hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
並列計算機を使った分子動力学と可視化モジュールの融合手法の開発

計算機を使った計算において、一般に、収束の問題や局所的な極小値に拘束されてしまうことがある。本研究では、それらの問題を解決する方法を提案する。そこでは、可視化モジュールを組み込み、シミュレーションをしている系の振る舞いを画像として計算者に与え、解の物理的意味の確認と意味のない解の排除を行い、計算の効率をあげる。研究計画の当初は、気相・固相界面における固体最表面での反応において、第一原理に基づく分子動力学計算パッケージに独自の可視化モジュールを組み込み、GaAs表面における水素分子の解離過程やGa原子への吸着過程におけるエネルギー遷移を計算し、実際の実験結果を定量的に説明することを目標とした。その研究成果として、1.第一原理分子動力学パッケージ(FHI98MD)を、補助金により購入した設備備品である並列計算機を使って実行し、計算の途中過程をネットワークで接続された画像処理用計算機を使って、分散処理的に解を可視化できるようにした。更に、本研究を進める過程において、可視化モジュールを組み込みことが有効と思われる、次の二つの計算の開発を行い,成果を上げた。2.三次元物体の形状発展のダイナミクスを計算した。そこでは、表面の移動速度が曲率にのみ依存と仮定し,様々な初期形状から出発した際の形の時間発展について、形状の物理的安定性の確認と非合理な解の排除を、Open GLを使った可視化モジュールを組み込んで,形状を確認しながら計算を行った。その結果、計算速度と並列処理の両面から、計算の効率化を図ることができた。具体的な応用としては,積雪内での氷の変態過程を、可視化しながら計算することができる。3.レナード・ジョーンズ・ポテンシャルを使った古典分子動力学計算において、温度勾配下で2種類の分子が拡散する様子を、初期状態から定常状態へ遷移する過程を、可視化しながら計算を行えるようにした。具体的には、ソーレ効果の数値実験を試行した。気相-固相界面における固体最表面での反応において、第一原理に基づく分子動力学計算から得る結果は電子素子材料の工業化においても重要のみならず科学的にも興味深い。最近、GaAs表面における水素分子の解離過程やGa原子への吸着過程を、第一原理計算を使ってそのエネルギー差を計算し、実験結果と一致する結晶成長過程を明らかにしている。ところで一般に第一原理計算においては、計算の収束問題や局所的な極小値に拘束されてしまう問題がある。本研究ではそれらの問題を解決する方法として、第一原理分子動力学計算パッケージに可視化モジュールを組み込み最適な解を提示させ、シミュレーション系の振る舞いを画像として研究者に与え計算効率をあげることを目標とした。今年度に行った研究は、次の通りである。1)第一原理分子動力学パッケージ(FH198MD)を、補助金により購入した設備備品である並列計算機を使って動かし、第一原理分子動力学パッケージの実行・調整を行った。しかしながら、そこではまだ並列処理を行っていない。2)可視化モジュールを組み込む方法について、特に計算速度と並列処理の観点から詳細に検討を行った。3)第一原理分子動力学パッケージと可視化モジュールのネットワークを使った不可分散について資料収集を行った。4)補助金により購入した設備備品である画像処理用計算機を使ってOpen GLを使った可視化モジュールのひな形となるソースコードが実行できるようにした。5)現在、第一原理分子動力学パッケージに可視化モジュールを組み込み、実際に動くように調整をおこなう作業が進められている。

そこでは、可視化モジュールを組み込み、シミュレーションをしている系の振る舞いを画像として計算者に与え、解の物理的意味の確認と意味のない解の排除を行い、計算の効率をあげる。研究計画の当初は、気相・固相界面における固体最表面での反応において、第一原理に基づく分子動力学計算パッケージに独自の可視化モジュールを組み込み、GaAs表面における水素分子の解離過程やGa原子への吸着過程におけるエネルギー遷移を計算し、実際の実験結果を定量的に説明することを目標とした。その研究成果として、1.第一原理分子動力学パッケージ(FHI98MD)を、補助金により購入した設備備品である並列計算機を使って実行し、計算の途中過程をネットワークで接続された画像処理用計算機を使って、分散処理的に解を可視化できるようにした。更に、本研究を進める過程において、可視化モジュールを組み込みことが有効と思われる、次の二つの計算の開発を行い,成果を上げた。2.三次元物体の形状発展のダイナミクスを計算した。そこでは、表面の移動速度が曲率にのみ依存と仮定し,様々な初期形状から出発した際の形の時間発展について、形状の物理的安定性の確認と非合理な解の排除を、Open GLを使った可視化モジュールを組み込んで,形状を確認しながら計算を行った。その結果、計算速度と並列処理の両面から、計算の効率化を図ることができた。具体的な応用としては,積雪内での氷の変態過程を、可視化しながら計算することができる。3.レナード・ジョーンズ・ポテンシャルを使った古典分子動力学計算において、温度勾配下で2種類の分子が拡散する様子を、初期状態から定常状態へ遷移する過程を、可視化しながら計算を行えるようにした。具体的には、ソーレ効果の数値実験を試行した。
外国語CALL教材の高度化の研究

