hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
開放性海岸域に発達する広域沿岸境界層の空間構造計測現地実験と広域漂砂モデルの構築

本研究の目的は,海岸域と外洋域を結ぶ重要な海域でありながら,これまでその実態解明がほとんど進んでいない水深10200mの大陸灘海域(Coastal Buffer Zone)に対して,それが広域土砂収支や沿岸水環境形成に果たす役割を把握するために,CBZの流れ(沿岸境界層)の空間構造を現地観測から明らかとし,それに基づいて広域漂砂モデルや広域沿岸水環境モデルの構築を試みることにある.今年度は,まず昨年度実施した鹿島灘における現地計測(観測期間:1999年7月中旬9月末の約2ヶ月間,観測内容:(1)係留ブイに観測ステーションによる流動・水温・塩分・クロロフィルa量の長期連続計測,(2)観測船を用いた流動・栄養塩・動植物プランクトンの空間構造精密計測,(3)超音波ドップラー流速計を用いた海底境界層精密計測)のデータ解析を押し進め,a)急激な黒潮流路にともなう沿岸流動の応答や黒潮前線から波及する前線渦が沿岸環境に与える影響なメソスケールの外洋変動が沿岸域に与える影響を衛星リモートセンシングのデータもあわせることによって明らかにした.さらに今年度は,昨年度の研究を発展させる形で,開放性沿岸域における低次生産を中心とした物質循環を明らかにするために,栄養塩,クロロフィルa量の年間変動計測を実施した.その結果,開放性沿岸域の物質循環の特徴が,i)浅海域(水深20m以浅),ii)陸棚海域(水深20m100m),iii)外海域(水深100m以上)という領域ごとに大きく異なっていることを示し,大陸棚海域は春季初夏にかけて外海影響によって栄養塩場が支配され,秋季は陸水影響によって支配されることなどを観測結果に基づいて示すことができた.
塩素化芳香施化合物分解微生物群の遺伝学的解析と分解能獲得の進化学的解析

本研究では、既に得られているPCB分解系遺伝子群の構造を解析し考察を加えた。ターゲットとする遺伝子はメタ開裂酵素とし、それと類似した遺伝子群をクローン化する方法に関する検討を行った。PCR法については、高い相同性を有する遺伝子に対しては有効であったが、相同性の低いものに対しては、良好な結果は得られなかった。新たにPCB/ビフェニル分解菌を検索した結果、ベンゼンやトルエンを分解するユニークな分解菌を獲得した。また、その菌より分解に関与する遺伝子群を獲得し、サブクローンを行った結果、メタ開裂酵素をコードする遺伝子の塩基配列の決定も行われた。現在までに得られているbphCならびに類似したメタ開裂酵素遺伝子を比較した結果、分解する物質の違いにより、その酵素活性の特徴も異なることが認められた。また、アミノ酸配列をもとにした樹系図の作成により、進化的特徴に対しても考察を加えた。組換え微生物の土壌中での挙動をDNAレベルで調べるため、土壌中からの全DNAの抽出法を検討した。その結果、土壌中のBacteriaを濃縮したのちにそのDNAを抽出する方法を開拓し、あらかじめBacteria集団を保存して、後の解析に用いることを可能にした。しかし、ハイブリダイゼーションによるbphC類似遺伝子の検出には成功しておらず、今後プローブの検討を進める必要がある。以上のように、本研究は、目的とした分解能の遺伝学的解析ならびに分解能獲得の進化学的解析に対して、新たな知見を加えることができ、今後の研究に大きな可能性を開拓した。本研究では、塩素化芳香族化合物の代表例としてPCBに着目し、環境中での分解能を検定し、その分子進化学的意味を探り、将来、環境中からの汚染物質の除去に応用することを目標としている。我々はすでに、塩素置換数の多いPCB分解菌の取得を目的とした土壌のスクリ-ニングにより、今までに無い分解スペクトルを持つPCB分解菌の単離取得に成功しているが、それを更に一歩進めて環境中における分解能の伝播について検討し、遺伝子群の繋がりについて組換えDNA手法を用いて実験を行なっている。また、塩素置換芳香族化合物分解に関与する遺伝子群の構造的繋がりについて、塩基配列、タンパク質配列による解析を行ない、分解能と、タンパク質構造の進化について、評価を加えることを試み以下の結果を得た。既に単離されているPCB分解に関与する遺伝子群(bphA,B,C,D)の塩基配列の比較より、ベンゼン,トルエン,ナフタレンなどの芳香族化合物の分解に関与する遺伝子群が、広い範囲で高い相同性を持つことを見出だした。本研究においては、PCB分解系のうちメタ開裂物質を生成するbphCについて高く保存された領域についてコンピュ-タ-を用いた解析を行ない、酵素的DNA増幅法(PCR)に用いるプロ-ブの作製と、それを用いた相同遺伝子のクロ-ニングを行なった結果、新たなbphC遺伝子の単離に成功した。DNAの土壌からの直接抽出および精製については新たに導入した分離用超遠心機を用い、従来の方法を参考にした新たな手法の開発を行なった。以上の様に従来の研究成果ならびに新たに導入した土壌からのDNAの直接抽出方法およびPCRにより類似したbphC遺伝子のクロ-ンが可能であることが確認された。本研究では、塩素化芳香族化合物の代表例としてPCBに着目し、環境中での分解能を検定し、その分子進化学的意味を探り、将来、環境中からの汚染物質の除去に応用することを目標にしている。我々は既に、塩素置換数の多いPCB分解菌の取得を目的とした土壌のスクリーニングにより、今までにない分解スペクトルをもつPCB分解菌の単離取得に成功している。今回、それを更に一歩進めて環境中における分解能の伝播について検討し、遺伝子群の繋がりについて組換えDNA手法を用いて実験を行った。既に得られているPCB分解系遺伝子群の構造を解析し考察を加えた結果、ターゲットとする遺伝子はメタ開裂酵素とした。まず、新たにPCB/ビフェニル分解菌を検索し、ベンゼンやトルエンを分解するユニークな分解菌を獲得した。

その菌より分解に関与する遺伝子群を獲得し、メタ開裂酵素をコードする遺伝子の塩基配列の決定も行われた。現在までに得られているbphCならびに類似したメタ開裂酵素遺伝子を比較した結果、分解する物質の違いにより、その酵素活性の特徴も異なることが認められた。また、アミノ酸配列をもとにした樹系図の作成により、進化的特徴に対しても考察を加えた。組換え微生物の土壌中での挙動をDNAレベルで調ベるため、土壌中からの全DNAの抽出法を検討した。その結果、土壌中のBacteriaを濃縮したのちにそのDNAを抽出する方法を開拓し、あらかじめBacteria集団を保存して、後の解析に用いることを可能にした。しかし、ハイブリダイゼーションによるbphC類似遺伝子の検出には成功しておらず、今後プローブの検討を進める必要がある。以上の様に、本研究により目的とした分解能の遺伝学的解析ならびに分解能獲得の進化学的解析に対して新たな知見を加えることができた。
環境とのインタラクションを伴う物体操作における人間の技能の解析

