第34回「タンデム加速器及びその周辺技術の研究会」報告集

株本 裕史; 中川 創平; 松田 誠

JAEA-Conf 2022-002, 146 Pages, 2023/03

JAEA-Conf-2022-002.pdf:9.89MB

第34回「タンデム加速器及びその周辺技術の研究会」は、令和4(2022)年7月21日(木)22日(金)の2日間に亘り日本原子力研究開発機構原子力科学研究所により開催された。新型コロナウイルスの感染拡大防止の対応からオンライン形式とした。本研究会は、タンデム加速器を中心とした静電加速器施設を運営あるいは利用する研究者・技術者の現場レベルからの話題提供を通じて、参加者相互の情報交換を図り、関連研究の発展や施設管理に資することを目的として行われている。本研究会へは26の大学、研究機関および産業界から約100名の関係者が参加した。発表件数は25件で、各施設の現状報告や加速器の技術開発、応用研究等について報告が行われた。また、今回はオンライン開催のためにポスター発表は行わず、口頭発表のみとした。本報告集は、これらの発表内容をまとめたものである。

Effect of water activity on the mechanical glass transition and dynamical transition of bacteria

曽我部 知史*; 中川 洋; 山田 武*; 小関 成樹*; 川井 清司*

Biophysical Journal, 121(20), p.3874 - 3882, 2022/10

https://doi.org/10.1016/j.bpj.2022.09.001

本研究の目的は、バクテリア()のガラス転移挙動を水分活性()の関数として明らかにすることである。298Kでの機械的緩和を調べ、機械的(298Kで機械的ガラス転移が起こる)を0.667と決定した。平均二乗変位の温度依存性は、中性子非弾性散乱により調べた。フィッティングにより、2つの動的転移温度(low とhigh )が決定された。乾燥試料を除いて、低Tdに対するの影響はわずかであった。高はの減少に伴い大きく上昇した。高で決定された動的(0.688)は、測定時間スケールが異なるため、機械的よりもわずかに高い値であった。高をガラス転移温度()に変換し、無水は411Kと推定された。

生体分子の小角散乱と中性子スピンエコー法

中川 洋; 松尾 龍人*

波紋, 32(1), p.12 - 15, 2022/02

タンパク質の生物学的機能を解明し、予測し、制御するためには、その溶液構造とダイナミクスを明らかにすることが重要である。小角散乱法は、生理学的条件下で標的分子との結合によるタンパク質の構造とダイナミクスの変化を調べるための有効な手法の一つであるが、その分解能は、原子レベルの分解能で構造情報を得ることができる結晶学と比較して低い。また、中性子スピンエコーは、小角散乱でカバーされているQ領域のタンパク質の構造ダイナミクスを測定できる唯一の手法である。本論文では、小角散乱と中性子スピンエコーを用いた我々の最近の研究を紹介

Nanosecond structural dynamics of intrinsically disordered -casein micelles using neutron spectroscopy

中川 洋; Appavou, M.-S.*; Wuttke, J.*; Zamponi, M.*; Holderer, O.*; Schrader, T.*; Richter, D.*; Doster, W.*

Joint Annual Report 2021 of the MLZ and FRM II, P. 55, 2022/00

https://doi.org/10.14459/2022md1639756

ベータカゼインは、温度の上昇とともに可逆的な吸熱性の自己会合を起こし、ミセルを形成する。我々は、ナノ秒スケールの分子運動の観点から構造ダイナミクスを評価した。我々は、溶液中のベータカゼインについて、ナノ秒およびサブナノ秒の時間スケールでの2つの緩和過程を報告する。どちらの過程も、調和振動ポテンシャルでのバネ定数を定義したBrownian Oscillatorモデルを用いて解析した。緩和時間を溶媒の粘度で割ると、温度依存性のほとんどが取り除かれ、この過程が溶媒の密度揺らぎを含んでいることを示している。より速い過程は振幅が小さく、水和水を必要とする。ミセルの中では、ベータカゼインモノマーの柔軟性が保たれている。

Nanosecond structural dynamics of intrinsically disordered -casein micelles by neutron spectroscopy

中川 洋; Appavou, M.-S.*; Wuttke, J.*; Zamponi, M.*; Holderer, O.*; Schrader, T. E.*; Richter, D.*; Doster, W.*

Biophysical Journal, 120(23), p.5408 - 5420, 2021/12

https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.10.032

カゼイン蛋白質は、プロリン残基が多いため、典型的な折り畳み蛋白質とは異なる、拡張された構造的特徴とそのダイナミクスを特徴としている。この特徴的な構造のダイナミクスをOrenstein-Uhlenbeckブラウン振動子モデルを用いた広い時間スケールのQENS実験により記述することができた。また、リン酸カルシウムの効果的な貯留についても、その特徴的な動的構造の観点から議論することができた。また、ナノ秒オーダーでのタンパク質の物理過程が生体機能に与える生物学的な役割についても報告した。

