北海道大学 研究シーズ集

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ライフサイエンス:66件

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  • 水産脂質の健康機能性評価と有効利用

    水産資源を有効活用して人々の健康を守る

    水産物をはじめとした水圏生物中には、陸上生物とは異なる機能性物質が数多く含まれている。脂質やカロテノイドなどの脂溶性成分に着目し、生活習慣病予防効果の解明や食品への応用技術など、生活に役立つ健康機能食品の開発にむけた研究を行っている。

    研究の内容

    1.ワカメから分離したフコキサンチンを非アルコール性脂肪肝炎誘導マウスに経口投与した結果、肝臓で誘導される脂質蓄積や脂質酸化を抑制し、炎症性サイトカインのmRNA発現を低下させることを見出した。
    これまでの研究において、フコキサンチンの肥満予防や血糖値改善効果を明らかにしており、慢性炎症性疾患に対する予防効果が期待される。

    2.北海道で生産量の多い水産物であるホタテガイの生殖巣は、未利用の加工残滓である。
    卵巣には、EPAやDHAが高い機能性を示すリン脂質形態として含まれており、またホタテガイ特有のカロテノイドであるペクテノロンも含まれる。このような未利用物から、ホタテガイ卵巣脂質素材を調製した。
    ホタテガイ卵巣脂質素材は、潰瘍性大腸炎モデルマウスに対して予防効果を示すことを明らかにした。

  • ライフサイクルアセスメントによる陸上養殖施設の環境影響評価

    環境負荷(CO2等)排出量を評価して環境に配慮した持続可能な養殖業を目指す

    世界的に養殖生産量が急速に増加に伴い、養殖によって排出される環境負荷が懸念されている。環境負荷の排出量を評価する手法であるライフサイクルアセスメント(LCA)を用いて、陸上養殖施設のシステム全体で排出される環境負荷を評価した。

    研究の内容

    ライフサイクルアセスメント(Life Cycle Assessment; LCA):ある製品、サービスにおいて、製造から消費に排出される環境負荷要因(CO2やNOxなど)を評価する手法
    初めて国内で陸上養殖施設を対象としてLCA分析を行い、排出される環境負荷を定量的に明らかにした。

    まとめ
    ・陸上養殖施設では、CO2排出は70%近くが電力由来
    ・一般的な給餌型の養殖よりも給餌量が少ないため、餌による環境負荷排出は非常に少ない給餌、給水等、各要素が環境に与える影響を明らかにした。各要素の改善によって、環境に配慮した持続可能な養殖業に寄与できる

  • 魚類加工残渣中のコラーゲン・コンドロイチンの有効活用

    水産廃棄物に含まれるコラーゲン・コンドロイチンの生物活性評価と産業応用

    魚の加工残渣に多量に含まれるコラーゲン・コンドロイチンの生物活性を、おもに細胞培養法で解明してその成果をもとに機能性食品や機能性化粧品、組織工学用細胞足場材料、細胞培養基材等を開発し、社会実装する。

    研究の内容

    ① 魚類コラーゲンを用いた組織工学用細胞足場材料、細胞培養基材の開発
    チョウザメ浮袋コラーゲン等を材料として、細胞足場材料を開発する。これまでに、コラーゲン原線維を細胞培養プレートにコーティングする技術を開発した。通常のプレートと比べて、本コート上に播種された細胞は形態を変化させ、細胞高が大きくなった。

    ② コラーゲン、ゼラチン、およびペプチドの皮膚線維芽細胞活性化効果
    皮および頭から酵素を用いてペプチドを生産し、その抗酸化能と線維芽細胞活性化能を検定したところ、抗酸化能は頭部をまるごと酵素消化したペプチドが最も高かった。一方で、線維芽細胞活性化能はコラーゲン含量が高い試料が高かった。現在、チョウザメ皮由来高純度ゼラチンからペプチドを生産する技術を開発中。

  • 給餌効率の向上を目的とした画像認識技術によるウニの行動モニタリング

    おなかをすかしたウニをさがせ

    キタムラサキウニの行動を追跡し、索餌行動の存在について調査した。画像認識技術を用いたウニの位置推定手法を構築し、飽和給餌・無給餌個体の行動の違いから、索餌行動を検出できる可能性を示唆した。