人間はきわめて柔軟で器用なマニピュレーション能力を持っており,環境とのインタラクションを伴う物体操作(グラスプレス・マニピュレーション)においても,環境からの反力を巧みに利用して物体を操ることができる.このような人間の能力は移動知の発現と考えることができる.本研究では,人間の行うグラスプレス・マニピュレーションに着目し,その技能のモデルを求めることを目的としている.今年度は,グラスプレス・マニピュレーションの中でも二指のピボット操作に着目して研究を行った.具体的には,人間の操作の計測結果を参考にして,CPG(Central Pattern Generator)に基づくピボット操作の制御モデルを構築した.この制御モデルは,松岡のニューロンモデルを用いて,手首の運動に関わる3つのニューロンと指の運動に関わる2つのニューロンから構成されている.これを用いてハンドを制御することによって,リズムの引き込みによって物体のピボット操作が実現可能であること,床面の摩擦係数の変化にも適応可能であることを動力学シミュレーションによって確認した.また,人間の手の機能とマニピュレーション技能の理解のために,詳細な筋骨格系モデルに基づく人間の手のモデルを開発した.このモデルは24リンク・31自由度の骨格系モデルと35筋切片・73腱切片から成る筋腱モデルから構成されており,筋力に基づいて指の運動の動力学シミュレーションを行うことが可能であることを確認した.人間はきわめて柔軟で器用なマニピュレーション能力を持っており,環境とのインタラクションを伴う物体操作(グラスプレス・マニピュレーション)においても,環境からの反力を巧みに利用して物体を操ることができる.このような人間の能力は移動知の発現と考えることができる.本研究では,人間の行うグラスプレス・マニピュレーション,中でも,転がし操作・ピボット操作に着目し,その技能のモデルを求めることを目的としている.今年度は,人間の行うグラスプレス・マニピュレーションの計測を行う環境を構築した.データグローブおよび三次元磁気センサによって人間と対象物の運動を計測し,また床面の裏に設置した力センサによって,環境からの反力を計測できるようにしている.そして,構築した計測環境を用いて,人間のピボット操作のデータ収集を行った.10名強の被験者について,それぞれ数十回のピボット操作を行わせた.得られたデータについて,隠れマルコフモデルを用いてモデル化を行った.隠れマルコフモデルのトポロジーの決定にはMDL基準を利用した.得られた隠れマルコフモデルは被験者のピボット操作の技能を反映しており,それらの間の確率的距離尺度をもとに多次元尺度法を適用することで,それぞれの特徴を明らかにすることができた.この手法を利用すれば,現在開発中のマニピュレーション技能モデルが,実際の人間の技能をどれくらい再現できているかを評価することができると考えられる.この技能モデルについては,動力学シミュレータ内でCPGによって駆動される仮想ハンドとして実装中である.人間はきわめて柔軟で器用なマニピュレーション能力を持っており,環境とのインタラクションを伴う物体操作(グラスプレス・マニピュレーション)においても,環境からの反力を巧みに利用して物体を操ることができる.このような人間の能力は移動知の発現と考えることができる.本研究では,人間の行うグラスプレス・マニピュレーションに着目し,その技能のモデルを求めることを目的としている.今年度は,グラスプレス・マニピュレーションの中でも二指のピボット操作に着目して研究を行った.具体的には,人間の操作の計測結果を参考にして,CPG(Central Pattern Generator)に基づくピボット操作の制御モデルを構築した.この制御モデルは,松岡のニューロンモデルを用いて,手首の運動に関わる3つのニューロンと指の運動に関わる2つのニューロンから構成されている.これを用いてハンドを制御することによって,リズムの引き込みによって物体のピボット操作が実現可能であること,床面の摩擦係数の変化にも適応可能であることを動力学シミュレーションによって確認した.また,人間の手の機能とマニピュレーション技能の理解のために,詳細な筋骨格系モデルに基づく人間の手のモデルを開発した.このモデルは24リンク・31自由度の骨格系モデルと35筋切片・73腱切片から成る筋腱モデルから構成されており,筋力に基づいて指の運動の動力学シミュレーションを行うことが可能であることを確認した.
グリオーマ抗原SOX6による血清学・組織学的診断法の確立とDNAワクチンへの応用

患者血清中のIgGとの反応を利用して抗原を同定し得るSEREX法により同定された癌抗原はT細胞に認識され得ることが報告され、抗原特異的な免疫治療への応用が試みられている。我々はグリオーマに対する免疫療法の確立に向けてグリオーマ患者血清を用いたSEREX法によりグリオーマ特異抗原としてSOX6を同定した。本研究では、グリオーマ抗原SOX6による血清学的診断法・組織学的診断法の確立を試みた。血清学的診断や免疫治療には抗原蛋白が腫瘍特異的であることが重要である。我々はWestern blot analysisと免疫組織学的解析により、成人正常脳組織ではSOX6蛋白の発現が認められず、グリオーマ組織においてはSOX6蛋白が発現していることを確認した。さらに、SOX6に特異的なIgG抗体が血清中に存在しているグリオーマ患者の腫瘍組織の全てにSOX6蛋白が発現していることを実証した。グリオーマ抗原としてグリオーマ患者にSOX6に対するIgG抗体反応が誘導されているということは同時にSOX6特異的なCD4陽性T細胞が活性化されていることが示唆される。抗原特異的なCD4陽性T細胞の活性化は、腫瘍免疫療法本来の目的であるCD8陽性T細胞の活性化を促す可能性がある。以上より、SOX6特異的なIgG抗体反応はグリオーマ組織におけるSOX6の高発現に起因していると考えられ、SOX6はグリオーマの血清学的診断および組織学的診断に有用であるのみならず、その高い免疫原性からもグリオーマに対する免疫療法のターゲットとなると考えられる。今後は、SOX6抗原遺伝子を用いたDNAワクチンによる免疫遺伝子治療法の有用性の検討を行っていく予定である。
アクティブ分光照明による実時間分光イメージングシステムの実現とその応用