顕著な教育効果が期待できる教育方法の一つとして、CALLはすでに1960年代から外国語教師の間で知られていた。しかし、いわゆるLLと呼ばれる教育機器がそうであったように、CALLも長い間その期待に応えられる教育効果を示すことができなかった。それは、どちらも「教材の提示システム」としては素晴らしい可能性を持っていながら、妥当な「教材がない」からだと言われてきた。しかし教材不足の原因をさらに探っていくと、聴解力を中心とした基礎力及び総合力の教育法に関する「理論の不在」が原因であることが明らかとなった。我々はこの問題点を直視し、まずCALL教材の制作にも活用できる、「三ラウンド・システム」という緻密な指導理論を独自に開発した。特定領域研究の計画研究として行われた我々の研究はこの理論をベースにCALL教材を高度化し、外国語によるコミュニケーション能力の真に効果的な養成を可能にすることを目指したものである。本研究は、英語、独語、仏語、日本語の4言語グループでそれぞれのニーズに応じたCALL教材の高度化の研究を行ったが、開発された教材は、実験的試用の結果、どのグループのものも学習者、教師に好評であったと報告されている。英語グループは高度化された複数のCD-ROM教材を大学の通常の英語授業で約5ヶ月間試用し、学習効果を客観的な外部テストであるTOEICで測定した。その結果、上位群で大きなスコアの上昇が見られ、教材を試用しなかったクラスの成績との有意差も認められた。英語教材はすでに東京大学、京都大学をはじめ23大学での通常の授業への導入が予定されている。また日本語グループは国際学会での報告でも高く評価されたと聞いており、日本語教材は現在、米国、台湾を含め、5カ国で実験的試用が計画され、独語教材も北海道大学、都立大学、九州大学、立命館大学での導入が予定されている。本研究「外国語CALL教材の高度化の研究」は4外国語グループで有機的な関連を持ちながら研究を行ったが、本年度は独語、仏語、日本語グループでは来年度以降の教材開発研究の準備段階として基礎的な研究のみを行い、英語グループは基礎研究と教材開発研究を行った。英語グループの現状の調査及び基礎研究の結果からは以下のようなことが明らかになった:1)我が国の大学生の英語力はTOEFL435点前後で、国際化社会のニーズを満たすレベルに達していない、2)国際化社会のニーズや大学生のニーズを満たす英語力とはTOEFL530550点以上である、3)世界的に見ても外国語によるコミュニケーション能力を効果的、効率的に養成できる総合的な理論、指導法は存在しない、特にもっとも基本的と言われる聴解力、語彙力の指導法が存在しない、などである。本年度、英語グループでは、これまで千葉大学で独自に開発され、高い効果の検証されている三ラウンド・システムの指導理論をベースに初級及び中級のCALL教材を開発した。初級の教材はバラエティに富んだジャンルの素材で、英語力を構成する基礎的事項の学べるものとし、First Listeningと命名された。中級の教材は米国カリフォルニア大学バークレー校の管理職、教員、事務員、学生にインタビューして、米国の大学事情を語ってもらったもので、College Lifeと命名された。特徴はノイズの多い自然な英語の聞き取り指導ができる点にある。この二教材の完成により、これまでに開発済みの大学生最上級レベルのCALL教材を含め、広範なレベルの学生に対する効果的な指導が可能となり、全国的に国際化社会のニーズを満たす英語教育が可能となるものと期待される。長年にわたる基礎研究の結果,我々は適切なマルチメディア教材が作れれば大学の授業という制限された環境の中でも学生の外国語力を社会の求める高いレベルに引き上げることが可能であるという仮説を立てられるに至った。本計画研究はこの仮説の検証を目的として実施したものである。英語班では平成12年度に,これまでの指導理論と教材作成理論に改善を加え,難易度の調整研究をした上でもっとも不足していた「初級・中級のCD-ROM教材」をそれぞれ1枚開発することを目標に研究を実践した。平成13年度前期にこの教材を授業で実験的に試用し,更なる高度化のための資料を収集したが,その結果,難易度レベルが適合した学習者には極めて好評であり,かつTOEICのスコアも上昇することが判明した。しかしながら,中級を目指して作成した教材のほうが中級というよりは結果として上級に近い,中・上級レベルの教材になってしまったことが判明した。また13年度前期の研究では併行して難易度レベルのずれがどの程度学習効果に影響するかについても研究を行い,その影響が極めて大きいことが検証された。そこで,13年度後期には,前年度の研究の反省の上にたち,もう1枚の「真に中級」と言えるレベルのCALL教材を開発した。14年度には上級レベルのCD-ROM教材をもう1枚制作する予定であるが,同時にこれまでに開発してきた3枚の教材を実験的に試用し,効果を検証する。独語,仏語,日本語班は,12年度にコースウェア開発のための基礎研究を行った。13年度の研究ではそれぞれ独自に得た知見と先行する英語班の高度化研究の知見を共用しながら,独自開発したマルチメディア教材の全面的改訂(仏語)と,社会的にニーズの高い「日本事情」に関するCD-ROM教材1枚(日本語)の開発を行った。独語班は13年度も基礎的研究を継続すると同時に教材とすべき素材の収集を行ったが,14年度にはその成果を活かして高度化されたCD-ROM教材を1枚制作する予定である。

顕著な教育効果が期待できる教育方法の一つとして、CALLはすでに1960年代から外国語教師の間で知られていた。しかし、いわゆるLLと呼ばれる教育機器がそうであったように、CALLも長い間その期待に応えられる教育効果を示すことができなかった。それは、どちらも「教材の提示システム」としては素晴らしい可能性を持っていながら、妥当な「教材がない」からだと言われてきた。しかし教材不足の原因をさらに探っていくと、聴解力を中心とした基礎力及び総合力の教育法に関する「理論の不在」が原因であることが明らかとなった。我々はこの問題点を直視し、まずCALL教材の制作にも活用できる、「三ラウンド・システム」という緻密な指導理論を独自に開発した。特定領域研究の計画研究として行われた我々の研究はこの理論をベースにCALL教材を高度化し、外国語によるコミュニケーション能力の真に効果的な養成を可能にすることを目指したものである。本研究は、英語、独語、仏語、日本語の4言語グループでそれぞれのニーズに応じたCALL教材の高度化の研究を行ったが、開発された教材は、実験的試用の結果、どのグループのものも学習者、教師に好評であったと報告されている。英語グループは高度化された複数のCD-ROM教材を大学の通常の英語授業で約5ヶ月間試用し、学習効果を客観的な外部テストであるTOEICで測定した。その結果、上位群で大きなスコアの上昇が見られ、教材を試用しなかったクラスの成績との有意差も認められた。英語教材はすでに東京大学、京都大学をはじめ23大学での通常の授業への導入が予定されている。また日本語グループは国際学会での報告でも高く評価されたと聞いており、日本語教材は現在、米国、台湾を含め、5カ国で実験的試用が計画され、独語教材も北海道大学、都立大学、九州大学、立命館大学での導入が予定されている。
ヒト脳組織スライスの検討によるてんかん原性の発現・獲得過程の解明