    研究の内容

    1.画像認識技術で画像上のウニを高い確度で検出した。ウニの探索には本手法が有効と分かった。算出された重心には、ばらつきが見られた。追尾のための位置推定精度の向上を目指したい。

    2.索餌行動の有無を確認するために、絶食個体と飽食個体の行動を比較したところ、餌の浸漬による刺激で絶食個体の移動頻度が増加する傾向がみられた。無給餌期間と索餌行動発現の関係と、索餌行動発現の仕組みが分かれば給餌方法のノウハウとして利用出来る可能性がある。

  • クロロフィル分解を抑制し緑色を維持する植物の開発

    緑色が退色しない植物の可能性を探る

    クロロフィルを分解できない植物は退色せずに緑色のままです。この性質を野菜の緑色の維持などへ応用することを目指します。

    研究の内容

    植物は光合成色素のクロロフィルを持っているため緑色をしています。クロロフィルは環状構造の分子で、中心にマグネシウムを持っています。このマグネシウムがクロロフィル分解酵素(マグネシウム脱離酵素)によって外されることによりクロロフィルの分解が始まります。そのため、クロロフィル分解酵素を持たない変異体は枯れる時期になってもクロロフィルを分解せず緑色を維持しています。

  • 化学的手法による水域生態系の理解

    各種化学分析から海域,湖沼,河川の環境を評価します

    水域の生物生産性,漁業生産性は光合成生物(基礎生産者)に支えられています。基礎生産過程の理解には栄養塩類など水中の化学成分の分析と、その結果の適切な解釈が必要です。現地調査,化学分析からデータ解析までを一貫して実施します。

    研究の内容

    一例として【北海道サロマ湖のホタテガイ養殖を支援する環境調査】を紹介します
    ◆サロマ湖は日本を代表するホタテガイ養殖の場であり、湖内での年間約7千トンの生産に加え、外海へ放流する稚貝の生産場所として、オホーツク海での年間約7万トンの生産を支えています。
    ◆漁業資源を包括的に管理し、永続的に利用していくため、漁業者がホタテガイ養殖許容量を設定し、サロマ湖の漁場管理を行っています。
    ◆当研究室はサロマ湖養殖漁業協同組合と協力し、養殖許容量を算定するための環境モニタリングを実施しています。

  • 育種技術研究と遺伝資源保存技術の開発

    交雑や染色体操作技術による倍数体やクローン作出技術、凍結保存技術の研究開発

    養殖において遺伝的に同一なクローン集団を用いることで、均一な魚の生産が期待されます。天然に分布するクローン魚類における配偶子形成の仕組みを解明することで、養殖対象魚への応用を目指しています。

    研究の内容

    ①遺伝的に同じクローン誕生のメカニズム
     自然に分布するドジョウやギンブナではクローンの存在が知られており、これらのクローンも交雑によって誕生したと考えられています。自然で生じるクローン誕生メカニズムの応用や人為的な染色体操作技術を利用することで、遺伝的に均一な養殖集団の作出が可能となるため生産性の向上が期待されます。
    ②遺伝資源保存技術の開発
     個体の再生が可能な生殖細胞や配偶子を用いた遺伝資源保存はリスク分散に必須の技術です。精子は凍結保存から人工授精における利用が最も容易であるため、魚類でも広く用いられてきましたが、個体再生には卵が必要です。これらの細胞から配偶子を誘導するためには、宿主個体に移植する必要がありますが、移植個体からは保存(移植)された細胞に由来する精子や卵の生産が可能です。

  • 海洋バイオマスからのバイオ燃料生産

    海洋微生物触媒を活用した海藻からの燃料生産

    再生可能なエネルギーの開発に向けて、海洋バイオマス由来のバイオ燃料生産が期待されています。我々はマリンビブリオを核として、その生産性や基質利用能を向上させる技術基盤の理解を目指しています。

    研究の内容

    地球温暖化や資源・エネルギーの枯渇を代表とする地球環境問題への取り組みとして、海藻糖質を基質としたエネルギー生産が挙げられます。これまでに、海洋無脊椎動物から見出したマリンビブリオを活用し、高い塩分濃度条件下でも、褐藻糖質(マンニトールやアルギン酸)や、さらには海藻粉末から直接エタノールや水素の生産を可能とする技術を開発しました。遺伝子構造や遺伝子発現解析、およびマリンビブリオの代謝改変によって、バイオ燃料生産性の向上や基質利用可能性の拡大を進めています。