本研究では,アクティブ分光照明を用いた実時間分光イメージングシステムを実現し,従来の分光放射輝度計や分光測色計などの分光器がもつ本質的な問題点を解決するとともに,幾つかの有用な応用分野を開拓した.まず,波長プログラマブル光源と高速モノクロカメラの同期システムを構築し,出力光源の較正方法および物体の表面反射率の推定方法を考案した.具体的な応用として,(1)視感実験のための分光投影,(2)三刺激値イメージャー,および(3)XYZディスプレイの実現を行った.本研究では,アクティブ分光照明を用いた実時間分光イメージングシステムを実現し,従来の分光放射輝度計や分光測色計などの分光器がもつ本質的な問題点を解決するとともに,幾つかの有用な応用分野を開拓した.まず,波長プログラマブル光源と高速モノクロカメラの同期システムを構築し,出力光源の較正方法および物体の表面反射率の推定方法を考案した.具体的な応用として,(1)視感実験のための分光投影,(2)三刺激値イメージャー,および(3)XYZディスプレイの実現を行った.1.高速マルチバンド画像獲得部の構築現有の分光プログラマブル光源と,新規に購入したモノクロカメラモジュール一式を用いて,任意の分光波長を高速に獲得するシステムを構築した.なお,安価で高性能なカメラが発売されたため,当初の計画と異なるカメラを購入した.また,光源強度が劣化していたため,光源のランプ交換を行った.2.統合システムの特性解析様々な条件におけるシステムの特性解析を行い,高速画像取得のためのキャリブレーションを行う自動較正系を構築した.3.処理アルゴリズムの開発全画素点における分光エネルギー分布と,表面分光反射率を高速に推定するアルゴリズムを開発した.合計3種類のアルゴリズムを開発し,種々の反射率推定実験により,最適なアルゴリズムを決定した.4.効率的な分光系の決定チャンネル数・選択波長帯と分光情報の推定精度の関係を理論と実験によって考察し,各種分光画像解析に対して最も効率的なセンサ数とその波長帯を検討中である.5.XYZディスプレイの構築カメラやディスプレイの特性を考慮した照明光源を設計することにより,カメラ出力をそのままディスプレイ入力とすることによって,正しいXYZ三刺激値を出力するシステムを構築した.さらなる精度改善を検討中である.1.基本システムの構築現有の分光プログラマブル光源と,新規に購入したモノクロカメラモジュール一式を用いて,任意の分光波長を高速に照射できる高速アクティブイメージングシステムを構築した.なお,購入カメラは当初計画と異なり,安価で高性能なカメラに変更し,また光源強度の劣化のため,光源ランプを交換した.照射範囲を拡大するために,別予算で分光プログラマブル光源を購入し,2台によるイメージングの構築を検討した.用途に応じて,個別のレンズによる照射系と,2分岐ケーブルによる1つのレンズによる照射系を使い分けることとした.さらに個体差のある2光源を制御するアルゴリズムを開発した.2.新しい画像測色法の開発CIE等色関数を,正確に記述する分光分布をもつ照明光を生成する技法を開発した.このような照明光を反射物体に均一に照明し,全画素点の三刺激値をカメラ出力値として求める新しい画像測色法を開発した.すなわち積分や掛算といった数値計算をせずに,カメラの画素値として,測色値が高速に得られる.3.XYZディスプレイの構築カメラやディスプレイの特性を考慮したアクティブ照明光源を設計することにより,カメラ出力をそのままディスプレイ入力とすることによって,正確なXYZ三刺激値を直接ディスプレイデバイスから出力させる統合システムを構築した.これにより高精度のカラー画像表示が可能で,精度改善を検討中である.4.応用研究システムの応用として,物体の分光反射率をモノクロカメラの各画素において迅速に推定する方法を検討した.アクティブ分光照明を用いた分光反射率推定方法として,可視域において,分光反射率を基底関数に分解して効率をあげる方法を開発した.また,絵画のディジタルアーカイブへの応用は,波長分解能を高くするよりも,照明光源の光量を増大が必要で,このためのシステム構築の検討を継続している.
敗血症に対する電気刺激の筋蛋白分解への影響と理学療法の探索

敗血症患者は不安定な全身状態のため,人工呼吸器をはじめ種々の生命維持装置や投薬治療から不活動となり全身に様々な悪影響を及ぼす.全身性炎症により急速な筋萎縮が誘発されるため,早期離床による筋機能の低下予防,ひいては身体運動機能の維持,向上が必要不可欠である.しかし,重症例においては積極的な離床や筋収縮運動を実施できる状態ではない.最近,電気刺激による他動的な筋収縮運動が適用されているが,その効果に関しては一定していない.本研究の目的は,敗血症患者に対する電気刺激療法の効果に関して,筋蛋白分解の推移をその指標に加えて検討することである.今回,筋厚や筋力など様々な視点から検証し,早期からのNMESの適用が退院時および転院時における下肢筋力(筋出力;筋力測定,筋厚;超音波)および身体機能,運動耐容能,ADLに及ぼす影響についても検討した.今回,電気刺激装置を使用し,刺激部位:両側下肢,刺激強度:45Hz; 400-μs,通電時間12秒,休止時間6秒,強度40-80mA,実施時間:1セッション60分間,実施頻度:週に5回以上で実施した.症例数は少ないが敗血症患者で検討した結果,筋厚および筋力の低下とは逆に尿中3-MHは上昇し,筋蛋白分解の亢進を認めた.敗血症患者は炎症によって代謝は亢進しているが,筋蛋白分解の推移に関しては不明であり,これらの特徴を捉えることと,さらにはNMES併用時に蛋白分解の推移が判明すれば,NMES適用の意義を明らかにできる可能性が示唆された.各種機器や備品の納期や調達が遅れ,研究開始に時間を要した.研究開始以降も,重症患者で同意を得ることが難しく,全身状態が不安定な重症患者に対して研究協力への家族の代諾も得にくい状況や,全身状態悪化により脱落例も多く,順調にデータ収集が進んでおらず,まだ症例数としては少ないため,研究の進行は遅れている状況.これまでの結果から,症例数も少ないのでコントロール郡との比較もできず明確な結果が示せていないが,敗血症患者において筋厚および筋力の低下とは逆に尿中3-MHは上昇し,筋蛋白分解の亢進を認めた症例が多かった.今後も,電気刺激療法の効果を検討できる様に症例数を増やしていく予定である.敗血症患者は不安定な全身状態のため,人工呼吸器をはじめ種々の生命維持装置や投薬治療から不活動となり全身に様々な悪影響を及ぼす.全身性炎症により急速な筋萎縮が誘発されるため,早期離床による筋機能の低下予防,ひいては身体運動機能の維持,向上が必要不可欠である.しかし,重症例においては積極的な離床や筋収縮運動を実施できる状態ではない.最近,電気刺激による他動的な筋収縮運動が適用されているが,その効果に関しては一定していない.本研究の目的は,敗血症患者に対する電気刺激療法の効果に関して,筋蛋白分解の推移をその指標に加えて検討することである.今回,筋厚や筋力など様々な視点から検証し,早期からのNMESの適用が退院時および転院時における下肢筋力(筋出力;筋力測定,筋厚;超音波)および身体機能,運動耐容能,ADLに及ぼす影響についても検討した.今回,電気刺激装置を使用し,刺激部位:両側下肢,刺激強度:45Hz; 400-μs,通電時間12秒,休止時間6秒,強度40-80mA,実施時間:1セッション60分間,実施頻度:週に5回以上で実施した.症例数は少ないが敗血症患者で検討した結果,筋厚および筋力の低下とは逆に尿中3-MHは上昇し,筋蛋白分解の亢進を認めた.敗血症患者は炎症によって代謝は亢進しているが,筋蛋白分解の推移に関しては不明であり,これらの特徴を捉えることと,さらにはNMES併用時に蛋白分解の推移が判明すれば,NMES適用の意義を明らかにできる可能性が示唆された.しかし,装置が高価で,機器の十分な検証,選定が必要であったため,その機器を使って研究を行っているトロント大学に短期留学した.その結果,機器の選定ならびに手技の習得に至り,さらなるデータ収集の準備が整った.各種機器や備品の納期や調達が遅れ,研究開始に時間を要した.研究開始以降も,重症患者で同意を得ることが難しく,全身状態が不安定な重症患者に対して研究協力への家族の代諾も得にくい状況や,全身状態悪化により脱落例も多く,順調にデータ収集が進んでおらず,まだ症例数としては少ない.また,トロント大学に短期留学もして,知識・技術の習得ができ,実際に症例数を増やしていかないといけないため,研究の進行は遅れている状況.敗血症患者は不安定な全身状態のため,人工呼吸器をはじめ種々の生命維持装置や投薬治療から不活動となり全身に様々な悪影響を及ぼす.全身性炎症により急速な筋萎縮が誘発されるため,早期離床による筋機能の低下予防,ひいては身体運動機能の維持,向上が必要不可欠である.しかし,重症例においては積極的な離床や筋収縮運動を実施できる状態ではない.最近,電気刺激による他動的な筋収縮運動が適用されているが,その効果に関しては一定していない.本研究の目的は,敗血症患者に対する電気刺激療法の効果に関して,筋蛋白分解の推移をその指標に加えて検討することである.今回,筋厚や筋力など様々な視点から検証し,早期からのNMESの適用が退院時および転院時における下肢筋力(筋出力;筋力測定,筋厚;超音波)および身体機能,運動耐容能,ADLに及ぼす影響についても検討した.

