic cell death in non-dividing cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Moriwaki T, Kato Y, Nakamura C, Ishikawa S, Zhang-Akiyama Q-M
  • 雑誌名: Genes & Cancer 巻: 6 ページ: 341-355
  • DOI: 10.18632/genesandcancer.70
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 線虫における酸化ストレス防御機構が生命維持に及ぼす機序の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山崎晃
  • 学会等名: 原子力人材育成等推進事業費 機関連携による多面的放射線リスクマネジメント専門家育成 学位論文研究支援 合同報告会
  • 発表場所: 放射線医学総合研究所（千葉県、千葉市）
  • 年月日: 2016-03-25
• [学会発表] 線虫C.elegansを用いた放射線影響の組織的イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 山崎晃、森脇隆仁、坂下哲哉、秋山(張)秋梅
  • 学会等名: 日本宇宙生物科学会第29回大会
  • 発表場所: 帝京大学医学部（東京都板橋区）
  • 年月日: 2015-09-26 – 2015-09-27
• [学会発表] 線虫経時観察用小型システムの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂下哲哉
  • 学会等名: 日本宇宙生物科学会第29回大会
  • 発表場所: 帝京大学医学部（東京都板橋区）
  • 年月日: 2015-09-26 – 2015-09-27
• [学会発表] Detection and meas-urement of abnormal posture under stress-ful conditions in age-related mutants (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Matsuda, N. Nitta, M. Tamura, M. Suzuki, T. Sakashita, N. Ishii, S. Yanase
  • 学会等名: 20th International C. elegans Meeting
  • 発表場所: LA, USA
  • 年月日: 2015-06-25 – 2015-06-25
  • 国際学会
• [学会発表] Space Radiation Dosimetry in Kibo Module, Part II: Simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, A. Nagamatsu, K. Takeda, K. Niita, M. Puchalska, and L. Sihver
  • 学会等名: Space Radiation and Heavy Ions in Therapy Symposium 2015
  • 発表場所: あべのハルカス（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2015-05-22 – 2015-05-24
  • 国際学会