  • テンサイとビーツの遺伝育種学的研究

    テンサイやビーツを用いた新しい科学原理の研究

    品種改良とは、遺伝子の組み合わせを変えることです。その根幹は受粉なので、特に花粉の形成がどのように制御されているのかを研究しています。さらに、こうした仕組みがテンサイやビーツの中でどのように進化してきたのかを考えています。

    研究の内容

    1.ミトコンドリア遺伝子と核遺伝子の翻訳後相互作用に基づく花粉形成制御機構
     テンサイやビーツから、いくつかの異なるミトコンドリア型が見つかっています。それらをDNAのレベルで区別できるようにDNAマーカーを開発しました。タイプの異なるミトコンドリアの中には、ある条件下で花粉を作らなくなるものがあります。これがミトコンドリア側の特定の遺伝子産物の有無と、ある核遺伝子の有無により決まることを明らかにしました。現在、どのような機構でそうした表現型が現れるのかを研究しています。

    2.ビーツの来歴
     ビーツは、植物種としてはテンサイと同一で、両者の違いはほぼ品種の違いです。ビーツの来歴はあまり良くわかっておらず、特にテンサイとの関係が不明です。DNAマーカーを利用し、ビーツの来歴を調べています。

  • 作物の養分獲得戦略の分子機構とその応用

    植物・土壌・共生菌を軸にした養分獲得機構の解明と、その作物生産現場への応用

    主要養分元素であるリンを中心に窒素やカリウム、さらには不要元素であるセシウムについて、土壌中での動態、植物に吸収されるメカニズムについて様々な作物を用いて研究しています。

    研究の内容

    研究1:菌根形成植物のリン獲得機構に関する研究
    土壌中に存在する難利用性リンの利用を植物が植物自身または菌根菌からどのように獲得しているのか、遺伝子発現の網羅的解析技術や逆遺伝学的な手法を用いて分子レベルで研究しています。

    研究2:植物が土壌中の元素動態に与える影響に関する研究
    シロバナルーピンは土壌中のリンを根から分泌する有機酸やホスファターゼで利用可能な形へと変える能力が高いことで知られています。また、土壌中の重金属やセシウムも多く吸収することが知られており、根からの分泌物と土壌中における様々な元素の動態を根箱など(図2)を用いて調査しています。
    研究3:養分ストレスと植物の機能性成分に関する研究:どのような栽培条件が機能性成分の蓄積に寄与するのかについて土耕や水耕栽培を実施して研究を進めています。

  • 乳牛の飼養方法と生産される乳の品質

    日本全国、乳牛は様々な方法で飼養されていますが、牛乳の品質(成分的、衛生的、官能的)との関連は、明確ではありません。
    実際の酪農現場で生産された乳を解析し、乳牛の飼養方法と生産される乳の品質との関連を明らかにしています。

    研究の内容

    「乳牛の飼養方法と生乳の成分的品質との関連」
    乳牛の飼養方法は日本各地で異なり、特に北海道では気候条件などの違いにより明確に異なります。
    北海道の各地域における飼養タイプの違い(畑作型、草地型、都市近郊型)と各酪農家で生産された生乳の成分、特に乳製品の品質と関連が強い脂肪酸組成やビタミン、カロテノイドとの関連を検討しています。

    「乳牛の飼養方法と牛乳の官能的品質との関連」
    乳牛の飼養方法の違いと生乳の成分的品質との間には関連性が強いことが分かってきました。
    しかし、ヒトが実際に飲んで感じるおいしさ(味、香り、食感)との関連は明確でありません。
    そこで、乳牛の飼養方法、生乳の成分的品質、牛乳の官能的品質、これら3者間の関連を検討しています。

  • 動・植物プランクトンの群集構造

    プランクトンを通して、海の状態・変化を知る

    海洋生態系において、プランクトンは、温暖化などの影響をいち早く受けるため、良い指標となります。極域や亜寒帯域を中心に、植物および動物プランクトンの種類や量を調べ、気候変動による影響の解明を目指しています。