今回,電気刺激装置を使用し,刺激部位:両側下肢,刺激強度:45Hz; 400-μs,通電時間12秒,休止時間6秒,強度40-80mA,実施時間:1セッション60分間,実施頻度:週に5回以上で実施した.症例数は少ないが敗血症患者で検討した結果,筋厚および筋力の低下とは逆に尿中3-MHは上昇し,筋蛋白分解の亢進を認めた.敗血症患者は炎症によって代謝は亢進しているが,筋蛋白分解の推移に関しては不明であり,これらの特徴を捉えることと,さらにはNMES併用時に蛋白分解の推移が判明すれば,NMES適用の意義を明らかにできる可能性が示唆された.各種機器や備品の納期や調達が遅れ,研究開始に時間を要した.研究開始以降も,重症患者で同意を得ることが難しく,全身状態が不安定な重症患者に対して研究協力への家族の代諾も得にくい状況や,全身状態悪化により脱落例も多く,順調にデータ収集が進んでおらず,まだ症例数としては少ないため,研究の進行は遅れている状況.これまでの結果から,症例数も少ないのでコントロール郡との比較もできず明確な結果が示せていないが,敗血症患者において筋厚および筋力の低下とは逆に尿中3-MHは上昇し,筋蛋白分解の亢進を認めた症例が多かった.今後も,電気刺激療法の効果を検討できる様に症例数を増やしていく予定である.これまでの結果から,症例数も少ないのでコントロール郡との比較もできず明確な結果が示せていないが,敗血症患者において筋厚および筋力の低下とは逆に尿中3-MHは上昇し,筋蛋白分解の亢進を認めた症例が多かった.今後も,電気刺激療法の効果を検討できる様に症例数を増やしていく予定である.(理由)症例数が確保できず,実験手技の習得のため留学し,研究を中断した期間があるため(使用計画)電気刺激を行うため,不足している必要機器・消耗品を購入する予定である.(理由)各種検査機器や備品の調達が遅れ,研究開始に遅れが生じた.研究開始以降も,脱落例が多く,まだ症例数としては少ない状況.(使用計画)症例数を増やし,不足している必要機器の購入を予定している.
管内への蓄熱体充填と振動流の流量波形制御による熱流動制御型新ドリームパイプの開発

本研究では,より高い熱輸送特性を持つ振動制御型熱輸送管の可能性について検討することを目的とし,断面内の速度境界層領域と半径方向の非定常熱伝達効果を増加させる手段として,管内に蓄熱体を充填する方法を試みた.実験装置は加熱容器,冷却容器,それらをつなぐ試験管部,加振部,温度測定装置,差圧測定装置より構成され,熱は加熱容器から冷却容器へ試験管内部の加振された水を通して輸送される.試験管部には内径16mmのアクリル円管を使用し,試験管の断面中心に直径2mmの銅線とテフロン線をそれぞれ挿入した.加熱容器内ヒータの発熱量,及び装置の熱損失から振動流による移動熱量を求め,試験管部における温度勾配の一周期平均値を用いて実効熱拡散係数を算出した.充填物が実効熱拡散係数に及ぼす影響を調べた結果,銅線を挿入した場合とテフロン線を挿入した場合の実効熱拡散係数は,いずれも挿入しない場合の値に比べて約1.52.0倍に増加することがわかった.また,銅線を挿入した場合とテフロン線を挿入した場合の実効熱拡散係数にはほとんど変化がみられなかった.このことから,充填物の挿入により形成される新たな速度境界層領域の増加が管軸方向の熱輸送に有効に作用すること,また流体と充填物との間の非定常熱伝達は実効熱拡散係数の向上にほとんど寄与しないことがわかった.また,管内の差圧を測定して加振仕事を算出したところ,充填物を挿入しても加振仕事はほとんど増加しないことが確認された.従って,充填物を挿入した場合には実効熱拡散係数と加振仕事の比で表される熱輸送効率が増加することより,本手法の有効性が示された.本研究では,より高い熱輸送特性を持つ振動制御型熱輸送管の可能性について検討することを目的とし,断面内の速度境界層領域と半径方向の熱伝達効果を増加させる手段として,管内に充填物を挿入する方法を試みた.充填物を管内に設置するためには試験管の管径をある程度大きくする必要があるので,まず管径の大小が軸方向の熱輸送に及ぼす影響について検討し,その後充填物を挿入して軸方向熱輸送の改善の可能性について検討を行った.実験装置は加熱容器,冷却容器,それらをつなぐ試験管部,加振部,温度測定装置より構成され,熱は加熱容器から冷却容器へ試験管内部の加振された水を通して輸送される.試験管部には内径4mm,8mm,16mmの3種類のアクリル円管を使用し,充填物は,内径16mmの場合に直径1mmの銅線8本を管内に配置して用いた.加熱容器内ヒータの発熱量,及び装置の熱損失から振動流による移動熱量を求め,試験管部の温度勾配を用いて実効熱拡散係数を算出した.その結果,まずいずれの管径の円管を用いた場合にも,無次元整理をすると実効熱拡散係数と周波数との間にほぼ比例関係が認められた.従来報告されている振動流を用いた熱輸送管の実験では,比較的小さな管径(4,5mm程度)の熱輸送管を用いてその特性が調べられてきたが,管径を大きくしても同様の熱輸送特性がみられることが確認された.また,試験管内径16mmの場合について充填物の影響を調べた結果,充填物を入れた方が入れないときより約23倍の実効熱拡散係数の増大がみられた.このことより,充填物の挿入による速度境界層領域の増加,また流体と充填物との間の非定常熱伝達が管軸方向の熱輸送に有効に作用していると考えられた.本研究では,より高い熱輸送特性を持つ振動制御型熱輸送管の可能性について検討することを目的とし,断面内の速度境界層領域と半径方向の非定常熱伝達効果を増加させる手段として,管内に蓄熱体を充填する方法を試みた.実験装置は加熱容器,冷却容器,それらをつなぐ試験管部,加振部,温度測定装置,差圧測定装置より構成され,熱は加熱容器から冷却容器へ試験管内部の加振された水を通して輸送される.試験管部には内径16mmのアクリル円管を使用し,試験管の断面中心に直径2mmの銅線とテフロン線をそれぞれ挿入した.加熱容器内ヒータの発熱量,及び装置の熱損失から振動流による移動熱量を求め,試験管部における温度勾配の一周期平均値を用いて実効熱拡散係数を算出した.充填物が実効熱拡散係数に及ぼす影響を調べた結果,銅線を挿入した場合とテフロン線を挿入した場合の実効熱拡散係数は,いずれも挿入しない場合の値に比べて約1.52.0倍に増加することがわかった.また,銅線を挿入した場合とテフロン線を挿入した場合の実効熱拡散係数にはほとんど変化がみられなかった.このことから,充填物の挿入により形成される新たな速度境界層領域の増加が管軸方向の熱輸送に有効に作用すること,また流体と充填物との間の非定常熱伝達は実効熱拡散係数の向上にほとんど寄与しないことがわかった.また,管内の差圧を測定して加振仕事を算出したところ,充填物を挿入しても加振仕事はほとんど増加しないことが確認された.従って,充填物を挿入した場合には実効熱拡散係数と加振仕事の比で表される熱輸送効率が増加することより,本手法の有効性が示された.
部位特異的脂質化抗体によるイムノリポソーム型抗がん剤の開発