脳組織において「てんかん原性」がいかに発現し獲得されるかは,いまなお解明されていない.本研究では,脳神経外科手術摘出直後の生きた大脳組織標本を実験に活用し,当施設で開発された蛍光イメージング(フラビン傾向反応)による組織の生理学的反応,特に刺激の易伝播性と,免疫組織学的所見・病理組織検索による抑制ニューロンの脱失所見が相関すること,しかもてんかん発症初期にすでにこの所見が見られていることを明らかにすることに成功し,てんかん原性の発現と獲得の過程の一部を視覚化し得ることができた.本研究は,脳組織の「てんかん原性」の発現・獲得過程の段階を明らかにすることを目的として,てんかんや脳腫瘍手術摘出後の大脳組織標本を生存状態のまま活用することで,まさに「生きた」標本における生理現象を調べることでてんかん原性に迫ろうとする,新たな研究手法に取り組んでいる.新しい蛍光イメージング法を活用して組織の生理学的反応を観察した結果と,その後の固定標本における免疫組織学的検索や病理組織所見との整合性を調べ,てんかん原性を獲得してゆく組織固有の変化を導きだそうとしている.昨年の研究に続き本年の研究では,脳神経外科手術で得られた標本組織に対して,当施設ですでに確立した処理・実験方法で電気刺激に対するフラビン蛍光反応観察を安定して行い,信頼性の高い数々のデータを取得・蓄積した.実験後の標本に関しては免疫・組織学的検索を行っており,得られたデータのファイリングを行った.2年分のデータが蓄積された時点で行うとしてきた各組織標本のてんかん原性としてのクラス分類(「非てんかん性」から「高度てんかん性」などといったもの)の可能性を導き出せるように現在データ整理に取り組んでいる.実際に患者における摘出標本スライスにて,電気刺激によるフラビン蛍光イメージングでの易発火性・易伝播性,抑制系神経細胞を標的とした免疫組織染色所見での神経脱落所見には相関性があり,また病理組織診断における病変としての重症度にはあまり相関がないことが示されており,てんかん原性は病変そのものとは別の機序で確立されて行く様子が分かりはじめている.脳組織において「てんかん原性」がいかに発現し獲得されるかは,いまなお解明されていない.本研究では,脳神経外科手術摘出直後の生きた大脳組織標本を実験に活用し,当施設で開発された蛍光イメージング(フラビン傾向反応)による組織の生理学的反応,特に刺激の易伝播性と,免疫組織学的所見・病理組織検索による抑制ニューロンの脱失所見が相関すること,しかもてんかん発症初期にすでにこの所見が見られていることを明らかにすることに成功し,てんかん原性の発現と獲得の過程の一部を視覚化し得ることができた.本研究は,今までにない切り口で,脳組織の「てんかん原性」の発現・獲得過程の段階を明らかにすることを目的に掲げている.方法としては,てんかんや脳腫瘍手術摘出後の大脳組織標本を生存状態のまま活用し,新しい蛍光イメージング法にて組織の生理学的反応を観察した結果と,免疫組織学的検索や病理組織所見の整合性から,てんかん原性を獲得してゆく組織に固有の変化を導きだそうとるるものである.本年の研究では,脳神経外科手術で得られた標本組織に対し,当施設ですでに確立した処理・実験方法で,電気刺激に対するフラビン蛍光反応観察を安定して行い,信頼性の高い数々のデータを取得・蓄積した.実験後の標本に関しては免疫・組織学的検索も行っており,得られたデータのファイリングを行った.当初,2年分のデータが蓄積された時点で行うとした各組織標本のてんかん原性としてのクラス分類(「非てんかん性」から「高度てんかん性」などといったもの(詳細は未定))が今後可能かどうか,データを整理しているところである.具体的には,各種てんかん患者や脳腫瘍患者の摘出標本のスライス上で,電気刺激によるフラビン蛍光イメージングでの観察結果,抑制系神経細胞を標的とした免疫組織染色所見,および通常の病理組織診断の相関性を考案しており,その整合性とてんかんとしての重症組織固有の変化を検討している.当初に掲げた研究テーマと研究計画としては,まずまずの進捗状況であると考えている.本研究は,脳組織の「てんかん原性」の発現・獲得過程の段階を明らかにすることを目的とし,てんかんや脳腫瘍手術摘出後の大脳組織標本を生存状態のまま活用することで,まさに「生きた」標本における生理現象を調べ,てんかん原性の解明に迫ろうとする新たな研究手法への取り組みである.新しい蛍光イメージング法を活用して組織の生理学的反応を観察した結果と,その後の固定標本における免疫組織学的検索や病理組織所見との整合性を調べ,てんかん原性を獲得してゆく組織固有の変化を導き出そうと試みた.研究期間中を通して,脳神経外科手術で得られた標本組織に対し当施設で確立した処理・実験方法にて電気刺激に対する脳組織のフラビン蛍光反応観察を行い,信頼性の高いデータを取得・蓄積してきた.実験後の標本で免疫・組織学的検索を追加し,得られたデータのファイリングも行って来た.これらの実験データの整合性の検証を行い,電気刺激によるフラビン蛍光イメージングでの易発火性・易伝播性,抑制系神経細胞を標的とした免疫組織染色所見での神経脱落所見に相関性があることを確認し,またこれらは病理組織診断における病変としての悪性度には相関がないことも示すことができた.本研究を通して,各組織標本のてんかん原性として確立段階,つまり「非てんかん性」から「高度てんかん性」といった段階の可視化に成功し,てんかん原性は脳の病変そのものとは別の機序で確立されて行く様子も明らかにすることができたと言える.

てんかん当初掲げていた実験結果の収集に関してはそれなりに順調な範囲で進んでいると考えており,「蛍光イメージング法」「免疫組織学的検索」「病理組織検索」の3つの各種実験は順調に施行されております.ただしそれぞれのデータの統合というところでのデータ処理はまだ細かなところで行われておらず,プレリミナリーな状態のみであるので,今後もう少し系統立った解析作業を進める必要があります.まだ目的としていたステージングが可能な段階まで到達してはおりませんが,これからの作業を進めて参ります.当初掲げていた実験結果の収集に関しては順調な範囲で進んでいる者と考えています.フラビン蛍光反応に関しては,てんかん発症歴が浅く,その頻度も1-2回の症例でも明らかな反応の亢進があるというデータが得られており,てんかん発作の既往が1回もない症例との差が歴然としていることが分かり,また免疫染色による抑制系の脱落も平行して進んでおり,当初想定していたよりも明らかな傾向が捉えられており,今後の研究成果が期待されます.まだ目的としていたステージングが可能な状況ではなく,現存の組織結果の検討を進め,また追加データの収集も進めなくてはなりませんので,まだ完全ではありませんが,おおむねは予定通りの進捗状況と判断します.前述いたしました通りにデータを整理・解析して行きます.てんかん原性の発現から獲得にいたる大脳組織の変化に関する考察を行うことを目的としておりますので,具体的には病歴から非てんかん性組織,てんかん発症早期組織,難治性てんかん獲得組織などの分類を行い(この程度も患者のてんかん発作の頻度,術中の脳波所見からより細かく分類します),これら分類ごとにフラビン蛍光反応結果,免疫組織学的結果,病理学的な変化を付き合わせて,統計学的な相関関係を調査します.研究結果から脳組織のてんかん原性発現・獲得に至る「ステージ分類」に行き着けるように,標本を整理し,いくつかの統計手法を用いて,解析作業を進めて行くつもりです.今までのペースにてデータを整理・解析して行きます.てんかん原性の発現から獲得にいたる大脳組織の変化に関する考察を行うことを目的としています.具体的には,実験組織を臨床所見から,非てんかん性組織,またてんかんの程度による各種てんかん性組織に分類し,術中脳波の異常所見の有無,てんかんの病歴や難治性などを反映したクラス分類に当てはめてゆく.これら分類ごとにフラビン蛍光反応結果,免疫組織学的結果,病理学的な変化を合わせ,統計学的な相関・逆相関を導き出す.最終的には脳組織のてんかん原性発現・獲得に至る「ステージ分類」の提案に行き着けるように解析を進めたい.追加して,新たな実験系の設定を行います.「てんかん原性」の研究テーマにおける,次のステップの実験系の確立へ向けた準備期間ともなるので,今までの実験結果を踏まえて,その方法を修正したり,結果次第で次の新たなステップへ進むための考案を行って行きたいと考えています.論文作成作業が遅れ論文校正費やカラー印刷費などに見込んでいた額,および学会発表も見こんでいた回数に達しなかったため,次年度使用額を生じました.引き続き学会発表と論文作成(英文校正やカラー図表の代金が発生)を遂行することで,次年度使用額を活用いたします.
外国人受刑者に対する矯正処遇のための日本語教育プログラム実践研究