    研究の内容

    ①北極海の動物プランクトン群集が近年変化していることを解明。
    ②太平洋の種が北極海内で産卵・孵化していることを初発見。
    北極海の入り口であるチャクチ海で、近年、太平洋産の動物プランクトンが多くなっていることを発見しました。さらに、輸送されている太平洋産種が、北極海の中で産卵・孵化していることを世界で初めて発見しました。
    ③海氷変動により、植物プランクトンブルーム時の種と規模が変わることを解明。
    北部ベーリング海で、海氷融解タイミングが変化すると、その後の植物ブルーム構成種と規模が大きく変わることを解明しました
    ④氷河融解水流入により、栄養塩が湧昇し、ナノ鞭毛藻類を介した生産が増加する。
    グリーンランドフィヨルドで、氷河融解水がマイクロプランクトン群集に影響を与えていることを解明しました

  • LED光の集魚特性の解明

    LED光で魚の行動を制御する

    近年、水産技術の研究では集魚効果のみならず魚の行動制御への利用といった点からもLED光は注目されている。本研究では、LED光の波長(色)ごとの魚の集魚特性と行動への影響を明らかにすることを目的としている。

    研究の内容

    本研究では、自然環境下に生息する魚を対象として、光特性(色,光強度)の異なるLED光における集魚効果の変化を調べるとともに、環境要因を排除できる屋内環境において同様な種を対象として実験を行い、光特性の変化が行動に与える影響を調べ、魚を集める・忌避させる。さらに、魚の活性を増減させる光の条件を明らかにすることを目的としている。

  • 糖質代謝関連酵素の機能・構造・応用

    酵素を使った効率的糖質合成技術を開発し、健康的で豊かな食生活を支えたい

    糖質には機能性食品素材としての利用が期待されています。酵素を利用し、自然界や農産物から入手しやすい糖質を希少糖質へと効率的に変換する技術基盤を整備することで新しい機能性糖質の発見につなげたい。

    研究の内容

    セロビオース2-エピメラーゼは、β1-4二糖の還元末端グルコース残基をマンノース残基にエピメリ化する酵素です。
    私たちは、本酵素が乳糖に作用することで生成する希少オリゴ糖のエピラクトースに注目して研究してきました。本酵素を固定化したバイオリアクターの開発や、工業的なスケールでも実施可能なエピラクトースの高純度化技術をこれまでに開発しました。
    セロビオース2-エピメラーゼを利用することにより合成したエピラクトースを用いて動物実験により生理機能性を明らかにしました。
    エピラクトースは高い消化酵素耐性を持つ難消化性オリゴ糖であり、ラットを用いた実験では腸内でのビフィズス菌や乳酸菌を増やすプレバイオティクス効果が確認されました。

  • 群飼育下の乳用雌哺育牛から体調不良個体を早期検出するリアルタイムモニタリング技術の開発

    生涯生産性を高める哺育・育成からのスマート酪農を目指す

    わが国の生乳生産の安定化のためには、哺育牛の損耗低減が必要である。本研究は、哺育牛群の体温、行動、容姿の常時全頭モニタリングによって体調不良個体を早期検出する技術を開発する。

    研究の内容

    ①群飼育哺育牛の健康状態指標の全頭同時リアルタイムモニタリング技術の開発
    哺育牛の行動型、体温、容姿を牛房内の哺育牛全頭について同時に常時モニタリングする機器技術および解析技術を開発する

    ②群飼育哺育牛の中から体調不良個体を早期検出する技術の開発
    哺育牛の行動型、体温および容姿の全頭同時モニタリングデータから人工知能によって体調不良個体を検出する技術を開発する

  • 海洋深層水を用いた北方系未利用紅藻「ダルス」の周年栽培技術開発

    アルガミートの陸上栽培

    北方系紅藻 『ダルス』 はタンパク質を豊富に含有し(約40%/乾燥重量)、その主成分 『フィコエリスリン(PE)』 は血圧低下・抗酸化・脳機能改善作用を示す。本研究では 「PE高含有ダルスの周年陸上栽培」 に挑んだ。

    研究の内容

    ★ ダルスの優位性
    “大豆(畑の肉)” と同等のタンパク質を含有し、その主成分PEは血圧低下・抗酸化・脳機能改善作用を示す。
    ★ 問題点
    ① 現在、供給源は冬季に採取されるもののみ (平均13トン/年)。
    ② 水温上昇や悪天候による生育不順、他種海藻の混入。
    ③ 新規海藻栽培に伴う漁業者の負担、混在する紅藻類からダルスを選別する製造業者の労働負荷。
    ★ ダルス栽培のロバスト化
    PE含有量が多く安全な「高機能ダルス」を周年栽培するため、安定して低温で・栄養塩を豊富に含有し・清浄である海洋深層水を利用して、水温上昇や悪天候などの海洋環境に影響されない陸上施設において、その生育条件を最適化する 『ロバスト設計』 を実施。