薬物送達においては、薬剤と標的指向部位を組み合わせたがん細胞特異的な抗腫瘍効果の発現が非常に重要である。特に近年、薬剤搭載量の高いリポソームに、標的指向部位となる抗体を係留したイムノリポソームが注目されている。リポソームに抗体を安定に係留するには、抗体への係留部位(脂質)の導入が有効である。しかし、疎水性の高い脂質を、水溶性の抗体が変性しないように狙った部位で修飾するのは未だに困難で、抗体の機能をフル活用できる脂質修飾技術は未だに確立されていない。そこで本研究では、架橋酵素トランスグルタミナーゼの触媒機能と、その人工基質となる両親媒性脂質化ペプチドを用いて、部位特異的脂質化抗体を創製する。
異なる無線規格混在下での無線資源利用状況を考慮したネットワーク構成方式の研究

無線資源の有効利用のため様々な無線通信方式が研究されており、同一空間上に異なる無線技術を用いた通信方式が混在する環境が想定できる。しかし、同一空間上に異なるチャネル帯域幅を利用する通信が混在する環境は想定されておらず、高い通信性能を実現可能であるか定かではない。そこで本研究では、同一空間上に異なるチャネル帯域幅を利用する通信が混在する環境における通信性能を調査するため、シミュレーション及び実機実験により評価した。そしてこの実験結果に基づき、無線資源の有効利用及び高い通信性能を実現可能なネットワークを構成するためのチャネル割当方式を提案した。平成27年度は、異なる無線通信規格が混在する環境下、特に無線LANにおけるチャネルの利用方法が異なる無線通信間の影響をシミュレーション及び、実機実験を実施することで、その実態を明らかにした。(1)異なる無線通信規格が混在する環境下における各通信の相互影響のシミュレーション評価チャネル利用状況を把握するための指標を算出するためには、異なる周波数帯域幅を利用する通信デバイスが混在する環境下において、チャネルが競合した場合の通信特性について詳細な分析が必要である。平成27年度は、チャネルボンディングにより広い周波数帯域幅を利用するIEEE 802.11ac規格と、従来のIEEE 802.11a/nに着目し、これらの通信が互いに干渉する環境において通信性能にどのような影響を与えるか、シミュレーションにより評価を行った。並行して、最終到達目標であるチャネルの効果的な利用を目的とし、無線LAN環境における端末密集環境を考慮した衝突回避のための調整方式を提案し、その有効性をシミュレーションにより検証した。また、IEEE 802.15.4においても周囲の通信状況に応じて利用するチャネルを確率的変化させる送信チャネル切替方式を考案した。(2)実機を用いた無線通信機器のチャネルへの影響調査通信規格によっては、周辺の無線チャネルの利用状況によって利用する周波数帯域幅を動的に変更する方式が導入されている。そのため、チャネル空間の正確な利用状況を把握することは困難である。そこで、平成27年度は、IEEE802.11a/n/ac規格に着目し、チャネル帯域幅の利用方法が異なる複数の無線LAN規格が混在する環境において、各無線通信規格のデータ伝送が互いの通信にどのような影響を与えるかその相互作用を調査した。その結果、変調方式である256-QAMを利用するIEEE 802.11acは、従来の64QAMを用いる11a/nと比べ他チャネルの通信による干渉が原因で性能が低下することを確認した。平成27年度に予定していた実験項目について、おおむね予定通りに研究が進捗している。異なる無線通信規格が混在する環境下における各通信の相互影響についてシミュレーション、及び実機による評価を行った。シミュレーション評価では、異なるチャネル帯域幅を利用する通信が混在する無線LAN環境において、物理層及びMAC層の挙動が互いの通信にどのように影響を及ぼすか性能評価を行った。並行して、最終到達目標であるチャネルの効果的な利用を目的とし、無線LAN環境における端末密集環境を考慮した衝突回避のための調整方式を提案し、その有効性を検証した。また、IEEE 802.15.4において周囲の通信状況に応じて利用するチャネルを確率的変化させる送信チャネル切替方式を考案した。一方では、利用するチャネル帯域幅が異なる通信が、様々なチャネル上で発生することで、その通信性能にどのような影響を与えるか実機による検証を行った。この結果より、異なるチャネル帯域幅を利用する通信が混在する場合におけるチャネルの利用方法に関する知見を得た。以上の通り、当初の研究計画に従い研究が進捗している。平成28年度は,異なる無線通信規格が混在する環境,その中でも無線LANにおけるチャネルの利用方法が異なる無線通信が混在する環境において以下の項目に取り組んだ.(1)実機を用いた無線高速化技術の他のチャネルへの影響調査平成27年度の成果より,異なる通信規格が混在する無線LAN環境において,変調方式である256-QAMを利用するIEEE 802.11acは,従来の64 QAMを用いる無線LANと比べ他のチャネルの通信による干渉により性能が低下することを確認した.平成28年度は複数のチャネルを束ねることで高速化するチャネルボンディングと,複数のアンテナを用いることで高速伝送を実現するMIMOに関して,それぞれのパラメータ設定により他の無線通信にどのような影響を与えるか実機により検証を行った.この結果,チャネルボンディングしている通信と従来のボンディングしていない通信が競合する場合,前者の通信性能が後者とほぼ同等まで低下するPerformance Anomalyが発生することを確認した.さらに,チャネルボンディングしている通信は他の無線通信からの干渉により通信性能が著しく低下する可能性があることを明らかにした.(2)チャネル利用実態を考慮したチャネル割当手法の考案(1)の実験結果より,無線通信の性能は空間におけるチャネルの状況により大きく変動することを確認した.この結果に基づき,ボンディング幅やMIMO等のチャネルの利用状況を考慮し,空間全体の通信性能を改善するチャネル割当手法を考案した.この方式では,チャネル帯域幅が異なる通信が同一空間に混在する場合,その帯域幅毎に利用するチャネルを決定し,互いの通信性能に極力影響を与えないチャネルを自律的に選択することでチャネル棲み分けを実現する.無線資源の有効利用のため様々な無線通信方式が研究されており、同一空間上に異なる無線技術を用いた通信方式が混在する環境が想定できる。