挑戦的研究(萌芽)「外国人受刑者に対する矯正処遇のための日本語教育プログラム実践研究」については、昨年度、研究終了時期を迎えたが、法務省矯正局との交渉遅延により、十分なデータ収集を得ることができなかったため、2019年度(平成31年・令和元年)の延長を申請し、学術振興会から、今年度3月20日付けで承認された。昨年度の研究活動の進捗については、府中刑務所や多摩少年院をはじめとした、刑事施設ならびに矯正処遇施設への訪問、ならびに刑務官・法務官との面接を行い、勤務校の早稲田大学を始め、講演会やセミナーなどで、経過報告を行った。併せて、早稲田とオーストラリア国立大学(ANU)とのMOUが締結された(2019年1月1日)ことに伴い、先方のオーストラリア研究所の研究者との交流が始まり、2019年8月に、キャンベラでセミナーを実施するプランを企画中である。今年度は、こうした活動を併せ、データ分析を完了させ、年度末に向け、研究論文執筆、学会発表を行う予定である。またそれを基に、令和2年度の科研や他の研究助成金の申請について、検討したい。研究実績の概要で、記述した通り、これまでの進捗状況については、昨年度、府中刑務所や多摩少年院をはじめとした、刑事施設ならびに矯正処遇施設への訪問、ならびに刑務官・法務官との面接を行い、勤務校の早稲田大学を始め、講演会やセミナーなどで、経過報告を行った。これに伴い、昨年度、研究終了時期を迎えたが、法務省矯正局との交渉遅延により、十分なデータ収集を得ることができなかったため、2019年度(平成31年・令和元年)の延長を申請し、学術振興会から、今年度3月20日付けで承認された。。今年度は、こうした活動を併せ、データ分析を完了させ、研究論文執筆、学会発表を行っていく予定である。今後の方策として、海外の、外国人受刑者のための矯正処遇用外国語教育プログラムの情報収集に努める予定である、その一環として、早稲田とオーストラリア国立大学(ANU)とのMOUが締結された(2019年1月1日)ことに伴い、先方のオーストラリア研究所の研究者との交流が始まり、2019年8月に、キャンベラでセミナーを実施するプランを企画中である。これにより、まずは、オーストラリアの、矯正処遇状況を把握するため、平成29年度は、全国の国際対策室がある収容施設(府中、横浜、大阪、名古屋、福島、栃木)の担当専門官とのネットワークを構築し、F指標(外国人受刑者)に対する矯正処遇における諸課題の洗い出しと共に、重要指導項目の検討を行った、重要検討項目とは、次のようなものを指す。単元0(局作成,単元16を始める前に取り組ませる導入的なもの)。単元1あいさつ・号令等。単元2遵守事項・所内規則。単元3居室場面。単元4作業場面。単元5医務診察場面。単元6運動・入浴・教育行事場面。F指標の担当職員には、教材の使用に当たって、指導計画や指導案の作成にも熟知してもらいたいが、施設によって、女子刑、国際対策室の有無、少年・成人などの個別に対応が求められ、それに基づいた指導計画が立案できる能力が求められるので、その辺りの基礎情報の収集が今後求められる。研究業績としては、以下のような書籍論文が出版された。12017a(編著者)『日本が示すことばの政策:サスティナブルな移民社会・言語教育をめざして』明石書店22017b「連続性(articulation)と持続性(sustainability)からとらえた言語教育政策:アウトリーチ型日本語教育支援から考える留学生日本語教育」『グローバル視点下における留学生日本語教育研究論文集』天津外国語大学情報収集や分析に当たっては、管理統制(情報も含まれる)が厳しい収容施設であるため、職員との交通手段も、自由に開設されているわけではない点が、当初の予定から、やや遅れている原因となっている。平成30年4月から、研究補助支援者が、国連アジア極東犯罪防止研修所が、府中から昭島に移ったことや、担当者が、他の施設に異動したこともあり、会合などの際、さらに移動時間を要していることも原因と考えられる挑戦的研究(萌芽)「外国人受刑者に対する矯正処遇のための日本語教育プログラム実践研究」については、昨年度、研究終了時期を迎えたが、法務省矯正局との交渉遅延により、十分なデータ収集を得ることができなかったため、2019年度(平成31年・令和元年)の延長を申請し、学術振興会から、今年度3月20日付けで承認された。

研究実績の概要で、記述した通り、これまでの進捗状況については、昨年度、府中刑務所や多摩少年院をはじめとした、刑事施設ならびに矯正処遇施設への訪問、ならびに刑務官・法務官との面接を行い、勤務校の早稲田大学を始め、講演会やセミナーなどで、経過報告を行った。これに伴い、昨年度、研究終了時期を迎えたが、法務省矯正局との交渉遅延により、十分なデータ収集を得ることができなかったため、2019年度(平成31年・令和元年)の延長を申請し、学術振興会から、今年度3月20日付けで承認された。。今年度は、こうした活動を併せ、データ分析を完了させ、研究論文執筆、学会発表を行っていく予定である。平成30年度には、早稲田大学ブリュッセルオフィスにおいて、科研関連のシンポジウムを企画しており、現在、欧州の参加者と交渉中である。また、国内の国際対策室の担当職員との打ち合わせや、研究のための会合も継続し、F指標の矯正処遇の検証を行う予定である。今後の方策として、海外の、外国人受刑者のための矯正処遇用外国語教育プログラムの情報収集に努める予定である、その一環として、早稲田とオーストラリア国立大学(ANU)とのMOUが締結された(2019年1月1日)ことに伴い、先方のオーストラリア研究所の研究者との交流が始まり、2019年8月に、キャンベラでセミナーを実施するプランを企画中である。これにより、まずは、オーストラリアの、矯正処遇状況を把握するため、当初予定した予算執行が、予定通り進まなかったことが主原因である。具体的には、国際学会への出席ができなかったこと、国際対策室を持つ全国のF指標を収容する刑事施設への訪問が十分叶わなかったことなどが挙げられる前年度の研究計画が十分遂行できなかったため、今年度での予算執行を予定してしている。
乳酸菌におけるD-分岐鎖アミノ酸（D-BCAA）の新規機能の解明に関する研究