  • 栄養素を循環させる農業を多面的に達成する

    環境にやさしい農業、を、もっと身近に、もっとやりやすく

    牛は食べた栄養素の八割近くを糞尿にしてしまう。それを土に撒き、草が伸び、牛が食べ栄養素はリサイクルされる。しかし土は保持できない栄養素を環境中へ排出する。これら目に見えにくい循環を理解し是正していく。

    研究の内容

    農業に由来する環境負荷、例えば水質悪化や温室効果ガス排出は近年大きな問題となっています。これらを是正するには、多面的な研究が必要です。例えば土壌中に保持される栄養素を理解するには微生物学的知識が必要ですし、作物生育のムラなどが起きていることを判別するには画像解析技術などが役立ちます。また、農業が環境負荷を引き起こす原因を根本的に理解するには、農業現場でどのような人がどう利益を得ているのかを理解する必要があります。環境生命地球化学研究室では、「微生物学」、「衛星画像解析」、「農家データ解析」を大きな三本の柱としながら、農場内で、地域で、栄養素を確実に循環させ、環境負荷を極限まで減らした農業体系の確立を目指しています。

  • 漁具の水中形状・動態可視化技術(NaLA)

    漁具の水中動態をPCで可視化

    漁具の設計図と海況条件をPCに入力することで,様々な漁具の水中での形状やその動き,各部材に作用する力を数値シミュレーション技術により可視化することができます。
    (企業との共同研究により研究開発が行われています)

    研究の内容

    漁具の水中形状や動態をPCで数値シミュレーションにより予測し、可視化することにより、
    ・新しい漁具や施設を開発するため実機製作前に評価できる
    ・操業中の漁具の状態をモニタリングし漁労作業を支援する
    ・設置海域での施設の耐流性・耐波性を評価する
    など、漁業生産施設の操業や設計の最適化を実現します。

  • レッドビートの生体影響を評価するヒト対象研究

    レッドビート摂取による寒冷下の末梢循環促進と巧緻作業能力改善を解明

    道内でも生産されるレッドビート(図1)の濃縮ドリンクの機能性を評価するヒト介入試験を行い、寒冷環境下での指先の冷えが緩和され、巧緻作業能力が改善されるエビデンスが示されました。

    研究の内容

    成人男性を対象に、レッドビートドリンクまたは水を単回摂取させた後、手部を冷水に30分間浸漬させて冷却し、その後の回復過程における指先の皮膚温、皮膚血流、血圧を測定しました。同時に、指先の巧緻性や調整力を評価する作業課題を行いました(図2)。その結果、水条件に比べてレッドビート条件で、冷却後の指先の血流と皮膚温の回復が促進され、また、巧緻作業パフォーマンスの改善が示されました。今後の課題として、冷凍庫内や冬季屋外作業現場などを想定した寒冷環境滞在時の生体応答評価や、レッドビートの長期摂取による影響のヒト介入試験を行う必要があります。

    若林 斉 准教授 Hitoshi Wakabayashi
    博士(体育科学)
  • 植物性色素の生理機能とその応用

    植物色素の力で植物もヒトもストレスに強くなる!?

    植物色素の一種であるベタレインの、植物細胞内における生理機能として、ストレス負荷により蓄積する活性酸素(ROS), 活性窒素(RNS)消去能及び機構解明をおこなう。植物の環境ストレスに強い植物開発への応用を目指している。

    研究の内容

    寒冷地作物ビーツに含まれる赤や黄色のベタレイン色素は抗酸化や血圧降下作用など多機能性が示唆されるが、ベタレインは非常に不安定なため精製度の高いベタレインを用いた検証は非常に少なくベタレイン色素自身の機能詳細は不明である。
    そこで、ビーツに含まれ得るベタレイン色素(ベタシアニン・ベタキサンチン)の高純度精製法を確立した。得られた純度の高いベタレイン色素を用いて、活性酸素や活性窒素の消去能を in vitro または in vivoで測定することにより、種々のストレスに対する細胞保護機能を評価し、機能性食品開発や環境ストレスに強い作物の作出を目指している。