そこで本研究では、同一空間上に異なるチャネル帯域幅を利用する通信が混在する環境における通信性能を調査するため、シミュレーション及び実機実験により評価した。そしてこの実験結果に基づき、無線資源の有効利用及び高い通信性能を実現可能なネットワークを構成するためのチャネル割当方式を提案した。平成28年度に関しては、当初の研究計画に従い研究を遂行する。(1)異なる通信規格の混在下におけるチャネル干渉を考慮したチャネル可用率の考案・評価平成27年度の成果から、同一チャネル空間においてチャネルボンディングなどの物理層の技術が混在して動作している無線通信環境を考慮し、各チャネルの利用状況を把握するためのチャネル可用率算出方法を検討する。具体的には、各チャネルが他のチャネルから受ける影響、及びフレームの送信スケジュールに与える影響を推測することで各チャネルの可用状況を算出する。このチャネル可用率の有効性をシミュレーションにより評価する。(2)チャネル可用率を用いた協調型無線ネットワーク構築方式の考案・評価(1)において考案したチャネル可用率に基づき、各無線ノードが協調することで自律的に無線ネットワークを構築する方式を考案する。この方式では、無線ノードが周期的に利用可能な全チャネルのチャネル可用率を算出し、チャネルボンディングやアンテナ技術、そして物理的な機器の距離など、動的に特性が変化するチャネルの中で適切なものを選択しチャネルを切り替える。これにより、同一チャネル空間を利用する無線通信規格のネットワーク年が互いに無線資源に対して効率良く棲み分けることが可能となり、利用可能な全チャネルを均一に利用することを実現し、ネットワーク全体の通信性能を向上させることを実現する。そして、本方式をネットワークシミュレータ上に実装し、その有効性を評価する。情報ネットワーク
センサーキナーゼを利用する新しいバイオセンシング機構の構築

これまでに我々が開発したシグナル変換の仕組みをセンサーキナーゼタンパク質と組み合わせ、新奇なバイオセンシング機構の創出を目指した。センサーキナーゼとは、分子や光などの刺激を高感度、高選択的に感知するタンパク質である。刺激に応答して特定タンパク質をリン酸化するが、このリン酸化過程を電気的なシグナルへと変換するのが本研究の目的である。助成期間の研究では、センサーキナーゼの代わりに遺伝子転写調節因子を用いることで、当初の目的を達成しつつある。22年度の研究では、電子伝達タンパク質アズリンの銅イオン近傍ヘキナーゼ結合部位を、また電子伝達経路上のアミノ酸残基へ電極固定部位を選択的導入することに成功した。化学修飾を施したアズリンの炭素電極への固定化についても、22年度の研究において実現しており、電極表面においてアズリン分子が高度に配向した状態で化学吸着されていることを示すデータを得ている。さらに、アズリンで修飾された電極では、アズリン上のセンサーキナーゼ結合部位で生じる化学変化に対応して、銅イオンの酸化還元電位が変化することを確認している。この結果は、センサーキナーゼの活性変化が、アズリン銅の酸化還元電位の変化として計測できる可能性を示すものである。本研究では、センサーキナーゼのセンサー機能(キナーゼ活性の変化)を直接、電気的なシグナルへと変換することを目的としている。22年度の研究で実現した化学修飾アズリンは、センサーキナーゼの活性変化を電極において電流、電位の変化として計測ためのシグナル変換器としての役割を担うよう設計しており、本研究において核となる構成要素である。したがって、これまでのところ研究は、おおよそ計画通りに進展しているといえる。ただし、今回用いたセンサーキナーゼ(青色光センサーキナーゼ,LovK)は、22年度の研究で設計、合成したキナーゼ結合部位に対して、ほとんど結合性を示さなかった。その原因を検証したところ、キナーゼが結合するアデノシン三リン酸疑似基質部位をアズリンをつなぐためのリンカー構造が柔軟なポリエーテル構造であることに原因のあることが明らかとなってきた。そこで、23年度の研究では、リンカー部分に適度な柔軟性と剛直性を備えたオリゴペプチドを用いたキナーゼ活性部位を設計、合成し、キナーゼとの動的な結合・解離の実現を目指す。23年度の研究では、前年度の研究で開発したアズリンの部位特異的逐次修飾の手法を発展させ、電極への固定化部位とセンサーキナーゼとの結合部位を確実にアズリン上の決めた部位に導入する方法を確立した。その後、センサーキナーゼの外部刺激応答に同期する「アズリン-センサーキナーゼの動的結合/解離」を実現するため、センサーキナーゼの疑似基質であるアデノシン三リン酸類縁体に様々なリンカー分子を設計、合成、結合させ、アズリンへの修飾を行った。研究開始当初、リンカー分子の構造に関わらず、キナーゼ結合部位は、キナーゼとの結合/解離の動的挙動をある程度示すものと期待していた。しかし、様々なアイデアに基づき設計したいずれのリンカー分子を用いても、アデノシン三リン酸類縁体を有するキナーゼ結合部位は、キナーゼに対する結合性を示さなかった。このことは、「アデノシン三リン酸+リンカー分子」でセンサーキナーゼの結合部位を構成することそのものに問題があることを示唆する結果である。アデノシン三リン酸類縁体に対するリンカー分子の接合は、アデノシン三リン酸とセンサーキナーゼの結晶構造に基づき、アデノシン-キナーゼ結合にもっとも影響の出ない箇所を選択していた。しかし、両者の結合は、多点認識に基づく精密なものであるため、アデノシン三リン類縁体とリンカー分子との接合そのものがこの多点認識に影響を与え、結合能を喪失させた可能性がある。そこで24年度研究ではこの考察に基づき、もともとアデノシン三リン酸とは全く異なる構造を有する(しかし、キナーゼには結合能を有する)分子を利用し、これにリンカー分子を接合したキナーゼ結合部位を開発する予定である。本来の基質とは異なる構造を有する分子では、キナーゼとの結合認識が緩いことが予想され、結合能に対するリンカー分子接合の影響が比較的小さいと期待できる。本年度の研究では、一旦、センサーに用いるタンパク質をセンサーキナーゼから転写制御因子に切り替え、本研究の目的の一つであるセンサータンパク質を使った新たなバイオセンシング機構の構築の実現を最重要課題とした。転写調節因子もまたセンサータンパク質の一種であるが、細胞内外の刺激に応答して、DNAへの結合能が変化し、特定遺伝子からのメッセンジャーRNA合成(つまり遺伝子にコードされたタンパク質の生合成)を制御する。センサーキナーゼ同様、転写制御因子による刺激感知も分子やイオンなどの物質のほか、光ような物理量も含まれ、しかも高感度・高選択的である。本年度は、転写調節因子の中でも、実験系の構築のしやすさから、一酸化炭素(CO)のセンサーであるCooAと呼ばれるタンパク質を用い、COの感知に伴うCooAのDNA結合の変化を電気的シグナルへと変換する分子機構の構築を目指した。