平成30年度はL. buchneri JCM 1115におけるIle 2-E遺伝子の破壊に取り掛かった。まず、同株へのマーカー遺伝子導入のために、エレクトロポレーション法による遺伝子導入条件を検討した。広宿主域ベクターpNZ8148を導入遺伝子として用い、コンピテントセルの作成方法、エレクトロポレーション条件を検討した。しかし、L. buchneri JCM 1115への遺伝子導入条件を見出すことはできず、本株を対象としたIle 2-E遺伝子破壊株の作成は困難であると判断した。そこで、L. buchneri以外の乳酸菌でIle 2-Eホモログ遺伝子を持ち、D-BCAAを生産するものについて遺伝子導入を試みた。その結果、Lactobacillus属の2株、Leuconostoc属の3株において遺伝子導入に成功し、L. buchneri以外の乳酸菌によるD-BCAAの機能解析が可能であることが示唆された。2)アミノ酸膜輸送体推定遺伝子の異種発現系の構築L. buchneriJCM 1115におけるD-BCAA生産に関与している可能性が高いアミノ酸膜輸送体遺伝子(LB1115_2315)の機能解析を目的として、乳酸菌を宿主としたLB1115_2315の組換えタンパク質発現系の構築に取組んだ。発現タンパク質のN末端またはC末端にHis-tagが付加するよう設計した発現用プラスミドを発現用宿主乳酸菌Lactococcus lactis NZ9000に導入し、発現誘導処理を行った。その菌体を破砕後、膜画分を回収してウェスタンブロッティングに供したところ、LB1115_2315の遺伝子産物であると考えられるタンパク質を検出することに成功した。1) L. buchneriのIle 2-E遺伝子破壊株の作成本研究課題ではD-BCAA生産乳酸菌として一早く見出されたL. buchneri JCM 1115を対象として、D-BCAA生成酵素と考えられるIle 2-Eの遺伝子破壊株を作成する計画であった。しかし、平成30年度の研究により、L. buchneri JCM 1115は遺伝子導入が困難な株であり、同株を対象とした研究遂行が難しいことが明らかとなった。そこで、他のD-BCAA生産乳酸菌株から遺伝子導入が可能な株を見出し、それらの株を新たに研究対象とすることで、本研究課題の目的である「乳酸菌におけるD-BCAAの新規機能の解明」に継続して取り組むこととした。2)アミノ酸膜輸送体推定遺伝子の異種発現系の構築平成30年度はL. buchneri JCM 1115が持つアミノ酸膜輸送体推定遺伝子(LB1115_2315)の乳酸菌L. lactis NZ9000における組換えタンパク質発現系の構築を計画していた。この計画通り、発現ベクターの構築、目的遺伝子の発現誘導操作を行った後、発現宿主の膜画分から、目的の組換えタンパク質と考えられるタンパク質を検出することに成功した。1) D-BCAA生産乳酸菌のIle 2-Eホモログ遺伝子破壊株の作成遺伝子導入が可能であることが確認できたD-BCAA生産乳酸菌のうち、遺伝子導入効率が高い株およびD-BCAA生産量が高い株を対象として今後の研究を行う。まず、対象乳酸菌株が保存するIle 2-Eホモログ遺伝子の組換えタンパク質発現系を構築し、Ile 2-Eホモログ遺伝子の遺伝子産物がIle 2-E活性を有することを確認する。その後、対象乳酸菌株のIle 2-Eホモログ遺伝子破壊株の作成を目指す。また、破壊したIle 2-Eホモログ遺伝子の相補実験を行うため、グラム陽性菌広宿主域ベクターであるpNZ8148を基にIle 2-Eホモログ発現ベクターを構築し、対象乳酸菌株における外来Ile 2-Eホモログ遺伝子の発現系を構築する。2)アミノ酸膜輸送体推定遺伝子の機能解析ウェスタンブロッティングにて検出された目的タンパク質と考えられるタンパク質のN末端アミノ酸配列を解析し、発現宿主の膜画分にアミノ酸膜輸送体推定遺伝子(LB1115_2315)の組換えタンパク質が発現していることを確認する。その後、放射性同位体14C標識したL-BCAAを用いて、該当アミノ酸膜輸送体を発現させた組換え乳酸菌のL-BCAAの取り込み活性を測定する。また、該当アミノ酸膜輸送体遺伝子とIle 2-E遺伝子を共発現させた組換え乳酸菌の培養液中D-BCAA濃度をモニタリングし、D-BCAA排出活性を検討する。2)アミノ酸膜輸送体推定遺伝子の異種発現系の構築

L. buchneriJCM 1115におけるD-BCAA生産に関与している可能性が高いアミノ酸膜輸送体遺伝子(LB1115_2315)の機能解析を目的として、乳酸菌を宿主としたLB1115_2315の組換えタンパク質発現系の構築に取組んだ。発現タンパク質のN末端またはC末端にHis-tagが付加するよう設計した発現用プラスミドを発現用宿主乳酸菌Lactococcus lactis NZ9000に導入し、発現誘導処理を行った。その菌体を破砕後、膜画分を回収してウェスタンブロッティングに供したところ、LB1115_2315の遺伝子産物であると考えられるタンパク質を検出することに成功した。1) L. buchneriのIle 2-E遺伝子破壊株の作成本研究課題ではD-BCAA生産乳酸菌として一早く見出されたL. buchneri JCM 1115を対象として、D-BCAA生成酵素と考えられるIle 2-Eの遺伝子破壊株を作成する計画であった。しかし、平成30年度の研究により、L. buchneri JCM 1115は遺伝子導入が困難な株であり、同株を対象とした研究遂行が難しいことが明らかとなった。そこで、他のD-BCAA生産乳酸菌株から遺伝子導入が可能な株を見出し、それらの株を新たに研究対象とすることで、本研究課題の目的である「乳酸菌におけるD-BCAAの新規機能の解明」に継続して取り組むこととした。2)アミノ酸膜輸送体推定遺伝子の異種発現系の構築平成30年度はL. buchneri JCM 1115が持つアミノ酸膜輸送体推定遺伝子(LB1115_2315)の乳酸菌L. lactis NZ9000における組換えタンパク質発現系の構築を計画していた。この計画通り、発現ベクターの構築、目的遺伝子の発現誘導操作を行った後、発現宿主の膜画分から、目的の組換えタンパク質と考えられるタンパク質を検出することに成功した。1) D-BCAA生産乳酸菌のIle 2-Eホモログ遺伝子破壊株の作成遺伝子導入が可能であることが確認できたD-BCAA生産乳酸菌のうち、遺伝子導入効率が高い株およびD-BCAA生産量が高い株を対象として今後の研究を行う。まず、対象乳酸菌株が保存するIle 2-Eホモログ遺伝子の組換えタンパク質発現系を構築し、Ile 2-Eホモログ遺伝子の遺伝子産物がIle 2-E活性を有することを確認する。その後、対象乳酸菌株のIle 2-Eホモログ遺伝子破壊株の作成を目指す。また、破壊したIle 2-Eホモログ遺伝子の相補実験を行うため、グラム陽性菌広宿主域ベクターであるpNZ8148を基にIle 2-Eホモログ発現ベクターを構築し、対象乳酸菌株における外来Ile 2-Eホモログ遺伝子の発現系を構築する。2)アミノ酸膜輸送体推定遺伝子の機能解析ウェスタン
非Markov場への応用に向けた無限次元確率解析の展開