Evaluation of sample cell materials for aqueous solutions used in quasi-elastic neutron scattering measurements

富永 大輝*; 佐原 雅恵*; 川北 至信; 中川 洋; 山田 武*

Journal of Applied Crystallography, 54(6), p.1631 - 1640, 2021/12

https://doi.org/10.1107/S1600576721009687

For quasi-elastic neutron scattering (QENS) studies, sample cells made of pure or alloyed aluminum are frequently employed. Although the Al surface is protected by a passivating film, this film is not robust. Therefore, when the sample is an aqueous solution, chemical interactions between the Al surface and sample, promoted by corrosive entities such as chloride ions and certain conditions of pH, can compromise the integrity of the cell and interfere with the experiment. In this study, the corrosion susceptibilities of Al and its alloys were investigated by subjecting them to various treatments; the results were compared with those of other candidate materials with low chemical reactivity. This work showed that alloys with higher Al content and boehmite-coated surfaces are resistant to corrosion. In particular, for Al, the resistance is due to a reduction in the contact area achieved by reducing the surface roughness. QENS measurements of empty sample cells made of these materials revealed two results: (1) the profile of the cell fabricated with a copper-free Al alloy showed a minor dependence on the scattering vector magnitude and (2) reducing the real surface area of Al effectively suppresses its scattering intensity, while boehmite coating strengthens the scattering. Cells fabricated with Mo, Nb and single-crystal sapphire can be used as alternatives to Al because of their low scattering intensity and reduced dependence on .

グリセロール水溶液中の水の分子運動と水分活性

中川 洋

低温生物工学会誌, 67(2), p.129 - 133, 2021/10

水分活性は、微生物の成長、酵素活性、食品の保存性や品質の指標となる。グリセロール水溶液は、そのグリセロール含有率を変えることで水分活性を制御できる。本研究では、非干渉性準弾性中性子散乱法を用いて、様々な水分活性におけるグリセロール水溶液中の水の拡散ダイナミクスを調べた。その結果、水分子の拡散係数が水の収着等温線と相関していることがわかった。

Conformational ensemble of a multidomain protein explored by Gd electron paramagnetic resonance

齋尾 智英*; 平松 蒼野*; 浅田 瑞枝*; 中川 洋; 清水 和美*; 久米田 博之*; 中村 敏和*; 石森 浩一郎*

Biophysical Journal, 120(15), p.2943 - 2951, 2021/08

https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.06.033

電子常磁性共鳴分光法を用いてタンパク質上の2点間の距離を測定し、マルチドメインタンパク質酵素MurDの構造状態と分布を調べた。これまでの結晶学的研究やNMR研究では、MurDの3つの異なる構造状態が報告されていたが、我々のデータは、MurDがリガンドを持たない状態では、より多様な構造状態で存在することを明らかにした。MurDは感染症治療の有力なターゲットの一つであることから、本研究の成果は創薬のための重要な構造基盤を提供するものと考えられる。

X線散乱・中性子散乱

中川 洋; 松尾 龍人*

実験医学, 39(10), p.1667 - 1673, 2021/06

X線や中性子散乱は、溶液中の生体分子の構造状態や集合状態、分子間相互作用などが分かる手法である。放射光X線では、短時間で高精度な溶液散乱データが得られる。中性子線では重水素化ラベルにより特定の分子を不可視化して、分子集団の中の注目する分子だけを選択的に観測することもできる。また、熱揺らぎと同程度のエネルギーを持つ中性子線では、分子運動の計測にも適している。現在のところ相分離現象の解析への適用は限定的であるが、ナノメゾスケールでの相分離状態を解析したり、相分離する過程を追跡したりするのに有効な手法である。

Sequence-dependent hydration water dynamics of dodecameric DNA

中川 洋; 米谷 佳晃*; 中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥*; 稲村 泰弘; 片岡 幹雄*; 河野 秀俊*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011101_1 - 011101_6, 2021/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.33.011101

5'CGCGCGCG'3 and 5'CGCGCGCG'3のDNAについて、軽水と重水のコントラストを利用した中性子準弾性散乱による水和水ダイナミクスを測定した。この2つのDNAは計算機によってそれぞれ硬い分子と柔らかい分子であることが分かっている。どちらの配列も約240KにDNAと水和水のどちらも動力学転移が観測された。転移温度以上では、水和水の平均自乗変位は硬い配列の方が小さかった。また水和水の緩和時間は硬いほうが長かった。ピコ秒時間スケールの水和水ダイナミクスは配列依存的なDNAの硬さと関係していることを示唆した。