具体的には、1)シグナル変換の要となるタンパク質(銅タンパク質、アズリン)へのターゲットDNA(t-DNA、転写制御因子の結合配列)の導入法の確立、2)アズリンの電極表面への固定法の確立、3)本研究で用いるCooAタンパク質の調製法の確立、4)調製したアズリンt-DNA複合体に対するCooAの結合能の評価の4項目である。項目1-3)については、24年度中にほぼその目的を達成することができた。項目4については、予備実験の段階であるが、COの有無によってCooAのアズリン/t-DNAに対する結合能の変化が確認できた。想定した動作(COを感知したCooAがt-DNA部分に結合することで、アズリン-シトクロムc間の会合体形成→電子移動プロセスを立体的に摂動をかける)が実現可能であることを示す結果であるといえる。本研究は助成期間後も継続し、仕組み全体の電極への集積、モジュール化を目指す予定である。23年度研究からの課題である、キナーゼ結合部位(アデノシン三リン酸疑似基質)へのキナーゼの安定な結合が未だ完全に実現できておらず、センサーキナーゼの外部刺激応答に同期したアズリン-センサーキナーゼ結/解離の仕組みができ上がっておらず、この部分が計画全体の遅延につながっている。アズリンの電極への固定化法、センサーキナーゼ結合部位の修飾法については、確立している。24年度が最終年度であるため、記入しない。センサーキナーゼ結合部位の構造については、研究計画段階からこれまでアデノシン三リン酸+リンカー分子で構成することを前提とし、リンカー分子の構造によって結合の最適化が図れると考えていた。しかし23年度、様々なリンカー分子構造を設計・合成したにも関わらず、未だセンサーキナーゼの動的な結合/解離が可能な結合部位を調製できていない。そこで、24年度は従来のセンサーキナーゼ結合部位の設計指針を変更し、構造はアデノシン三リン酸とは全く異なるものの、キナーゼに結合することが知られている分子(オリゴペプチドも含む)を利用したものを設計、合成、アズリンへの修飾を行う。新しく調製したセンサーキナーゼ結合部位修飾アズリンとセンサーキナーゼとの動的な結合/解離の現象が確認できれば、系の電極化を図り、当初研究目的の実現を目指す。
「ボディ・イメージの障害」のメカニズムとその看護介入に関する基礎的研究

「ボディ・イメージの障害」のメカニズムとその看護介入に関する基礎的研究-疾病に起因する身体的変化に伴って起こるボディ・イメージの変化とその障害本研究では、ボデイ・イメージの障害に陥りやすいとされる疾患や手術を経験した患者12名のインタビュー調査を終了し、そのインタビューの逐語訳を質的に分析すると同時に、ボディ・イメージに関する351件の和文献の内容分析を行って、現行の看護介入の方向性を検討した。インタビュー調査の結果より、患者の示す否定的な反応が、ボディ・イメージの障害の症状・徴候であるのか、それとも疾病や手術といったある種日常性からの逸脱と変化に惹起される「不安」や身体的喪失に伴う「悲嘆反応」、あるいは危機的状況で起こる「心理的防衛機制」などの心理的問題の現れであるのかの鑑別が非常に難しいということが具体的に明らかになった。その理由として、(1)これらの反応が「ボディ・イメージの障害」の症状・徴候とかなり重複していること、(2)これらの心理的反応が、患者自身にとってすべて分離不可能なひとつの心的状態として経験されていること、(3)これらの心理的問題の帰結過程がすべて非常に個別的なものであり、時期や段階といったプロセスによって捉えることのできないものであること、という3点が挙げられた。一方、和文献の内容分析の結果、身体の変化に伴って自然に起こるボディ・イメージの変化と援助の必要なボディ・イメージの障害の状態とが未だ明確に区別して定義づけられておらず、したがってその介入方法も具体的にはほとんどその有効性・妥当性が検証されていないということが明らかとなった。「ボディ・イメージの障害」のメカニズムとその看護介入に関する基礎的研究-疾病に起因する身体的変化に伴って起こるボディ・イメージの変化とその障害初年度は、疾病に起因する身体的変化に伴って起こる「ボディ・イメージの変化」と、自然なボディ・イメージ変化とは異なる「ボディ・イメージの障害」という現象を明らかにすることを目的として、文献検討を終了すると同時に、予定のインタビュー調査を開始している。現在までに、ボディ・イメージの障害に陥りやすいとされる疾患によって入院中の8名の患者を対象にインタビューを行い、その逐語訳をもとに質的分析を行った。文献検討、およびまだ調査継続中ではあるがこれまでの調査結果をまとめると、以下のことが示唆された。1)疾病による身体的変化に伴ってボディ・イメージが変化するとき患者にはさまざまな心理的問題が起こりうるが、看護者はそれらの心理的問題をもっと明確に鑑別する必要がある。2)疾病によって身体に好ましくない変化が起こるとき、自然の経過の中で現実身体との擦り合わせが少しづつ行われボディ・イメージを修正することができていく場合と、現実の身体に合わせてボディ・イメージを修正することが出来ずに「ボディイメージの障害」にまでいたる場合がある。3)ボディ・イメージの変化と障害に対する看護者の介入はまだまだ十分に行われているとはいえない。
経食道超普波断層法による高脂血症患者の胸部大動脈壁性状と薬剤治療効果に関する研究