(1)研究代表者によるWiener空間上のあるタイプの発散公式と,領域変形下での熱核の変分を記述するHadamardの変分公式とを結ぶ,Brown運動の経路分解を見出した.(2)放物型方程式の基本解の長時間挙動に関連し,1次元かつ方程式のポテンシャルがある可積分性条件をみたす場合に,研究代表者が2006年に考案した時間変更の手法を用いることによって3次元Bessel過程による確率論的な説明を与えた(1)研究代表者によるWiener空間上のあるタイプの発散公式と,領域変形下での熱核の変分を記述するHadamardの変分公式とを結ぶ,Brown運動の経路分解を見出した.(2)放物型方程式の基本解の長時間挙動に関連し,1次元かつ方程式のポテンシャルがある可積分性条件をみたす場合に,研究代表者が2006年に考案した時間変更の手法を用いることによって3次元Bessel過程による確率論的な説明を与えた確率論における重要な研究対象の一つにブラウン運動と呼ばれる確率過程がある.その確率過程を経路空間上に実現したものがウィナー空間であり,この無限次元空間における,マリアバン微分に基づいた微分積分学はマリアバン解析と呼ばれる.研究代表者は,2006年の研究において,ウィナー空間の部分空間として経路の各時点での値が常にユークリッド空間内のある有界領域に留まるというものを考え,マリアバンの部分積分公式をその部分空間上に制限すれば,有限次元におけるガウスの発散公式と同様に,その部分空間の境界からの寄与と呼ぶべき項が現れ,ユークリッド空間内の領域の境界に十分な滑らかさを仮定すれば,対応するコーシー問題の熱核の法線微分を用いてその項が具体的に表わされることを見出した.しかし,その表現の導出は直接的な計算に依っており,その背景にあるもの,例えば,領域変形の下での熱核の変分を記述するアダマールの変分公式の表現との類似性が生じる理由,は明らかではなかった.平成19年度の主な研究テーマの一つとして,特にその類似性について考察した.その結果,上記の設定の下での無限次元発散公式とアダマールの変分公式とは,ともにブラウン運動のある分解公式からの帰結として統一的に捉えられることが分かって来た.その研究結果をまとめるとともに,この分解公式を成り立たせるためのより一般的な条件を見出すことは,平成20年度以降の研究課題の一つとなる.確率論における重要な研究対象の一つにブラウン運動と呼ばれる確率過程がある.その確率過程を経路空間上に実現したものがウィーナー空間であり,この無限次元空間における,マリアバン微分に基づいた微分積分学はマリアバン解析と呼ばれる.研究代表者は, 2006年の研究において,ウィーナー空間の部分集合として経路の各時点での値が常にユークリッド空間内のある有界領域内に留まるものを考え,マリアバンの部分積分公式をその部分集合上に制限すれば,有限次元におけるガウスの発散公式と同様にその部分集合の境界からの寄与と呼ぶべき項が現れ,有界領域の境界に十分な滑らかさを仮定すれば,対応するコーシー問題の熱核の法線微分を用いてその項が具体的に表わされることを見出した.しかし,その表現の導出は直接的な計算に依っており,その背景にあるもの,例えば,領域変形の下での熱核の変分を記述するアダマールの変分公式の表現との類似性が生じる理由,は明らかではなかった.研究代表者は,前年度の研究において上記の設定の下での無限次元発散公式とアダマールの変分公式とは,ともにブラウン運動のある分解公式からの帰結として統一的に捉えられることを発見した.本年度は,研究代表者が発見したその分解公式について,どのような条件下までその成立が保証されるかを考察するとともに,関連するテーマとして,最大値過程のようなマリアバン微分の意味で1階の微分可能性しか持たないウィーナー汎関数(ウィーナー空間上で定義された関数)が,ルベーグ測度に関して滑らかな密度関数を持つための条件について考察した.今年度はWiener空間上の発散公式についての研究を進めるとともに,非Markov的な対象物であり構成論的場の量子論において重要な意味を持つ「自己回避的なBrown経路」の構成のためにWestwaterらにより研究され,その結果得られた経路空間上の確率測度の族の長時間極限を議論するためのまずはそのテストケースとして,Roynette,Vallois,Yorらにより2005年来盛んに研究されているWiener測度に対するFeynman-Kac型の処罰問題に関して研究を行った.具体的には,この種の処罰問題を解く上で重要となる,付随する放物型方程式の基本解の長時間挙動に関する村田實氏による1985年の結果に対して,1次元かつ方程式のポテンシャルがある種の可積分条件をみたす場合に,研究代表者が2006年に考案した時間変更の手法を用いることによって3次元Bessel過程による確率論的な説明を与え,その結果をプレプリントに纏めた.
宇宙初期のインフレーション理論に基づく宇宙進化の探究

本年度からは、超重力理論に基づく密度揺らぎの計算、インフレーション理論に対する観測からの制限、超紐理論に基づく宇宙進化の解析等の研究を行った。特に、2つのスカラー場が存在する系で、断熱揺らぎと等曲率揺らぎのスペクトラム、2つの揺らぎの相関についての詳細な解析を行い、一般的に超重力理論に基づくインフレーションモデルにおいては、相関が非常に大きくなることを見いだした。この研究により、宇宙背景輻射の温度揺らぎに対する、等曲率揺らぎの存在の重要性が明らかにされた。また、非可換時空の理論に基づくインフレーションモデルの構築を行い、宇宙背景輻射の観測データの情報を用いながら、モデルへの制限を行った。特に、観測的に示唆されているような大スケールでの密度揺らぎの振幅の衰退について、このモデルで説明可能であることを示した。また最近、ブレーン宇宙論に基づくインフレーションモデルに対する観測からの制限をつけることを試み、いくつかのモデルは観測的には好まれないことを示した。また、宇宙が超紐の理想気体で満たされているような系での宇宙進化について解析的、数値的に調べ、3次元空間のみを大きくし、余剰次元を小さく保つようなモデルの構築を行った。さらにこのシナリオを拡張し、超紐理論の一般的な有効作用を用いた特異点のない宇宙モデルの考察を行い、宇宙が収縮から膨張に転じるような解を見いだした。特にそのような場合、無限の過去と未来において時空の曲率と超紐の結合定数を有限に保つことができることを示した。このことは、超紐理論に基づいて特異点のない解を構成する際に非常に重要な示唆を与えると期待される。本年度は、主に超弦理論に基づく宇宙論における特異点回避の問題、密度ゆらぎの進化を中心に研究を行った。特に、2枚のブレーン同士の衝突により、ビッグバンが始まったとするエキピロチック宇宙において、量子補正を考慮することにより、特異点を持たないような解の構成に成功した。また同モデルでの密度ゆらぎのスペクトラムについての詳細な計算を、アメリカとイタリアの研究者とともに調べた。さらに、ロシアの研究者とともに、超紐理論の低エネルギーでの有効作用に基づく理論において、時空に非等方性がある場合の特異点の性質について完全な分類を行った。この研究は、特異点を持たないような宇宙モデルを構成する上で、重要な示唆を与えると期待される。また、宇宙初期において、ストリングの理想気体に満たされた系における宇宙進化についても考察し、3次元空間だけを大きくさせ、残りの次元を小さく保つようなモデルを構成することが可能であることを示した。また、インフレーション理論において、2つのスカラー場が存在する系での密度揺らぎについて考察した。特に具体的な2つのダブルインフレーションモデルにおける断熱揺らぎ、等曲率ゆらぎ、およびその相関についての詳細な数値計算を行い、近似を用いた解析的な結果との比較を行った。特に、超重力理論に基づいた、負の曲率を持つようなダブルインフレーションモデルにおいては、断熱、等曲率ゆらぎの間の相関が非常に大きくなることを見いだした。この結果は、今後の観測結果との比較からも重要な示唆を与えると期待される。また、インフレーション直後の再加熱期における曲率のゆらぎの進化についてもイギリスの研究者と解析を行い、どのような場合に揺らぎの増幅が起こるかを明らかにした。
鼻性ＮＫ／Ｔ細胞リンパ腫に対するＥＢウイルス・腫瘍増殖分子標的治療の基盤的研究

鼻性NK/T細胞リンパ腫は,EBV関連腫瘍であり、予後不良な悪性リンパ腫である。本研究において本疾患細胞株にCD70が高発現しており可溶性CD27との結合を介して細胞増殖に関わる事を見出した。また本腫瘍細胞がCCL17、CCL22を分泌し、これらの受容体であるCCR4を高発現している事を明らかにした。さらに抗CD70抗体、抗CCR4抗体が腫瘍細胞に対し、各々CDC活性、ADCC活性を有することが確認され、抗体療法の有用性が示唆された。またmicroRNA-15aが本腫瘍細胞において発現低下しており、標的遺伝子であるMYB、cyclin D1の発現増強を介し、細胞増殖を促す事を明らかにした。1.鼻性NK/T細胞リンパ腫の分子腫瘍学的解析としてcDNAアレイ解析を行い、本腫瘍細胞株において高発現している分子としてCD70を同定した。免疫染色を行い、同分子が、本疾患患者検体においても高発現していることが示され、CD70のリガンドであるCD27刺激実験により本疾患細胞株の細胞増殖能が亢進することを見いだした。さらに本疾患細胞株で抗CD70抗体、活性化補体存在下での細胞増殖能を検討し、抗CD70抗体による補体依存性細胞障害活性が認められることを明らかにした。2.これまでに細胞表面接着因子であるICAM1が本疾患細胞株上に発現しており、患者血清において可溶性ICAM1が存在することを報告してきた。ICAM1の本疾患における機能解析を行い、ELISAにて本疾患細胞株が可溶性ICAM1を分泌していることを認めた。また、抗ICAM1抗体および抗LEA1(ICAM1のリガンド)抗体存在下での細胞増殖能の検討により両抗体存在下において細胞増殖能が抑制されることを認めた。以上より本疾患細胞においてICAM1はLFA1との結合を介してオートクライン的に細胞増殖を亢進させている可能性が示唆された。さらに患者血清において治療後に可溶性ICAM1が有意に低下していることを示した。3.本疾患細胞株を用いたmicroRNAアレイを行い、本疾患細胞株において発現低下しているmicroRNAとしてmiR-15aを見出した。miR-15aの本疾患における機能解析のため、miR-15aを本疾患細胞株に遺伝子導入した。コントロール導入株と比較し、miR-15a導入株でmiR-15aの標的遺伝子である、MYBおよびサイクリンD1タンパクの発現低下を認め、細胞周期の進行抑制、細胞増殖能の低下を認めた。さらに患者検体を用いたPCR解析でもmiR-15aは発現低下を認め、予後解析ではmiR-15a低発現群は有意に予後が悪い結果であった。本疾患細胞株がc-Metを発現し、リガンドであるHGFを分泌している事を見出した。腫瘍組織においてもc-Metが高発現しており、患者血清においては、健常人の血清と比較し有意にHGFが高発現していることを認めた。またHGF、抗c-Met抗体存在下での細胞増殖能の検討によりHGFがオートクライン的に細胞増殖に関与する事が示された。c-Metが癌免疫療法の有用な腫瘍抗原になりうると考え、CD4陽性ヘルパーT細胞(HTL)を誘導可能なc-Metペプチドの検索を行い、複数のペプチドを同定した。このうち複数のHLA-DRに結合可能なpromiscuousなペプチドを用いて樹立したHTLクローンは、本疾患細胞に対し高い抗腫瘍効果を有することを明らかにした。ケモカインアレイ解析を行い、本疾患細胞にTARCおよびMDCが高発現している事を見出した。ELIZAの結果、TARC、MDCは患者血清においても高発現していた。また、TARC、MDCの受容体であるCCR4が本疾患細胞に高発現している事を認めた。さらに抗CCR4抗体を用いたcytotoxic assayの結果、抗CCR4抗体が本疾患細胞に対してADCC活性を有する事を明らかにした。microRNAアレイ解析を行い、本疾患細胞株において複数のEBウイルスmicroRNAが高発現している事を見出した。このうちBART22は、腫瘍組織においても高い発現を認めた。TargetScanを用いた検索によりBART22の標的候補遺伝子として癌抑制遺伝子PDCD4が抽出された。レポーターアッセイの結果、PDCD4がmiR-BART22の標的遺伝子である事が示唆された。PCRにて腫瘍組織においてPDCD4が発現低下しており、さらに本疾患細胞にBART22インヒビターを核酸導入することによりアポトーシスが誘導されることを明らかにした。1)分子腫瘍学的・EBウイルス学的解析a)マイクロRNAの発現解析:本疾患細胞株および腫瘍組織に高発現しているEBウイルスmicroRNA BART