文科学研究費補助金により,電子セクタ-型経食道超音波探触子を購入でき,それにより研究課題の一部を終了することができた。1).高脂血症患者,特に家族性高コレステロ-ル血症患者を対象として,胸部大動脈の動脈硬化病変を診断し,その血管特性についても詳細に分析した。家族性高コレステロ-ル血症(FH)患者17名を対象とし,同年齢の健常者21名と,胸部大動脈の動脈硬化症変の発症頻度と血管特性の差異を比較検討した。2断面経食道超音波断層法により、上行大動脈,大動脈弓部,下行大動脈を可及的に描出し,各々の部位の硬化病変の程度と定量的に分析した。また,門歯より約35cmの部位の下行大動脈の断層像を描出し,Mモ-ド法にて心周期における大動脈径変化を求めた。えられた血管Mモ-ド図より,血管硬化性の指標であるβを算出し,健常者群,FH群間で比較すると同時に,両者ともβと年齢との関係を求めた。〈結果〉FH群では,下行大動脈径には健常者群と差はみられないものの、血管硬化度を表わすβ値は有意に上昇(P<0.001)し,明らかな血管硬化が生じていることが判明した。また、硬化病変の定量評価においても、FH群では健常群に比し,有意に動脈硬化指数の増大がみられた。動脈硬化指数およびβ値と年齢の関係では、FH群においてもその関係式は明らかに急峻であり,健常者に比し,FH患者では年齢的に早期に硬化病変の発症がみられることが判明した。また,抗高脂血症薬の効果に関する研究は現在進行中であるが,数例においては約1年間の投薬後,明らかな動脈硬化病変の退縮が認められており,現在,症例数を増して検討中である。尚,この研究の一部は,第55回日本循環器学会総会ならびに日本動脈硬化学会に発表する予定である。
光合成反応中心に存在する微量な鍵クロロフイルの機能解明

植物の光合成の進化は、遺伝子または蛋白質の観点から議論されているが、我々は光合成反応中心にのみ存在する鍵成分(葉緑素やキノン)の化学構造から議論できるのではないか考え研究を進めた。光合成の反応中心は、電子伝達成分に鉄・イオウセンターを有する系1型反応中心と2個のキノンを直列に配した系2型反応中心とに大別されてきた。本研究では、前者の反応中心を対象とした。具体的には、(1)ヘリオバクテリア、(2)グロエオバクター、(3)シアノバクテリア、(4)アカリオクロリスを実験材料とした。遺伝子レベルでの解析では、この順で生物進化が進行したと見なされている。このうち、(1)のみが非酸素発生型の光合成バクテリアで、他は酸素発生をする藻類である。先ず、初発電荷分離体だが、(1)バクテリオクロロフィル(BChl) g',(2)クロロフィル(Chl)a',(3)Chla',(4)Chl d'であった。すなわち、初発電荷分離体は、通常のChl aではない。光合成バクテリアから最初の酸素発生型植物に生物進化する際((1)→(2))に、BChl g'→Chla'なる化学進化が起こったことになる。また、ホヤの体内に共生するため、(3)→(4)でChl a'→Chl d'なる化学進化が起こった。次に、一次電子受容体(A_0)は、(1)Chl a,(2)Ch1 a,(3)Chla,(4)Chlaと、驚くべきことに全く化学進化していないことを明らかにした。最後に、二次電子受容体(A_1)の分析を行ったところ、(1)メナキノン(MQ),(2)MQ,(3)フィロキノン(PhQ),(4)PhQであった。以上をまとめると、(1)→(2):初発電荷分離体の化学進化(BChl g'→Chl a')、(2)→(3):A_1の化学進化(MQ→PhQ)、(3)→(4):初発電荷分離体の化学進化(Chl a'→Chl d')が起こったことになる。すなわち、電子伝達成分の化学進化は、生物進化の過程で、複数同時には起こらず、一つずつ起こったことを初めて明らかにした。光合成の初期過程で重要な役割を担っているのがクロロフィルである。酸素発生型の光合成にはクロロフィルaが不可欠だとされてきたが、南洋のホヤに共生する原核藻類Acaryochlorfs marinaが、クロロフィルaではなくクロロフィルdで酸素発生型の光合成を実現している。通常の酸素発生型光合成は、系1および系2という二つの光化学系から構成されている。我々はこれまで、系1の初発電荷分離体がクロロフィルaのエピマーであるクロロフィルa'であり、系2の一次電子受容体がクロロフィルaの中心金属Mgが外れたフェオフィチンaであることを明らかにしてきた。ところが、クロロフィルdを主要色素とするA.marinaでは、系1の初発電荷分離体がクロロフィルdのエピマーであるクロロフィルd'であるのに対し、系2の一次電子受容体は通常と同じくフェオフィチンaであることを明らかにした。さらに、系2の初発電荷分離体も通常と同じクロロフィルaであった。すなわち、A.marinaはこれまでに例がない色素レベルで非常にキメラな構成であることが判明した。系1のキノンを分析したところ、高等植物と同じフィロキノンが機能していることを明らかにした。A.marinaが発見されて10年近くたつが、クロロフィルdの生合成経路は不明のままであった。ところが偶然、蛋白質分解酵素パパインがクロロフィルaをクロロフィルdに変換することを見出した。興味深いことに、パパインはクロロフィルaのみに作用し、クロロフィルbやフェオフィチンaには作用しなかった。A.marinaにそれらから由来するクロロフィルが存在しないのはそのためかもしれない。

次に、一次電子受容体(A_0)は、(1)Chl a,(2)Ch1 a,(3)Chla,(4)Chlaと、驚くべきことに全く化学進化していないことを明らかにした。最後に、二次電子受容体(A_1)の分析を行ったところ、(1)メナキノン(MQ),(2)MQ,(3)フィロキノン(PhQ),(4)PhQであった。以上をまとめると、(1)→(2):初発電荷分離体の化学進化(BChl g'→Chl a')、(2)→(3):A_1の化学進化(MQ→PhQ)、(3)→(4):初発電荷分離体の化学進化(Chl a'→Chl d')が起こったことになる。すなわち、電子伝達成分の化学進化は、生物進化の過程で、複数同時には起こらず、一つずつ起こったことを初めて明らかにした。
De novo設計による合成ナノポアの構築

本研究ではde novo設計によりβシート構造の短鎖ペプチドが脂質二分子膜の中で自己集合し、ナノポアを形成するという予備検討で得られた知見を元に、任意の機能を持つナノポア/チャネルを化学合成的手法により構築する。