22が癌抑制遺伝子であるPDCD4の発現を抑制的に制御することで、抗アポトーシスに作用していることが判明した。現在、結果を整理し論文作成中である。さらに、現在、患者血清中のEBウイルスmicroRNAの発現解析を進めている。b)プロテインアレイによるケモカイン発現解析:本疾患細胞株および患者血清にCCL17、CCL22が高発現している事を見出した。またCCL17、CCL22の受容体であるCCR4が本疾患細胞および腫瘍組織において発現している事を確認した。さらに抗CCR4抗体を用いたcytotoxic assayの結果、抗CCR4抗体が本疾患細胞に対してADCC活性を有する事を明らかにした。本年この結果をCancer Immunology, Immunotherapy誌に報告した。f)LFA-1/ICAM-1の発現、機能解析:これまでに本腫瘍細胞にICAM1とLFA-1の両者が発現し、その相互作用により細胞増殖が亢進することを見いだし、一昨年にExperimental Hematology誌にその成果を報告してきた。今回本疾患細胞株におけるLMP1とICAM-1の関係性を検討し、siRNAを用いてLMP1をノックダウンした株において細胞表面のICAM-1発現が低下し、可溶性ICAM-1の分泌が減少することを明らかにした。3)臨床応用を視野に入れたEBウイルス標的治療の開発a)浅側頭動脈動注化学・放射線同時併用療法の臨床的有用性の検討:現在までに限局期鼻性NK/T細胞リンパ腫12例において行い、全症例において完全寛解し再発は認められていない。現在この結果は論文投稿中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画における昨年度の目標は、ほぼ達成されていると考えられる。平成24年度に行った研究の継続と平成25年度の研究計画に沿って研究を進行していく。平成24、25年度に行った研究の継続と平成26年度の研究計画に沿って研究を進行していく。平成25年度の経費通りに使用予定。また次年度繰越金については、遺伝子導入関連試薬、合成核酸および抗体等の試薬購入に使用する。遺伝子導入関連試薬、合成核酸および抗体等の試薬が昨年度購入分で賄うことができたため。次年度繰越金は、マウス実験関連試薬、機器の購入に使用する。
有機溶媒中での固定化酵素による呈味性ペプチドの合成

旨味や苦味遮蔽効果を有するグルタミン酸(Glu)やアスパラギン酸(Asp)などの酸性アミノ酸からなるオリゴペプチドをプロテア-ゼの加水分解反応の逆反応を利用して効率よく合成することを最終目的として研究を行った。具体的対象としてGluGlu,GluAsp,AspGlu,AspAspの4つのジペプチドの前駆体の合成を取り上げた。反応基質には酸成分としてGlu,Aspのアミノ酸がZ(benzyloxycarbonyl)基で保護されたものを,塩基成分として各アミノ酸のジエチルエステルを用いた。触媒としてのプロテア-ゼにはパパインを用いた。(1)緩衝液中では合成反応はほとんど進まなかったが、酢酸エチルを添加した水ー有機溶媒二相系では高収率が得られた。(2)各種担体に酵素を吸着後,グルタルアルデヒドで架橋して固定化酵素を調製した。担体としては多孔性のセラミックスが適していた。合成速度は反応液(酢酸エチル)中の水分濃度に大きく依存し,2.5%のとき最大であった。(3)GluGluの前駆体合成時に基質の1つであるグルタミン酸ジエチルエステルが反応液中で非酵素的に環化するという副反応がみられた。固定化酵素の濃度を8%以上にすると相対的にこの副反応は無視でき,酸成分100mM,塩基成分200mMでは収率90%以上に,また両成分が100mMの場合でも80%に達した。(4)生成物は逆相クロマトグラフィ-により精製後,質量分析,核磁気共鳴,赤外線吸収スペクトルにより分析したところ,目的の化合物(ZGlu,ZAspのα位のカルボン酸と結合を作っているジペプチド)であることが確認できた。旨味成分や苦み遮蔽効果を有するグルタミン酸(Glu)やアスパラギン酸(Asp)等の酸性アミノ酸からなるオリゴペプチドを、タンパク質分解酸素の加水分解反応を利用して効率よく合成することを最終目的として検討を行った。具体的対象としてGluGlu,AspAsp,GluAsp,AspGluの4つのジペプチド前駆体の合成を取り上げた。また、反応基質の酸成分としては、Asp,Gluのアミノ基がZ(Benzyloxycarbonyl)基で置換されたものが、また塩基成分としては、側鎖、及び末端カルボキシル基がエチル基で保護されたジエチルエステルを使用した。得られた主な結果を以下に示す。(1)上記ジペプチドを効率よく合成するための酵素としては、パパインが最も適していた。(2)いずれの反応も緩衝液中では全くジペプチドは合成されなかったが、酢酸エチルを添加した水ー有機溶媒=相系では高収率が得られた。また、酸成分に比較して塩基成分濃度が高い方がより高収率が得られた。(3)酵素を各種担体に吸着後、グルタルアルデヒドで架橋することにより固定化した。担体としては、多孔性のセラミックスが最も高い活性を示した。また、合成速度は反応液(酢エチ)中の水分濃度に大きく依存したが、水分濃度が2.7%のときに最大であった。(4)GluGluとAspAspの前駆体の合成に関しては、反応中に基質の塩基成分の環化反応(ピロ化)が、合成反応と並列的に起こるために、ジペプチド前駆体の収率は固定化酵素濃度に依存した。固定化酵素濃度を1%以上にすると、相対的にこの副反応は無視でき、酸成分100mMと塩基成分200mMでは収率は90%以上に、また両成分が100mMの場合でも80%に達した。

昨年度に引き続いて、旨味成分や苦味遮蔽効果を有する物質として注目されているグルタミン酸(Glu)やアスパラギン酸(Asp)等の酸性アミノ酸からなるジペプチドを、パパインを多孔性担体に固定化した酵素を用いて合成するためのバイオリアクタ-の開発を目的として、以下の項目に重点をおいて検討した。(1)昨年度、固定化パパインを酵素エチル中で作用させるこにより、NーBenzyloxycarbonylーLーAspartic acid(ZーAsp)やZーGluを酸成分として、一方LーGlutamic acid diethylester(Glu(OEt)_2)やAsp(OEt)_2をアミン成分としてアスパラギン酸やグルタミン酸ダイマ-の前駆体を高収率で合成するための条件の最適化を行ったが、生成物の完全な構造決定はできなかった。本年度は、先ず生成物を単離・結晶化する方法を確立し、次いで生成物を核磁気共鳴、及び赤外吸収のピ-クから同定した。(2)バイオリアクタ-で連続合成するためには、固定化酵素の安定性が重要な因子となるが、安定性に及ぼす諸因子を実験的に検討した。比較のために遊離酵素の安定性も調べた。有機溶媒中で固定化酵素を作用させた場合の担体内部のpHに相当するpH5.5の緩衝液中では、30°Cで24時間後の残存活性は、70%であった。一方、酢酸エチル中では、残存活性は50%であり、かなり不安定であることが判明した。この理由について検討した結果、パパイン中のSH基が酸化されること、酢酸エチルが酵素蛋白に直接接触することによりタンパク質の変性が主な原因であることが示唆された。しかし、酵素の固定化時に牛血清アルブミンを添加すると安定性が顕著に増加することが判明した。